陳永琳，夏 瑜，馮吉福，袁江濤，周奇明，陳向波，盧 維

(1.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 廣西 桂林 541004；3.桂林桂廣滑石開發(fā)有限公司 廣西 桂林 541000)

滑石具有良好的功能特性，廣泛用于造紙、涂料、陶瓷、塑料、填料、制藥、化妝品和汽車制造等領(lǐng)域[1-3]。我國是世界滑石資源儲量和產(chǎn)量大國，同時產(chǎn)出高檔和中低檔滑石。龍勝滑石礦已有50年多年開采歷史，是我國重要的滑石資源礦產(chǎn)地[4-5]，其產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)滑石是食品、醫(yī)藥和化妝品的重要原料，而低白度滑石在涂料和工程塑料行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用[6-7]。

龍勝滑石礦在大地構(gòu)造位置上屬于南華準(zhǔn)地臺桂北臺隆龍勝褶斷帶的三門復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜，區(qū)內(nèi)出露地層包括丹洲群、震旦系和寒武系，斷裂構(gòu)造以NNE向為主，礦床分布主要受斷裂構(gòu)造控制，礦體主要賦存于三門街組第三段薄—中厚層狀白云石大理巖之中；礦床可分為古坪、雞爪、桐子山和上朗等礦區(qū)，古坪和雞爪兩個礦區(qū)探明的滑石儲量已達(dá)到大型規(guī)模，已探明的資源儲量超過2 000萬t[7-10]。

雖然前人對龍勝滑石礦的地質(zhì)特征、礦床成因和成礦規(guī)律等進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究[11-16]，但由于不同領(lǐng)域滑石礦的適用范圍和要求不同，當(dāng)前缺乏針對龍勝滑石礦不同品級滑石工藝礦物學(xué)研究的資料。另一方面，龍勝滑石礦高品質(zhì)滑石已大量開采，隨著滑石粉在涂料、填料和塑料等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，如何提升低品位、低白度滑石礦的白度和產(chǎn)品附加值已成為龍勝滑石礦當(dāng)前急需解決的問題。本文基于龍勝滑石礦的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合偏光顯微鏡、X粉晶衍射和掃描電鏡能譜分析查明了不同品級滑石礦的礦物組成，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了低白度滑石礦致色因素分析和白度提高試驗，為礦山精深加工技術(shù)開發(fā)及礦產(chǎn)資源綜合利用提供了科學(xué)可靠的方法。

1 樣品采集與處理分析

根據(jù)礦山實際開采應(yīng)用及滑石礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范[17]，本次研究共采集特級礦、一級品、二級品、1號礦、2號礦和牛皮礦等樣品。根據(jù)試驗需求分別制成薄片、探針片、X粉晶衍射分析樣等備用。薄片用于光學(xué)顯微鑒定，試驗儀器為萊茲偏光顯微鏡，儀器型號ORTHOLLX-II POLBK。探針片用于掃描電鏡能譜分析，測試儀器型號為∑IGMA型場發(fā)射掃描電鏡，觀測放大倍率25～800 000倍，化學(xué)元素檢測范圍為4Be～99Es，元素含量檢測下限為0.1%。X粉晶衍射分析樣為-200目粉末，測試儀器為Rigaku D/max2500衍射儀，掃描范圍為3～70°(2θ)，步長0.02°，掃描速度5°/min；采用K值法進(jìn)行定量分析。

2 各類礦石的礦物學(xué)特征

2.1 礦石的礦物形貌和化學(xué)成分特征

研究結(jié)合光學(xué)顯微鑒定和掃描電鏡X射線能譜分析等多種方法手段對不同類型滑石礦石的礦物組成和化學(xué)成分特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，龍勝雞爪滑石礦區(qū)中礦石的礦物種類較為簡單，主要礦物成分均為滑石，但不同類型礦石的共伴生礦物的組成則差異明顯(表1)。

表1 不同類型礦石的礦物組成對比

2.2 主要礦物嵌布特征

2.2.1 滑石

滑石是礦石工業(yè)回收的目標(biāo)礦物，光學(xué)顯微鏡下為自形—半自形片狀、粒狀結(jié)構(gòu)，集合體為片狀、鱗片狀，見一組極完全解理，最高干涉色可達(dá)III級中，近平行消光。

各類礦石中滑石產(chǎn)狀不同：特級礦中滑石含量≥99%，片狀—鱗片狀結(jié)構(gòu)，粒徑大小較為均勻，集中于0.01～0.05mm，弱定向排列。一級品、二級品、1號礦和2號礦中滑石含量85%～90%±，一級品中滑石顆粒大小變化最大，粒徑范圍0.005～0.10mm，顆粒無序—定向排布(圖1a)；二級品顆粒最小，粒徑集中于0.001～0.02mm，顆粒以無序或交織狀產(chǎn)出；1號礦顆粒較粗，粒徑0.01～0.10mm，集中于0.01～0.05mm，顆粒以無序或交織狀產(chǎn)出；2號礦顆?？沙薀o序或弱定向排布，粒徑范圍為0.005～0.05mm；牛皮礦中滑石含量25%～30%±，鱗片狀—片狀結(jié)構(gòu)，粒徑以≤0.02mm為主，巖石中主要以脈狀構(gòu)造產(chǎn)出，也可與綠泥石相間分布呈條帶狀構(gòu)造(圖1b)。

掃描電鏡能譜分析結(jié)果顯示，滑石中MgO含量范圍為31.8%～33.9%，SiO2含量范圍為65.6%～67.4%；常見含F(xiàn)e滑石，F(xiàn)eO含量范圍為0.5%～1.3%(表2)。

2.2.2 綠泥石

綠泥石主要見于牛皮礦之中，其次為二級品和2號礦。偏光顯微鏡下為無色，鱗片狀集合體，I級灰干涉色，顆粒普遍大于滑石。

牛皮礦中綠泥石含量55%±，具定向拉長結(jié)構(gòu)，致密塊狀、脈狀構(gòu)造；二級品中綠泥石含量10%±，以不規(guī)則粒狀、微細(xì)脈狀或團(tuán)粒狀產(chǎn)出；2號礦中綠泥石含量15%±，在滑石之中以不規(guī)則粒狀、長條狀產(chǎn)出(圖1c)。綠泥石中MgO含量范圍為31.8%～36.8%，SiO2含量為36.8%～38.2%，Al2O3含 量 為19.9%～23.3%，F(xiàn)eO含 量 為3.0%～3.7%，含少量CaO和Ag2O(表2)。

表2 滑石和綠泥石的X-射線能譜分析結(jié)果

2.2.3 石英

石英主要見于牛皮礦和1號礦之中，兩者石英含量分別為30%±和10%±，巖石中以局部富集的團(tuán)粒狀分布(圖1d)，粒徑0.001～0.05mm；石英在特級礦和2號礦中也可以他形粒狀顆粒零星散布。

圖1 礦石中主要礦物嵌布特征

2.3 次要礦物嵌布特征

礦石中次要礦物種類較多，可見金紅石、方解石、磷灰石和重晶石等，主要以微細(xì)粒狀散布于滑石、綠泥石之中(圖2)。

圖2 次要礦物嵌布特征

3 礦石白度分析及低白度礦石白度提高試驗

3.1 礦石白度分析

本次研究測試分析了各品級塊狀礦石及其對應(yīng)粉末的顏色和白度值(表3)，結(jié)果表明礦石的白度與滑石含量高低并不成正比，如特級礦中滑石含量為所有礦石類型中最高，但其白度值低于滑石含量相對較低的一級品和1號礦；一級品滑石含量低于二級品，但對應(yīng)白度值卻比二級品高。

表3 塊狀礦石與粉末的顏色和白度值比對

3.2 低白度礦石致色因素分析

白度值是滑石的重要考核指標(biāo)，目前開發(fā)利用的礦石類型主要為品相優(yōu)良、白度值高的特級礦、一級品、二級品、1號礦和2號礦等。但礦山現(xiàn)存有大量低白度滑石尚無法開發(fā)利用，提高此類礦石白度并推廣應(yīng)用有助于提升礦山的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

低白度滑石礦石按顏色可分為灰綠色的牛皮礦和黃白色礦。根據(jù)礦石礦物組成特征，本研究認(rèn)為綠泥石是影響牛皮礦白度的主要原因。一方面，在滑石含量接近的灰綠色及帶青灰色調(diào)礦石之中，含綠泥石的二級品、2號礦和牛皮礦的白度值普遍低于不含綠泥石的特級礦、一級品和1號礦，且綠泥石含量越高的礦石白度值越低，礦石的顏色亦越綠；另一方面，研究測得特級礦和牛皮礦對應(yīng)Fe2O3含量分別為0.023%和0.0048%，F(xiàn)eO含量分別為0.5%和0.8%，F(xiàn)e2+含量高于Fe3+，且綠泥石含量高的牛皮礦中，F(xiàn)eO占比也越高。結(jié)合前人研究可知[18-19]，灰綠色的牛皮礦致色主因是以Fe2+為主的綠泥石占比高所致。

黃白色礦石XRD分析結(jié)果顯示此類礦石中不含綠泥石，X熒光光譜分析結(jié)果顯示礦石中主要致色金屬元素亦為Fe，前人研究顯示該類礦石不適用于高溫煅燒[7]。

3.3 低白度礦石白度提高試驗

本研究對黃白色礦的渣漿進(jìn)行了白度提高試驗，試驗采用連二亞硫酸鈉作為還原劑，在常溫常壓條件下反應(yīng)120分鐘后，渣漿白度值由初始的67提高到80左右(圖3)，獲得產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到涂料油漆滑石粉一級品標(biāo)準(zhǔn)、塑料滑石三級品標(biāo)準(zhǔn)[20]，大大提升了低白度滑石礦的附加值。本次試驗結(jié)果表明，黃白色礦中致色因素為Fe3+，結(jié)合礦石的礦物特征可知，此類礦石中Fe3+主要存于褐鐵礦中。

圖3 渣漿白度處理試驗對比圖

4 結(jié)論

(1)礦石工藝礦物學(xué)研究表明，龍勝滑石礦各品級礦石的礦物組成和含量存在明顯差異：特級礦主要為滑石，同時見微量方解石、石英、重晶石、金紅石和褐鐵礦；一級品和1號礦主要由滑石和石英組成，次要礦物見磷灰石；二級品和2號礦主要由滑石和綠泥石組成，次要礦物見石英、磷灰石和重晶石；牛皮礦主要由綠泥石、滑石和石英組成，次要礦物見磷灰石、金紅石、方解石和磷釔礦。大部分礦石以塊狀構(gòu)造為主，牛皮礦見條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造；礦石結(jié)構(gòu)以片狀變晶結(jié)構(gòu)和片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。

(2)低白度礦石中的主要致色因子為Fe，灰綠色的牛皮礦因綠泥石中Fe2+含量高而導(dǎo)致礦石白度低，黃白色礦則因褐鐵礦中Fe3+而致色。本研究使用連二亞硫酸鈉作為還原劑，在常溫常壓條件下反應(yīng)120分鐘，將黃白色礦的渣漿白度值由67提升到80，獲得產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到涂料油漆滑石粉一級品標(biāo)準(zhǔn)、塑料滑石三級品標(biāo)準(zhǔn)。

(3)龍勝滑石礦在開采、運輸、加工過程中常因混入以Fe3+為主的褐鐵礦等雜質(zhì)物而形成低白度的礦石渣漿，當(dāng)前生產(chǎn)工藝和流程已導(dǎo)致大量礦石渣漿堆積未能有效利用。本次研究成果可將低白度的礦石渣漿提純優(yōu)化成為可利用的滑石工業(yè)產(chǎn)品，可提升低白度滑石礦的附加值，為礦山提高經(jīng)濟(jì)效益提供參考。