某云母矿工艺矿物学研究

何廷树，马旭明，任金彬，王宇斌

（1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西 西安710055；2.西安建筑科技大学材料科学与工程博士后流动站，陕西 西安710055）

云母是一类含钾、铝、镁、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐的总称［1－2］，属于层状结构硅酸盐。它是一种性能独特、应用领域广泛、价值很高的非金属工业矿物，工业应用价值最大的云母品种为白云母，其次为金云母，主要用于电子、仪表、造纸、塑料、橡胶、涂料等领域［3－4］。我国云母资源丰富，云母砂矿几乎遍布全国，但总体利用率不高，云母深加工产品也较少［5］。鉴于云母在国民经济及工业应用中的重要性，本文通过多种手段对河南某地云母矿进行了系统的工艺矿物学研究，查明了该云母矿的矿物类型、共生关系及工艺特征，并为相应的选矿提纯工艺提供了重要的基础。

1 云母矿石的组成特征

1.1 云母矿石的化学组成

为了确定矿石中主要化学元素的种类及含量，对矿石进行了化学多元素分析，结果如表1所示。

由表1可知，矿石所含主要元素为K、Al、Si，样品主要成分的相对含量基本符合白云母化学式｛KAl2［AlSi3O10］（OH2）｝的组成［6］，表明试样中的云母矿以白云母为主，属铝硅酸盐类白云母矿［6］。矿石中还有镁元素及钠元素，表明白云母矿中的部分K＋、Al3＋离子被Na＋、Mg2＋取代，故矿石中可能含有小部分黑云母。样品中Li2O含量极少，表明锂云母含量少，故该云母矿不具备提取Li的条件。该云母矿中还有部分Fe2O3，可能会对云母矿的白度和色泽等质量造成影响。

表1 矿石的多元素分析结果

1.2 云母矿石的矿物组成

为了查明矿石的矿物种类，对试验样品进行了X射线衍射分析。X射线衍射分析结果如图1所示。结合岩矿鉴定可知矿石中各矿物的含量组成，如表2所示。

由图1可知：组成矿石的矿物种类较为复杂，云母矿物主要为白云母、黑云母和绢云母，且特征衍射峰形尖锐，表明云母结晶较好；脉石矿物主要为石英、赤铁矿、纤铁矿和石榴子石。由表2可知，矿石中云母矿物以白云母和黑云母居多，相对含量为55%；脉石矿物除石英之外，所占比例较小。

图1 矿石的X射线衍射分析图谱

表2 矿石的矿物组成

2 主要矿物的矿物特征

2.1 云母矿物

云母矿物是矿石中选矿回收的主要部分。通过扫描电镜和岩矿鉴定对云母矿物的形貌和矿物特征进行分析，有助于更好的了解云母矿物的性质。

扫描电镜能够直接观察矿石样品不同矿物颗粒的形貌［7］。图2（a）为云母矿物（颗粒 A、B、C）的扫描电镜形貌图，可以看出云母主要呈薄片状，部分程鳞片状和不规则颗粒状。图2（b）为云母矿物（颗粒A）与石英（颗粒B）的形貌图，可以看出石英主要呈棱角状颗粒，并与云母的单体解离度较高。根据云母矿物和脉石矿物的形状差异，可以通过选择性磨矿使其达到不同的细度，进而达到分离、提纯的目的［8］。

图2 云母矿物的扫描电镜图

岩矿鉴定表明，该矿石中云母矿物为白云母、黑云母和少量的绢云母，三者互层生长，嵌布关系复杂，不易分离。白云母在单偏光下为无色透明假六方形或菱形片状集合体，部分带浅绿和浅褐色色调，具有一组完全解理的纵切面呈长条形，闪突起现象明显，颗粒大小为0.1～0.6mm。黑云母在单偏光下为黑色、深褐、红褐片状集合体，多色性明显，主要以红褐色为主，表明该类岩石为高级、中高级变质岩。当解理缝平行与偏光振动方向时，颜色最深，几乎不透明，近平行消光。黑云母颗粒大小相对白云母要大一些，颗粒大小为0.2～1mm。绢云母在单偏光下为细小的隐晶质鳞片状集合体，晶形不发育，分布于白云母和黑云母周围，推断其为早期千枚岩化的产物，晚期被白云母、黑云母所交代，现有部分残留。图3（a）为白云母和黑云母互层生长，图3（b）为绢云母分布于白云母和黑云母周围。

2.2 脉石矿物

脉石矿物主要是石英、赤铁矿、纤铁矿和石榴子石。其中，石英主要以致密块状以及不规则棱角状产出，部分则是呈粒状、次浑圆粒状形式出现，结晶程度为半自形和它形晶，颗粒大小为0.1～0.4mm，大部分石英以单体出现，部分石英与云母、石榴子石等矿物均形成共生关系（图4（a））。赤铁矿在矿石中呈条带状分布于云母之间，与云母片理产状相同，零星分布于石榴子石周围。纤铁矿呈不规则条带状，细脉状分布于云母之间，与赤铁矿伴生。石榴子石具有均质性，晶体中有不规则的裂纹，颗粒切面多为六边形及多边形（图4（b）），颗粒大小为1～2mm，大部分石榴子石的内部发生了绢云母化，还伴有石英的动态重结晶。

图3 云母矿物的镜下照片

图4 脉石矿物的镜下照片

3 主要矿物的嵌布粒度

矿石中主要目的矿物的粒度组成及其分布特点，对确定磨矿细度和制订合理的选矿工艺流程有着直接的影响，通过对矿物粒度的分析，可以预测在一定磨矿细度下可能达到的单体解离程度，并由此确定有用矿物实现解离所需要的最佳磨矿细度。为此，在显微镜下对矿石中的云母矿物和石英进行测量和分析，统计结果如表3所示。

表3 主要矿物的嵌布粒度

由表3可知：白云母、黑云母和石英嵌布粒度较粗，主要集中在0.1～0.4mm，当粒级为＋0.104mm时，其累计分布率分别为93.84%、92.48% 和96.74%。绢云母颗粒细小，嵌布粒度主要集中在0.005～0.01mm。从嵌布粒度看，矿石粗磨到100目左右就可使90%的云母矿物达到单体解理。

4 结论

1）云母矿物主要为白云母、黑云母和绢云母，其中以片状、鳞片状集合体为主，或者为细小的隐晶质鳞片状集合体。脉石矿物主要为石英，且嵌布粒度均匀。赤铁矿、纤铁矿及石榴子石等与云母存在共生现象，会对选矿造成不利影响，影响其选矿提纯指标。

2）矿石中云母矿物含量约50%～65%，主要元素为Si、Al、K、Fe等元素，其中Fe为有害元素，会影响云母的白度和色泽。该云母矿石属易解离难选型，白云母和黑云母互层生长，相互交切，绢云母生长于白云母和黑云母周围，不易分选；脉石矿物石英、石榴子石为中细粒均匀嵌布，容易解离。云母矿物预计在100目左右可获得单体解离。

3）云母矿物和石英的单体解离度较高，因此较大颗粒的石英可以通过选择性磨矿、分级实现与云母的分选，浮选法则可以实现云母与细小的石英的分离。赤铁矿、纤铁矿及石榴子石与云母矿物存在较大的比重差，通过选择性磨矿达到单体解理后，再利用分级、重选实现分选的目的。

［1］徐文炘，郭陀珠，李衡，等.云母矿物材料研究现状及前景［J］.矿产与地质，2001，15（3）：201－204.

［2］吴照洋.云母资源概况及加工应用现状［J］.中国粉体技术，2007（13）：179－182.

［3］鲁守宽.太行山东麓的碎云母矿产资源开发与利用预测［J］.唐山工程技术学院学报，1995，17（3）：77－81.

［4］龚先政，祖占良，郑水林.云母加工利用技术现状与发展动向［J］.中国非金属矿导刊，2000（5）：18－21.

［5］袁楚雄，田中凯，刘奇.云母及其深加工［J］.国外金属矿选矿，1996（4）：42－45.

［6］韩跃新.矿物材料［M］.北京：科学出版社，2006.

［7］王培铭，许乾慰.材料研究方法［M］.北京：科学出版社，2005.

［8］段希祥.选择性磨矿及其应用［M］.北京：冶金工业出版社，1991.