宜昌胶磷矿伴生含钾页岩富集矿工艺矿物学研究

王树林，黄志良，郭伟斌，池汝安，陈常连，赵 静

（武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉430074）

钾是作物生长需要的大量元素之一，也是土壤中常因供应不足而影响作物产量的一个重要元素。目前世界上一般是从可溶性钾矿石中提取钾或直接以钾盐矿物为原料制造钾肥。我国的钾资源匾乏，目前主要利用的钾资源是海湖盐，但不溶性钾盐储量大，对不溶性钾盐提钾并加以综合利用成为国内外研究的重点，并已取得一定进展[1－7]。湖北省宜昌磷矿胶磷矿层底板普遍共生有含钾页岩，储量巨大，且可与磷矿伴采，开采条件简单，成本较低[8]。因此，胶磷矿伴生含钾页岩的系统工艺矿相学研究对不溶性钾盐资源开发利用具有重要的指导意义。

1 含钾页岩富集矿的物质特征

1.1 含钾页岩富集矿的化学组成

对含钾页岩富集矿样品进行多元素分析，得到矿物的化学组成结果如表1所示，从表1中可以看出，富集矿中的主要成分为 Al2O3、K2O、SiO2、CaO、MgO、C和Fe2O3，占矿物总质量的95%以上，其中 K2O 3.94%，Al2O316.6%，SiO248.00%，CaO 2.69%，MgO 4.96%。

1.2 含钾页岩富集矿的矿物组成

经镜下鉴定和X射线衍射分析（见图1），此含钾页岩富集矿中主要含有石英、长石、云母、绿泥石、白云石和褐铁矿。石英为α－石英，长石主要为斜长石，云母主要为水云母。在矿石中，含钾矿物以水云母为主，其次为斜长石。

表1 富集矿的多元素分析

图1 矿样XRD图

2 组分在各矿物中的赋存状态研究

2.1 单体矿物成分的定性研究

根据在偏光显微镜镜下矿物种类的分析结果和实验中所选的磨矿粒级，把被包裹物的最小粒度确定为0.01mm，然后用化学方法分析各能被单体解离出的矿物成分含量，而水云母、绿泥石矿物不易挑样，用SEM微区能谱成分分析。

水云母：含 Al2O336.78%；含SiO243.26%；含K2O9.38%。

斜长石：含 Al2O318.38%；含SiO264.75%；含K2O14.03%。

绿泥石：含 Al2O318.20%；含SiO232.12%；含MgO34.26%；含Fe2O32.86%。

白云石：含CaO30.43%；含 MgO21.74%。

胶磷矿：含 P2O541.36%（含磷18.06%）；含CaO 56.38% 。

石英：含SiO299.82%，含K2O较少。

褐铁矿：含 Fe2O384.27%；含 SiO21.28%；含Al2O31.20%。

金红石：含TiO298.32%。

2.2 主要组分在各矿物中的赋存状态

通过单矿物成分数据，结合矿物在矿石中的平均含量，查清矿样中主要考查组分在各矿物中的赋存状态（结果见表2），查明了各组分的存在形式。

表2 主要考查组分在各矿物中的赋存状态测定结果表

从表2中可以看出，需要选出的K2O主要存赋存在水云母和斜长石中；需要选去的SiO2主要存赋存在石英矿物中；需要选去的Fe2O3主要存赋存在褐铁矿中；需要选去的CaO赋存在白云石中。

2.3 钒组分在矿物中的赋存状态研究

从图2可知，钒离子的分布与铝离子、钾离子趋于一致，说明云母类矿物中赋存有钒。根据云母类矿物的晶体结构，认为钒离子以V3＋→Al3＋形式占据氧的八面体空隙，形成类质同像。通过X射线能谱测水云母中含钒的重量百分比为2.31wt%，对其它单体矿物做BEI背散射及成分面扫描没有发现有钒离子分布，可知矿石中的钒主要赋存在水云母矿物中。富集矿中钒的化学物相分析结果见表3。

图2 云母BEI背散射及成分面扫描图

表3 富集矿中钒的化学物相分析结果

3 含钒水云母的嵌布嵌镶特征分析

矿石中云母类矿物大致以如下两种形式产出。

1）云母类矿物呈局部较为富集的微细粒、浸染状不均匀分布，并大部分被包裹在铁质矿物中（图3a）。主要脉石矿物石英质矿物和碳酸盐类矿物与云母类矿物呈平行嵌布。

2）云母类矿物结晶粒度较上一种形式大，呈片状杂乱嵌布在石英质和其它脉石矿物中，并与铁质矿物呈平行嵌布（图3b）。

采用过尺线测法在显微镜下对云母类矿物的嵌布粒度进行统计，其结果见表4。

图3 云母类矿物嵌布关系

表4 云母类矿物的嵌布粒度统计结果

云母类矿物的嵌布粒度较小，其中20～40μm范围占39.49%，10～20μm 范围的占48.81%，属细粒级嵌布。单纯从嵌布粒度来看，欲使51%左右的胶磷矿呈单体产出，对矿石要选择－20μm（0.02mm）的磨矿细度；欲使100%左右的胶磷矿呈单体产出，对矿石要选择－10μm（0.01mm）的磨矿细度。

4 结论

1）含钾页岩富集矿中可供选矿回收的主要组分为钾（钒可综合利用），矿品位为3.94%，主要赋存在水云母矿物中，水云母占富集矿的重量百分比为36.50%。需要选矿排除的造渣组分以SiO2为主，主要赋存在石英质矿物中，其它有害杂质铁和碳的含量也较高。

2）经过BEI背散射及成分面扫描发现富集矿中的V2O5组分基本赋存在水云母中。

3）在矿样中，云母类矿物大部分呈片状杂乱嵌布在石英质和其他脉石矿物中，少量呈微细的包裹体嵌布在铁质矿物集合体中。云母类矿物的嵌布粒度较小，属细粒级嵌布。

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