铁铝共生矿工艺矿物学研究

李莎莎

(中铝郑州有色金属研究院有限公司,河南 郑州 450041)

本研究试验样品取自广西贵港某铝土矿矿区,矿石中铁含量远高于普通铝土矿,为高铁型低品位铝土矿,亦可称为铁铝共生矿,主要成分是铝、硅、铁的氧化物[1～3]。通过X荧光光谱分析与化学多元素分析进行定量分析,应用光学显微镜、扫描电镜以及QEMSCAN矿物定量分析仪确定矿石的物质组成、嵌布特征、工艺粒度特征、赋存状态及元素分布规律等工艺矿物学参数,为矿石的综合回收利用提供理论依据。

1 化学成分及矿物组成

原矿化学多元素分析结果见表1。由表1可知,矿石中Al2O3含量为29.35%,Fe2O3含量为31.22%,SiO2含量为10.32%。

表1 主要元素化学分析结果 %

原矿物相分析结果见表2。由表2可知,矿石中的主要铝矿物为三水铝石和一水硬铝石,两者含量之和达到36.99%;硅酸盐矿物主要有高岭石和绿泥石,两者之和为10.42%;铁矿物主要有褐铁矿、赤铁矿、针铁矿以及少量的钛铁矿;其余为少量的钙铝榴石、尖晶石、石英、方解石、白云石、正长石、斜长石、锆石等矿物。

表2 矿样的主要矿物组成 %

2 矿物共生关系

采用QEMSCAN分析并统计矿石中各目的矿物的共生关系。分析结果表明,矿物间的共生关系整体较为复杂,自由表面积比例较低。其中,三水铝石主要与一水硬铝石、高岭石、绿泥石、 褐铁矿、针铁矿、赤铁矿、钛铁矿、锐钛矿等矿物共生,其中,与褐铁矿的共生表面积比例达 10.06%,自由表面积比例为60.71%;一水硬铝石主要与三水铝水、高岭石、绿泥石、 褐铁矿、针铁矿等矿物共生,其中,与三水铝石的共生表面积比例达 11.17%,自由表面积比例为70.02%;高岭石主要与三水铝水、一水硬铝石、绿泥石、 褐铁矿、针铁矿等矿物共生,且与各矿物的共生比例均较小,自由表面积比例达到 72.22%;绿泥石主要与三水铝水、一水硬铝石、高岭石、 褐铁矿等矿物共生,自由表面积比例为 68.93%;褐铁矿主要与三水铝石、一水硬铝石、高岭石、绿泥石、针铁矿、赤铁矿、钛铁矿、锐钛矿等矿物共生,自由表面积比例达70.65%;赤铁矿主要与褐铁矿、针铁矿、三水铝石、钛铁矿等矿物共生, 且与各矿物的共生比例均较小,自由表面积比例达到75.01%。

3 主要矿物特征

3.1 三水铝石

单斜晶系,晶体呈假六方板状,常见聚片双晶。集合体呈放射纤维状,鳞片、皮壳状,见图1。三水铝石是矿石中最主要的铝矿物,在矿石中主要以下面几种嵌布特征形式存在:①呈板条状晶体形式存在,结晶程度为自形至半自形,大小一般为0.01 mm×0.1 mm至0.25 mm×0.8 mm,少量的三水铝石呈毡状结构交生在一起,粘土矿物分布在其中空隙和三水铝石的表面,嵌布关系较为复杂,在其表面分布有铁质薄膜;②呈鲕粒状形式存在,鲕粒的核部为铁质浸染的三水铝石,在外层常见有铁质皮壳,铁质皮壳一般厚度为0.1～0.15 mm,见图2;③三水铝石呈脉状形式充填在岩石之中,脉宽一般为0.01～ 0.08 mm。

图1 三水铝石呈显微鳞片状

图2 三水铝石呈鲕粒状

3.2 一水硬铝石

斜方晶系,晶体呈薄板状, 通常为鳞片状集合体或结核状。 一水硬铝石在矿石中主要以下面几种形式存在:①呈星点状分布在碎屑颗粒、豆鲕粒环带和岩石的胶结物之中,见图3;②呈毡状交织状分布在岩石中,为粘土矿物和铁质矿物所胶结,见图4;③呈脉状形式充填在岩石中,脉宽一般为0.01 mm左右。

图3 一水硬铝石与粘土形成鲕粒结构

图4 一水硬铝石呈毡状交织分布

3.3 粘土矿物

高岭石和绿泥石是矿石中最主要的含硅脉石矿物,多呈薄片状、鳞片状微晶集合体形式产出,见图5。主要的嵌布特征为:①与三水铝石共生在一起;②粘土矿物分布在呈毡状结构交生的三水铝石空隙和其表面上,嵌布关系较为复杂;③高岭石、绿泥石等粘土矿物与褐铁矿等铁质矿物交生在一起,其中褐铁矿呈浸染状分布在粘土矿物之中,其中褐铁矿颗粒一般小于0.002 mm。

图5 高岭石呈鳞片状

3.4 含钛矿物

含钛矿物主要为锐钛矿和钛铁矿,其主要的镶嵌特征为:①锐钛矿呈半自形粒状分布于岩石之中,颗粒一般为0.05 mm,大者可见0.1 mm;②钛铁矿呈板状自形晶的形式,分布于岩石之中,其大小为0.01 mm×0.1 mm至0.03 mm×0.25 mm,与三水铝石的接触关系为线状接触关系,见图6。

图6 钛铁矿呈板状自形晶

3.5 含铁矿物

含铁矿物主要为褐铁矿、赤铁矿、针铁矿和钛铁矿,在矿石中嵌布特征如下:①褐铁矿在岩石中主要呈浸染状、胶状、网状等形式,与粘土矿物接触关系较为复杂,见图7;在三水铝石矿物表面常覆盖有浸染状的褐铁矿;在鲕粒的外围可见有浸染状的褐铁矿环带或条带出现;呈脉状分布于岩石中,镜下可见脉宽为0.025 mm左右;②在矿石中针铁矿,主要呈自形板状形式,可见板状晶体大小一般为0.008 mm左右,与三水铝石、褐铁矿等叠在一起,能谱成分分析发现在针铁矿晶体中含有少量的铝,见图8;③钛铁矿呈板状自形晶的形式,分布于岩石之中,其大小为0.01 mm×0.1 mm至0.03 mm×0.3 mm,与三水铝石的接触关系为线状接触关系;④赤铁矿以板条状自形晶或它形分布于岩石中,其颗粒大小一般为0.015 mm×0.1 mm左右。

图7 褐铁矿呈胶状

图8 针铁矿与三水铝石、褐铁矿共生

4 粒度分布特征

矿石中重要矿物的嵌布粒度见表3。由表3可知,三水铝石和褐铁矿的嵌布粒度特征相似,都较细,+0.074 mm粒级分别占25.79%和4.91%,-0.020 mm粒级分别占52.26%和80.66%;高岭石的嵌布粒度较粗,+0.074 mm粒级占54.95%,-0.010 mm粒级占11.35%。

表3 矿石中重要矿物的嵌布粒度特征

5 结 语

(1) 矿石中含铝矿物有三水铝石,含量为31.45%,一水硬铝石含量为5.54%。铝矿物几乎都呈显微晶质结构,三水铝石多呈放射纤维状,鳞片、皮壳状;一水硬铝石呈为鳞片状集合体或结核状。含硅矿物主要为高岭石和绿泥石,多呈薄片状、鳞片状微晶集合体形式产出。含铁矿物主要为褐铁矿和赤铁矿。

(2) 矿石的结构比较复杂,多呈铝、硅、铁集合体存在,铝硅铁矿物之间共生关系复杂、嵌布紧密,互相浸染,部分呈胶状形态存在,矿物粒度细小。由嵌布粒度和嵌布特征可知,该矿区铝土矿难以通过机械选矿的方法使铝、铁彻底分离,且在磨矿过程,硬度低、易磨、易泥化的三水铝石、褐铁矿、高岭石、绿泥石等矿物易过分破磨成为超细粒的矿泥，恶化浮选过程,影响选精矿的质量,应采用阶段磨矿-阶段浮选的方法来解决。