龙胜滑石矿工艺矿物学特征及矿石白度影响因素分析

陈永琳，夏 瑜，冯吉福，袁江涛，周奇明，陈向波，卢 维

(1.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 广西 桂林 541004；2.桂林理工大学地球科学学院 广西 桂林 541004；3.桂林桂广滑石开发有限公司 广西 桂林 541000)

滑石具有良好的功能特性，广泛用于造纸、涂料、陶瓷、塑料、填料、制药、化妆品和汽车制造等领域[1-3]。我国是世界滑石资源储量和产量大国，同时产出高档和中低档滑石。龙胜滑石矿已有50年多年开采历史，是我国重要的滑石资源矿产地[4-5]，其产出的优质滑石是食品、医药和化妆品的重要原料，而低白度滑石在涂料和工程塑料行业也得到广泛应用[6-7]。

龙胜滑石矿在大地构造位置上属于南华准地台桂北台隆龙胜褶断带的三门复式倒转背斜，区内出露地层包括丹洲群、震旦系和寒武系，断裂构造以NNE向为主，矿床分布主要受断裂构造控制，矿体主要赋存于三门街组第三段薄—中厚层状白云石大理岩之中；矿床可分为古坪、鸡爪、桐子山和上朗等矿区，古坪和鸡爪两个矿区探明的滑石储量已达到大型规模，已探明的资源储量超过2 000万t[7-10]。

虽然前人对龙胜滑石矿的地质特征、矿床成因和成矿规律等进行了较为详细的研究[11-16]，但由于不同领域滑石矿的适用范围和要求不同，当前缺乏针对龙胜滑石矿不同品级滑石工艺矿物学研究的资料。另一方面，龙胜滑石矿高品质滑石已大量开采，随着滑石粉在涂料、填料和塑料等行业的广泛应用，如何提升低品位、低白度滑石矿的白度和产品附加值已成为龙胜滑石矿当前急需解决的问题。本文基于龙胜滑石矿的应用现状，结合偏光显微镜、X粉晶衍射和扫描电镜能谱分析查明了不同品级滑石矿的矿物组成，并在此基础上进行了低白度滑石矿致色因素分析和白度提高试验，为矿山精深加工技术开发及矿产资源综合利用提供了科学可靠的方法。

1 样品采集与处理分析

根据矿山实际开采应用及滑石矿产地质勘查规范[17]，本次研究共采集特级矿、一级品、二级品、1号矿、2号矿和牛皮矿等样品。根据试验需求分别制成薄片、探针片、X粉晶衍射分析样等备用。薄片用于光学显微鉴定，试验仪器为莱兹偏光显微镜，仪器型号ORTHOLLX-II POLBK。探针片用于扫描电镜能谱分析，测试仪器型号为∑IGMA型场发射扫描电镜，观测放大倍率25～800 000倍，化学元素检测范围为4Be～99Es，元素含量检测下限为0.1%。X粉晶衍射分析样为-200目粉末，测试仪器为Rigaku D/max2500衍射仪，扫描范围为3～70°(2θ)，步长0.02°，扫描速度5°/min；采用K值法进行定量分析。

2 各类矿石的矿物学特征

2.1 矿石的矿物形貌和化学成分特征

研究结合光学显微鉴定和扫描电镜X射线能谱分析等多种方法手段对不同类型滑石矿石的矿物组成和化学成分特征进行研究。结果表明，龙胜鸡爪滑石矿区中矿石的矿物种类较为简单，主要矿物成分均为滑石，但不同类型矿石的共伴生矿物的组成则差异明显(表1)。

表1 不同类型矿石的矿物组成对比

2.2 主要矿物嵌布特征

2.2.1 滑石

滑石是矿石工业回收的目标矿物，光学显微镜下为自形—半自形片状、粒状结构，集合体为片状、鳞片状，见一组极完全解理，最高干涉色可达III级中，近平行消光。

各类矿石中滑石产状不同：特级矿中滑石含量≥99%，片状—鳞片状结构，粒径大小较为均匀，集中于0.01～0.05mm，弱定向排列。一级品、二级品、1号矿和2号矿中滑石含量85%～90%±，一级品中滑石颗粒大小变化最大，粒径范围0.005～0.10mm，颗粒无序—定向排布(图1a)；二级品颗粒最小，粒径集中于0.001～0.02mm，颗粒以无序或交织状产出；1号矿颗粒较粗，粒径0.01～0.10mm，集中于0.01～0.05mm，颗粒以无序或交织状产出；2号矿颗粒可呈无序或弱定向排布，粒径范围为0.005～0.05mm；牛皮矿中滑石含量25%～30%±，鳞片状—片状结构，粒径以≤0.02mm为主，岩石中主要以脉状构造产出，也可与绿泥石相间分布呈条带状构造(图1b)。

扫描电镜能谱分析结果显示，滑石中MgO含量范围为31.8%～33.9%，SiO2含量范围为65.6%～67.4%；常见含Fe滑石，FeO含量范围为0.5%～1.3%(表2)。

2.2.2 绿泥石

绿泥石主要见于牛皮矿之中，其次为二级品和2号矿。偏光显微镜下为无色，鳞片状集合体，I级灰干涉色，颗粒普遍大于滑石。

牛皮矿中绿泥石含量55%±，具定向拉长结构，致密块状、脉状构造；二级品中绿泥石含量10%±，以不规则粒状、微细脉状或团粒状产出；2号矿中绿泥石含量15%±，在滑石之中以不规则粒状、长条状产出(图1c)。绿泥石中MgO含量范围为31.8%～36.8%，SiO2含量为36.8%～38.2%，Al2O3含 量 为19.9%～23.3%，FeO含 量 为3.0%～3.7%，含少量CaO和Ag2O(表2)。

表2 滑石和绿泥石的X-射线能谱分析结果

2.2.3 石英

石英主要见于牛皮矿和1号矿之中，两者石英含量分别为30%±和10%±，岩石中以局部富集的团粒状分布(图1d)，粒径0.001～0.05mm；石英在特级矿和2号矿中也可以他形粒状颗粒零星散布。

图1 矿石中主要矿物嵌布特征

2.3 次要矿物嵌布特征

矿石中次要矿物种类较多，可见金红石、方解石、磷灰石和重晶石等，主要以微细粒状散布于滑石、绿泥石之中(图2)。

图2 次要矿物嵌布特征

3 矿石白度分析及低白度矿石白度提高试验

3.1 矿石白度分析

本次研究测试分析了各品级块状矿石及其对应粉末的颜色和白度值(表3)，结果表明矿石的白度与滑石含量高低并不成正比，如特级矿中滑石含量为所有矿石类型中最高，但其白度值低于滑石含量相对较低的一级品和1号矿；一级品滑石含量低于二级品，但对应白度值却比二级品高。

表3 块状矿石与粉末的颜色和白度值比对

3.2 低白度矿石致色因素分析

白度值是滑石的重要考核指标，目前开发利用的矿石类型主要为品相优良、白度值高的特级矿、一级品、二级品、1号矿和2号矿等。但矿山现存有大量低白度滑石尚无法开发利用，提高此类矿石白度并推广应用有助于提升矿山的综合经济效益。

低白度滑石矿石按颜色可分为灰绿色的牛皮矿和黄白色矿。根据矿石矿物组成特征，本研究认为绿泥石是影响牛皮矿白度的主要原因。一方面，在滑石含量接近的灰绿色及带青灰色调矿石之中，含绿泥石的二级品、2号矿和牛皮矿的白度值普遍低于不含绿泥石的特级矿、一级品和1号矿，且绿泥石含量越高的矿石白度值越低，矿石的颜色亦越绿；另一方面，研究测得特级矿和牛皮矿对应Fe2O3含量分别为0.023%和0.0048%，FeO含量分别为0.5%和0.8%，Fe2+含量高于Fe3+，且绿泥石含量高的牛皮矿中，FeO占比也越高。结合前人研究可知[18-19]，灰绿色的牛皮矿致色主因是以Fe2+为主的绿泥石占比高所致。

黄白色矿石XRD分析结果显示此类矿石中不含绿泥石，X荧光光谱分析结果显示矿石中主要致色金属元素亦为Fe，前人研究显示该类矿石不适用于高温煅烧[7]。

3.3 低白度矿石白度提高试验

本研究对黄白色矿的渣浆进行了白度提高试验，试验采用连二亚硫酸钠作为还原剂，在常温常压条件下反应120分钟后，渣浆白度值由初始的67提高到80左右(图3)，获得产品指标达到涂料油漆滑石粉一级品标准、塑料滑石三级品标准[20]，大大提升了低白度滑石矿的附加值。本次试验结果表明，黄白色矿中致色因素为Fe3+，结合矿石的矿物特征可知，此类矿石中Fe3+主要存于褐铁矿中。

图3 渣浆白度处理试验对比图

4 结论

(1)矿石工艺矿物学研究表明，龙胜滑石矿各品级矿石的矿物组成和含量存在明显差异：特级矿主要为滑石，同时见微量方解石、石英、重晶石、金红石和褐铁矿；一级品和1号矿主要由滑石和石英组成，次要矿物见磷灰石；二级品和2号矿主要由滑石和绿泥石组成，次要矿物见石英、磷灰石和重晶石；牛皮矿主要由绿泥石、滑石和石英组成，次要矿物见磷灰石、金红石、方解石和磷钇矿。大部分矿石以块状构造为主，牛皮矿见条带状构造、脉状构造；矿石结构以片状变晶结构和片粒状变晶结构。

(2)低白度矿石中的主要致色因子为Fe，灰绿色的牛皮矿因绿泥石中Fe2+含量高而导致矿石白度低，黄白色矿则因褐铁矿中Fe3+而致色。本研究使用连二亚硫酸钠作为还原剂，在常温常压条件下反应120分钟，将黄白色矿的渣浆白度值由67提升到80，获得产品指标达到涂料油漆滑石粉一级品标准、塑料滑石三级品标准。

(3)龙胜滑石矿在开采、运输、加工过程中常因混入以Fe3+为主的褐铁矿等杂质物而形成低白度的矿石渣浆，当前生产工艺和流程已导致大量矿石渣浆堆积未能有效利用。本次研究成果可将低白度的矿石渣浆提纯优化成为可利用的滑石工业产品，可提升低白度滑石矿的附加值，为矿山提高经济效益提供参考。