蛇纹石型红土镍矿中镍的赋存特征

金建文

(矿冶科技集团有限公司 矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628)

镍是一种重要的有色金属，广泛应用于不锈钢、高温合金、电池材料以及各种化工产品中。2005年以来，我国一直是世界上最大的镍资源消费国[1，2]。镍资源类型通常分为硫化镍矿和氧化镍矿二类。硫化镍矿中的镍可以通过选矿得以富集，后续再通过冶金方式回收。氧化镍矿中的镍较难通过选矿富集，只能直接通过冶金的方法提取。根据矿石中铁和镁含量的不同，氧化镍矿又分为褐铁矿型红土镍矿和蛇纹石型红土镍矿。其中蛇纹石型红土镍矿由于镍的赋存状态较为复杂，加大了镍的回收难度。为了更好的利用蛇纹石型红土镍矿中的镍，需要查明矿石中镍的赋存特征。本文通过光学显微镜、扫描电镜及矿物自动分析仪等仪器手段，结合化学分析、化学物相分析，对某蛇纹石型红土镍矿中镍的赋存特征进行了详细的研究[3-14]。

1 化学分析

矿石含镍品位为1.34%，矿石中的镍主要存在于硅酸盐矿物中，占矿石中总镍的57.27%，其次存在于褐铁矿中，占矿石中总镍的37.29%，锰矿物中镍占总镍的5.44%，含量较低。矿石的主要化学成分和镍在各矿物中的主要化学物相分析结果分别见表1和表2。

表1 矿石的主要化学成分 Table 1 Main chemical composition of ore /%

表2 矿石中镍的化学物相分析结果Table 2 Chemical phase analysis results of nickel in ore /%

2 矿石中的主要含镍矿物与镍的赋存特征分析

通过光学显微镜、扫描电镜及矿物自动分析仪(AMICS)等仪器手段，进一步查明了矿石中含镍矿物主要为硅镁镍矿、锰镍钴矿、锰镍矿、褐铁矿、蛇纹石、绿高岭石、硅铁氧化物胶体等。

2.1 硅镁镍矿中镍的赋存特征

硅镁镍矿的分子式为：(Mg，Ni)6(Si4O10)(OH)8，其扫描电镜能谱分析结果见表3，由表3可知，硅镁镍矿中镍的含量变化范围较大。硅镁镍矿主要以粒状、不规则状(图1)与铬铁矿、褐铁矿、锰土、石英、玉髓等矿物紧密嵌布，常沿其它矿物的裂隙分布。图2为硅镁镍矿的X射线衍射图。

表3 硅镁镍矿的X射线能谱分析结果 Table3 X-ray energy spectrum analysis of garnierite /%

图1 硅镁镍矿呈粒状产出Fig.1 Garnierite occurs in granular form

图2 硅镁镍矿的XRD图谱Fig.2 XRD pattern of in granular Magnesium-Nickel Silicate

2.2 锰镍钴矿、锰镍矿

锰镍钴矿和锰镍矿的X射线能谱分析结果见表4，X射线能谱图见图3和图4，由表4可知，锰镍钴矿和锰镍矿的成分较为稳定。

锰镍钴矿常以不规则细粒状嵌布于褐铁矿中(图5)，也有部分锰镍钴矿呈脉状、细脉状嵌布。锰镍矿多呈微细粒状与其它矿物紧密嵌布，也有部分锰镍矿被包裹在褐铁矿中(图6)。

表4 锰镍钴矿和锰镍矿的X射线能谱分析结果Table 4 X-ray energy spectrum analysis results of manganese-nickel-cobalt ore and manganese-nickel ore /%

图3 锰镍钴矿的X射线能谱图Fig.3 X-ray energy spectrum of manganese-nickel-cobalt ore

图4 锰镍矿的X射线能谱Fig.4 X-ray energy spectrum of manganese nickel ore

图5 褐铁矿中包裹的锰镍钴矿图Fig.5 Manganese-nickel-cobalt ore wrapped in limonite

图6 锰镍矿包裹于褐铁矿中Fig.6 Manganese nickel ore wrapped in limonite

2.3 褐铁矿

褐铁矿多呈胶状、粒状、不规则状嵌布(图7)，常与矿石中其它硅镁质矿物紧密嵌布。褐铁矿的X射线能谱分析结果列于表5，成分中除含铁、氧外，还含少量镍、钴、锰、硅、铝、镁、钙、氯等元素，其X射线能谱图见图8。

图7 褐铁矿以胶状嵌布Fig.7 Limonite is colloidally embedded

表5 褐铁矿的X射线能谱分析结果Table 5 The results of X-ray energy spectrum analysis of limonite /%

图8 褐铁矿的X射线能谱图Fig.8 X-ray energy spectrum of limonite

2.4 蛇纹石

蛇纹石的X射线能谱分析结果见表6，由表6可知，矿石中大部分蛇纹石除含硅、镁外，还含少量镍、铁、铝、钙等元素。

蛇纹石以纤维状、叶片状、网脉状嵌布(图9)，与矿石中铬铁矿、褐铁矿等嵌布紧密。蛇纹石的X射线能谱图见图10。

2.5 绿高岭石

绿高岭石在蛇纹石型红土镍矿中多以鳞片状、不规则状产出。绿高岭石的X射线能谱分析结果见表7，由表7可知，绿高岭石中除含硅、铁外，还含少量铝、镁、钙、镍等元素，其X射线能谱见图11。

表6 蛇纹石的X射线能谱分析结果Table 6 X-ray energy spectrum analysis of serpentine /%

图9 蛇纹石以网脉状嵌布Fig.9 Serpentine is imbedded in reticular vein

图10 蛇纹石的X射线能谱图Fig.10 X-ray energy spectrum of serpentine

表7 绿高岭石主要元素X射线能谱分析结果 Table7 X-ray energy spectrum analysis of main elements in green kaolinite /%

2.6 硅铁氧化物胶体

这类胶体是超基性岩风化过程中形成的，产生于氧化硅及氧化铁同时凝结或是从成分复杂的化合物溶液中凝结析出。硅铁氧化物胶体常与褐铁矿互层以环带状、胶状嵌布，少量以细粒状嵌布。硅铁氧化物胶体的扫描电镜X射线能谱分析结果列于表8，其X射线能谱见图12。

表8 硅铁氧化物胶体的X射线能谱分析结果Table8 X-ray energy spectrum analysis result of main elements in green kaolinite /%

图11 绿高岭石的X射线能谱图Fig.11 X-ray energy spectrum of green kaolinite

图12 硅铁氧化物胶体的X射线能谱图Fig.12 X-ray energy spectrum of ferrosilicon oxide colloid

3 矿石的矿物相对含量及镍占比分布率分析

矿石的矿物组成及相对含量见表9。结合矿石含镍矿物的相对含量及矿物中的镍含量，对矿石中镍元素进行了平衡分配计算，其结果见表10，由表10可知，镍主要以分散的形式存在于褐铁矿、富锰褐铁矿、硅铁氧化物胶体、绿高岭石、蛇纹石中，这部分镍占矿石中总镍的75.50%；矿石中只有24.50%的镍以独立矿物硅镁镍矿、锰镍钴矿和锰镍矿的形式存在。

表9 矿石的矿物组成及相对含量Table 9 Mineral composition and relative content of ore /%

表10 镍元素在矿石中的平衡分配计算结果Table 10 Calculated results of equilibrium distribution of nickel in ores /%

4 结论

蛇纹石型红土镍矿中镍的赋存状态较为复杂，75.5%的镍以分散形式存在于褐铁矿、硅铁氧化物胶体、绿高岭石和蛇纹石中，以独立矿物硅镁镍矿、锰镍钴矿和锰镍矿形式存在的镍仅占24.50%，其中硅镁镍矿中镍占19.06%，而硅镁镍矿属于硅酸盐矿物，与矿石中其它硅酸盐矿物没有明显的分选性，因此该类型的红土镍矿，较难通过选矿的方法对其中的镍进行富集，建议直接采用冶金的方法进行回收。