王全亮，趙建湘，周虎強(qiáng)

（1.湖南有色金屬研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2.湖南有色環(huán)保研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

云母是分布最廣的造巖礦物［1］，貫通于偉晶巖各個(gè)成巖階段［2］。湖南湘東北仁里-傳梓源鈮、鉭、鋰礦床是近期發(fā)現(xiàn)的大型偉晶巖型稀有金屬成礦區(qū)［3］，其礦體頂板為分布廣泛的云母片巖。由于云母片巖片理間粘結(jié)力弱，巖石強(qiáng)度低［4］，將成為該稀有金屬礦開(kāi)采的工程安全隱患。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要針對(duì)云母片巖的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)特征等方面做了大量的工作并取得了一定的成果［5～7］，但在云母片巖的礦物學(xué)特征及綜合利用的研究方面研究少見(jiàn)。本文以湘東北某石英云母片巖為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究片巖的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物嵌布特征等礦物學(xué)特性，分析基于礦物學(xué)特征的綜合利用技術(shù)，為合理開(kāi)發(fā)該片巖資源選擇適宜的選礦工藝，消除開(kāi)采時(shí)工程地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性等安全隱患，解決露天開(kāi)采占用土地及環(huán)境污染等方面提供技術(shù)支持。

1 試 驗(yàn)

石英云母片巖原礦樣取自湘東北仁里-傳梓源鈮鉭鋰礦區(qū)多個(gè)樣品組合而成的綜合礦樣，綜合礦樣經(jīng)破碎、研磨后，采用S4 P10VER型X-射線熒光光譜儀（XRF）、D8 ADVANCE型X-射線衍射儀（XRD）測(cè)定原礦樣化學(xué)成分和礦物組成；采用HITACHI SU3500掃描電鏡（SEM）和OXFORD XMAX-50能譜儀（EDS）對(duì)原礦樣進(jìn)行礦物嵌布特征和主要目的礦物成分分析，在試驗(yàn)過(guò)程中并輔以化學(xué)分析手段。

2 結(jié)果與討論

2.1 原礦的物質(zhì)組成

2.1.1 原礦的化學(xué)組成

原礦的XRF分析結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可知，原礦的主要化學(xué)成分為SiO2，其含量為71.16%，其次是Al2O3、Fe2O3、K2O，這四種元素合計(jì)占原礦總質(zhì)量的96%以上。

表1 原礦XRF分析結(jié)果 %

2.1.2 原礦礦物組成及相對(duì)含量

原礦的XRD如圖1所示，通過(guò)顯微鏡鑒定，結(jié)合化學(xué)元素及XRD結(jié)果，原礦樣主要礦物相對(duì)含量見(jiàn)表2。由圖1和表2可知原礦中主要礦物為石英、黑云母、白云母，其次為長(zhǎng)石、綠泥石等。其中石英含量達(dá)到51.2%，白云母、黑云母含量相差不大，云母合量為31.5%，長(zhǎng)石含量6.3%。

表2 原礦中主要礦物組成及含量 %

圖1 原礦的XRD譜

2.2 礦石中主要礦物的SEM及EDS分析

原礦的SEM觀察結(jié)果和EDS分析結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可知礦石中主要礦物相比較明顯，圖3（a）中主要礦物為石英，圖3（b）中主要礦物為白云母，圖3（c）中主要礦物為黑云母，圖3（d）中主要礦物為鉀長(zhǎng)石，圖3（e）中主要礦物為角閃石，圖3（f）中主要礦物為綠泥石，圖3（g）中主要礦物為紅柱石，圖3（h）中主要礦物為鈦鐵礦。

圖2 不同礦物顆粒的SEM像

圖3 圖2中（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）和（h）的EDS譜

2.3 礦石的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)

原礦呈淺灰色或灰黑色，具鱗片變晶結(jié)構(gòu)、片狀構(gòu)造，片理發(fā)育，屬于石英二云母片巖。原礦以片狀、粒狀、柱狀礦物為主。片狀礦物主要是黑云母、白云母、少量綠泥石；粒狀、柱狀礦物主要是石英，少量長(zhǎng)石、角閃石和紅柱石。由于風(fēng)化作用，礦石結(jié)構(gòu)較為松散。

2.4 組成礦物的鏡下特征

2.4.1 云母礦物

云母礦物為白云母與黑云母，兩者含量相差不大，呈薄片狀、鱗片狀，定向分布（見(jiàn)圖4（a）），黑云母、白云母呈不規(guī)整的相間或互層分布（見(jiàn)圖4（b）），黑云母中可見(jiàn)白云母存在，白云母中也見(jiàn)黑云母存在（見(jiàn)圖4（c））。云母片大小不均，其云母類嵌布粒徑：長(zhǎng)軸方向0.1～20 mm不等，短軸方向0.01～0.2 mm不等。

圖4 原礦電鏡掃描圖像

2.4.2 石英

石英礦物主要呈粒狀、柱狀（見(jiàn)圖4（c）），石英被壓扁拉長(zhǎng)現(xiàn)象明顯（見(jiàn)圖4（a）及圖4（b））。石英礦物大小不均，石英在礦石中的嵌布粒度一般為0.05～12 mm。

2.4.3 其它礦物

長(zhǎng)石礦物主要呈粒狀、柱狀（見(jiàn)圖4（b）），粒徑在0.02～0.2 mm之間。綠泥石呈鱗片狀分布，部分綠泥石分布于角閃石、紅柱石的裂隙裂紋中（見(jiàn)圖4（c）及圖4（d））。角閃石呈長(zhǎng)柱狀、粒狀，主要為普通角閃石和直閃石（見(jiàn)圖4（d）），粒徑在0.005～0.6 mm之間。紅柱石呈柱狀、粒狀，紅柱石包含綠泥石、石英和云母（見(jiàn)圖4（c）），粒徑在0.01～0.5 mm之間。

2.5 組成礦物的嵌布粒度

采用線測(cè)法分別統(tǒng)計(jì)了礦石中的白云母、黑云母、石英、長(zhǎng)石及角閃石的粒度分布情況，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知：當(dāng)?shù)V石粒度全部小于0.15mm時(shí)，白云母的單體解離度可達(dá)85.49%；當(dāng)?shù)V石粒度全部小于0.074 mm時(shí)，黑云母的單體解離度可達(dá)87.22%；當(dāng)?shù)V石粒度全部小于0.038 mm時(shí)，石英、長(zhǎng)石及角閃石的單體解離度分別可達(dá)92.71%、78.44%及94.76%。

表3 原礦中主要礦物的嵌布粒度

2.6 基于礦物學(xué)特征的綜合利用技術(shù)分析

為實(shí)現(xiàn)該石英二云母片巖的高效開(kāi)發(fā)及綜合利用，根據(jù)原礦的礦物學(xué)特征，通過(guò)合適的選礦工藝對(duì)原礦中的云母（白云母、黑云母）和石英等有價(jià)礦物進(jìn)行分離、除雜及提純，提高云母及石英產(chǎn)品的品位和質(zhì)量、為實(shí)現(xiàn)高檔次應(yīng)用提升其利用價(jià)值［8］。云母和石英的選礦分離提純常用方法有手選、風(fēng)選、形狀選礦、浮選等［9～11］。

針對(duì)該石英二云母片巖原礦而言，由于云母與石英和長(zhǎng)石的浮選工藝比較成熟［8，12～14］，可采用單一的浮選工藝就能實(shí)現(xiàn)云母與石英的高效分離，浮選工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，但綜合回收的云母精礦產(chǎn)品品質(zhì)相對(duì)較為單一。該石英二云母片巖原礦中的云母共生關(guān)系較為簡(jiǎn)單，破碎篩分成不同粒徑礦石后可形成與其它礦物外形存在明顯差別且粒度不同的云母礦物單體顆粒（見(jiàn)圖5）。為實(shí)現(xiàn)不同粒度已解離而不會(huì)過(guò)粉碎的片狀云母精礦的盡早回收，采用風(fēng)選機(jī)不同風(fēng)力對(duì)破碎篩分成不同粒徑礦石進(jìn)行風(fēng)選，風(fēng)選尾礦經(jīng)粗磨采用搖床等設(shè)備進(jìn)行形狀選礦別工藝，可得到較高品位和回收率的不同粒徑的系列化片狀云母精礦，有利于后續(xù)的云母精礦的應(yīng)用。形狀選別后的尾礦采用磁選工藝脫除鈦鐵礦、磁鐵礦、綠泥石、角閃石及少量的黑云母等含鐵鈦礦物后，經(jīng)浮選分離可分別得到的云母、長(zhǎng)石及石英精礦。采用風(fēng)選—形狀選礦—浮選工藝，利用了粒度明顯不同的云母礦物單體，可獲得有利于后續(xù)應(yīng)用的不同粒徑的系列化片狀云母精礦產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益和礦石的綜合利用率。但由于云母片巖屬于軟質(zhì)巖，巖石強(qiáng)度低，對(duì)破碎解離方式要求相對(duì)較高，則需要著重關(guān)注礦石的破碎剝層設(shè)備及工藝，也是提高云母礦物品位和回收率的重要手段之一。

圖5 破碎篩分后不同粒徑的礦物顆粒

3 結(jié) 論

1.原礦主要化學(xué)組分為SiO2，其次是Al2O3、Fe2O3、K2O，這四種元素合計(jì)占原礦總質(zhì)量的96%以上；主要礦物為石英、黑云母、白云母，其次為長(zhǎng)石、綠泥石等，屬于石英二云母片巖。

2.原礦以片狀、粒狀、柱狀礦物為主，片狀礦物主要是云母，云母共生關(guān)系較為簡(jiǎn)單，云母在礦石中的嵌布粒徑：長(zhǎng)軸方向0.1～20 mm不等，短軸方向0.01～0.2 mm不等；粒狀、柱狀礦物主要是石英，石英在礦石中的嵌布粒度一般為0.05～12 mm。

3.結(jié)合試樣的礦物學(xué)特征，采用風(fēng)選—形狀選礦—浮選工藝與單一的浮選工藝均可有效分離與富集云母與石英礦物。風(fēng)選—形狀選礦—浮選工藝可獲得有利于后續(xù)利用的不同粒徑的系列化片狀云母精礦產(chǎn)品，但對(duì)破碎解離方式要求相對(duì)較高；單一的浮選工藝可簡(jiǎn)化選礦工藝流程、但云母精礦產(chǎn)品品質(zhì)相對(duì)較為單一。