含钒云母工艺矿物学研究.pdf

6 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 3 ．0 0 2 含钒云母工艺矿物学研究 何东升，谢志豪，胡洋，吴玉元，解维闵，李克尧 武汉工程大学兴发矿业学院，武汉4 3 0 0 7 4 摘要为了更加清楚地认识钒在含钒云母中的赋存状态，为从含钒云母中提钒提供理论指导，采用能谱 E D S 、矿物自动分析 M L A 等方法对含钒云母进行了工艺矿物学研究。研究结果表明，含钒云母中含钒黑云母占 9 4 ．3 3 ％，透辉石占4 ．6 1 ％，此外还含有少量磷灰石、绿泥石、正长石，以及微量的褐铁矿、钙长石、钠长石等矿物；主要 赋存元素为氧、镁、铝、硅、钾、钛、钒、铁，其中钒元素全部赋存于黑云母中。 关键词含钒云母；工艺矿物学；石煤；能谱分析技术 中图分类号T D g l ；T D 9 7 ；T D 9 5 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 8 0 3 - 0 0 0 6 - 0 5 S t u d yo nP r o c e s sM i n e r a l o g yo fV a n a d i u m - c o n t a i n i n gM i c a H ED o n g s h e n g ，X I EZ h i h a o ，H UY 0 n g ，W UY u y u a n ，x | EW e i m i n ，L IK e y a o S c h o o lo f 施，z 咖M i n i n gE n g i n e e r i n g ，W u h a nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt ok n o wm o r ea b o u tv a n a d i u mi nv a n a d i u m ．c o n t a i n i n gm i c a ，i ti Sn e c e s s a r yt op r o v i d e t h e o r e t i c a lg u i d a n c ef o rv a n a d i u mf r o mv a n a d i u mm i c a ．I nt h i ss t u d y ．E D Sa n dM L Aa r eu s e dt os t u d yt h e m i n e r a l o g yo fv a n a d i u mm i c a ．T h er e s u l t ss h o wt h a tv a n a d i u mm i c ac o n t a i n s9 4 ．3 3 ％v a n a d i u mb i o t i t e ．d i o p s i d e a c c o u n t e df o r4 ．6 1 ％，i na d d i t i o nt oas m a l la m o u n to fa p a t i t e 。c h l o r i t e ，f e l d s p a r ，a n dt r a c el i m o n i t e ，c a l c i u m f e l d s p a r ，s o d i u mf e l d s p a ra n do t h e rm i n e r a l s ；t h em a i ne l e m e n t sa r e 0 ，M g ，A 1 ，S i ，K ，T i ，V ，F e ，a n d v a n a d i u me l e m e n t sa l lo c c u ri nb i o t i t e ． K e yw o r d s v a n a d i u m - c o n t a i n i n gm i c a ；p r o c e s sm i n e r a l o g y ；s t o n ec o a l ；E D St e c h n o l o g y 钒在地壳中的含量为0 ．0 2 ％～0 ．0 3 ％，含量多 但分布极度分散，至今未发现独立矿物。J 。目前， 已发现的钒矿床主要包括钒钛磁铁矿型伴生钒矿、 钾钒铀矿型钒矿、石煤型钒矿和石墨型钒矿。石煤 型钒矿是继钒钛磁铁矿以来我国重要的钒资源，其 中钒的储量约为钒钛磁铁矿中钒储量的七倍，但品 位较低H 引。含钒云母是石煤型钒矿中钒的主要载 体矿物，具有重要的研究意义一引。 研究表明，钒元素主要是以类质同象的形式赋 存于云母族矿物中。从晶体学理论研究和电荷平衡 角度考虑，类质同象形式主要包括以下两种一是V 1 1 I 类质同象替代云母族矿物中的A l 1 1 I ；二是 钒的氧化物 V O 与M g I I 、F e I I 一起类质同 象替代晶格中的A 1 I I I 。两种形式类质同象形成 的含钒云母，其中的钒都是以共价键的形式与氧 结合形成钒氧八面体，均难于浸出，但相对来说 V Ⅳ 较V Ⅲ 易处理⋯。本文通过E D S 、M L A 等先进的检测技术对某钒云母进行了工艺矿物学 研究，为从含钒云母矿物中提钒提供一定的理论 指导。 1 原矿矿物组成 对矿样用矿物自动定量 M L A 系统测定，辅以 偏光显微镜镜下鉴定、扫描电镜分析，测得原矿矿物 定量组成如表1 所示。 由表1 可知，该含钒云母矿物组成比较简单，主 要包括含钒黑云母和透辉石两种硅酸盐矿物；此外 还有少量的绿泥石、正长石和磷灰石；以及微量的褐 铁矿、钠长石和钙长石等矿物。其中透辉石为主要 的脉石矿物。 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 6 7 4 1 7 9 ；武汉工程大学青年基金资助项目 Q 2 0 1 4 0 5 收稿日期2 0 1 7 - 0 9 - 0 5修回日期2 0 1 8 - 0 4 1 2 作者简介何东升 1 9 7 9 一 ，男，湖北大悟人，博士，教授，从事矿物分离与分选研究工作。 万方数据 2 0 1 8 年第3 期何东升等含钒云母工艺矿物学研究 2 钒云母中主要矿物的嵌布特征 2 ．1 含钒黑云母 该含钒黑云母的具体嵌布特征如图1 - 5 ，定量 关系见表2 ． 图1假六方片状或片状的黑云母 F i g ．1 F a l s eh e x a g o n a ls h e e to rf l a k eo ft i o t i t e 图2叶片状的多层黑云母集合体 F i g ．2 L e a f - l i k em u l t i - l a y e rb i o t i t ea g g r e g a t e s 表2 黑云母与其他矿物的定量嵌布特征 T a b l e2 Q u a n t i t a t i v ee m b e d d i n gc h a r a c t e r i s t i c s o f b i o t i t ea n do t h e rm i n e r a l s ／％ 图3黑云母部分蚀变成透辉石 F i g ．3 B i o t i t e p a r t i a l l yc h a n g e di n t od i o p s i d e 图4 黑云母向斜绿泥石过渡 F i g ．4 B i t i r et r a n s i t i o nt oo b l i q u ec h l o r i t e 图5 黑云母向绿泥石过渡 F i g ．5 T h et r a n s i t i o nf r m b i o t i t et oc h l o r i t e 万方数据 8 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第3 期 采用E D S 技术测得黑云母的能谱特征见图6 。 元素I I t ／％t ，／听 o K 3 l4 l l 舢 l } { M g K 1 5r m1 52 f ’ A l K 1 77 ‘I M } “ S i K 2 44 l 2 } 褂{ K K l l J } { {l M ，5 n T i K I l I 5 I H l5 2 V K I H l2 3 I H1 l F e K I l H f 3一f 订’ M a t r i x C o r r e c t i o n Z A F 图6 黑云母单矿物的能谱谱线和成分 F i g ．6 E n e r g ys p e c t r u ma n dc o m p o s i t i o no fb i o t i t es i n g l em i n e r a l s 由图1 - 6 可知，黑云母的粒度一般小于1 0 0 皿，主 要有四种嵌布特征①黑云母单晶呈假六方片状或片 状晶 见图1 ；②多层黑云母集合体常呈叶片状或鳞 片状，且有一组极其完全的解理 见图2 ；③黑云母 部分发生蚀变，产物为透辉石 见图3 ；④黑云母边 部逐渐向斜绿泥石过渡 见图4 - 5 。 由表2 可知，几乎所有的黑云母与脉石矿物透 辉石、斜绿泥石、铁铝榴石、镁橄榄石之间呈单体解 离态，只有极少部分与透辉石及斜绿泥石存在毗邻 共生关系，有利于磨矿作业的进行。由图6 可知，此 黑云母单矿物中主要包含有氧、镁、铝、硅、钾、钛、 钒、铁等元素，在该云母中铝硅原子比为3 ，系z 组 。、， 离子；Y 组离子主要为镁和铁，类质同象混入钛、钒、 铁等。该矿中黑云母属单斜晶系，成分介于金云母 和铁云母之间。单斜晶体呈假六方板状、片状，而集 合体常为叶片状、鳞片状或放射状，且有一组极完全 的解理。 2 ．2 透辉石 该钒云母矿物中透辉石的主要嵌布特征见图7 和图8 ，定量关系见表3 。 表3 T a b l e3 透辉石与其它矿物的定量嵌布特征 Q u a n t i t a t i v ee m b e d d i n gc h a r a c t e r i s t i c s o fd i o p s i d ea n do t h e rm i n e r a l s，％ 图7 具有一组明显解理的透辉石 W i t hag r o u po fc l e a rc l e a v a g eo fd i o p s i d e 图8透辉石和钙长石相互胶结 F i g ．8D i o p s i d ea n df e h l s p a t ’e f t ’1 1 o t h e l ’ 采用E D S 技术测得透辉石的能谱特征和元素 面分布见图9 。 万方数据 9 元素 仟j ／听4 ，／％ 0 K3 22 3 4 8 n 冀 №K ‘ } { 2 S S i KⅢ} q 22 65 孔 C a Kl ‘，j 5 l | l W F e K 1 72 8 3l S M a t r i xC o r r e c l I o nZ A F 图9 透辉石单矿物的能谱谱线和成分 F i g ．9E n e r g ys p e c t r u ma n dc o m p o s i t i o no fd i o p s i d es i n g l em i n e r a l 图7 - 9 可知，该含钒云母矿物中的透辉石主要 有三种嵌布方式①绝大多数透辉石呈单体解离态， 且具有一组明显解理的透辉石粒状颗粒 见图7 ； ②少部分由黑云母发生蚀变转变成透辉石 见图 3 ；③透辉石与不规则状的钙长石胶结形成共晶结 构 见图8 。 由表3 可知，大多数透辉石与其它矿物如黑云 母、钙长石、斜绿泥石、磷灰石等呈单体解离态，少部 分与黑云母发生毗邻型共生，还有小部分与钙长石 互相胶结。由图9 可知，透辉石矿物中主要含有氧、 镁、硅、钙、铁等元素。属单斜晶系，该矿中透辉石中 表4 n l b l e4 的M g 只有少部分被F e “置换，因此属于比较纯净 的透辉石。晶体常呈柱状或粒状，有明显的一组辉 石式解理，并伴有裂理。 3 含钒云母中主要元素的赋存特征 3 ．1 钒元素的赋存特征 经过M L A 对大量统计矿物颗粒成分的分析结 果来看，该含钒云母中的钒元素主要集中在黑云母 中，根据黑云母中蚀变的程度有所差异，该矿中黑云 母的成分也有所差异。具体主要有三种形式详见 表4 。 钒云母中钒在黑云母中的分布 D i s t r i b u t i o no fv a n a d i u mi nv a n a d i u mm i c ai n b i o t i t e／％ 矿物名称 A IC aF eK M g OPS iT iV 由表4 可知，三种黑云母中含有的元素数量甚 至种类都有区别，从上往下，铝的含量逐渐减低，而 钙的含量则显著提高，表明黑云母正在逐步蚀变为 透辉石，在蚀变过程中杂质钛的含量大大降低，而钒 的含量则略有升高；结合三种黑云母可计算得V ，O ， 的平均含量为0 ．6 3 7 ％。 3 ．2 其它元素的赋存特征 由表5 可知，钒元素1 0 0 ％赋存于黑云母中，在 此含钒云母矿物中未发现独立钒矿物；杂质元素铝、 铁、钾、镁、硅、钛等绝大多数赋存于黑云母中；钙元 素主要赋存于透辉石中，磷元素主要赋存于磷灰 石中。 4结论 1 该含钒云母矿物主要由含钒黑云母和透辉 石两种硅酸盐矿物组成，其中含钒黑云母为有用矿 物，透辉石为主要的脉石矿物。黑云母中V ，O ，的平 均含量为1 ．1 8 ％。 2 含钒矿物黑云母呈假六方板状、片状，粒度 一般小于1 0 0 斗m ，大多数呈单体解离态，易于在磨 矿中充分解理，极少部分蚀变成透辉石和斜绿泥石； 该云母矿物的Y 组离子主要是M g “、C a “，钒是以 类质同象的形式混入在Y 组离子中。 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第3 期 3 主要的脉石矿物透辉石常呈柱状或粒状，大 多数呈单体解离态，少部分由黑云母蚀变而来与黑 云母毗邻型共生；透辉石中有只少部分的镁被铁取 代，属于比较纯净的透辉石。 4 该含钒云母矿物中未发现独立钒矿物，且其 中的钒只赋存于黑云母中，其它矿物未发现有钒元 素存在。 参考文献 [ 1 ] 滕彦国，徐争启，王金生．钒的环境生物地球化学[ M ] ． 北京科学出版社，2 0 1 l 6 - 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