尼日利亚某锰矿石工艺矿物学研究①_瞿思思.pdf
尼日利亚某锰矿石工艺矿物学研究 ① 瞿思思 (长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012) 摘 要 通过 X 射线衍射、镜下鉴定、扫描电镜、矿物参数自动分析仪、化学成分分析等测试技术对尼日利亚某条纹状锰矿石和块状锰 矿石进行了工艺矿物学研究。 研究表明,两类矿石总体上均属低磷中铁中品位的氧化锰⁃硅酸锰混合矿石,相对而言块状锰矿石锰品 位较低,两种矿样矿物组成基本相同,含量存在一定差异。 对影响矿石选别的主要因素进行了分析,可为选矿提供理论依据。 关键词 工艺矿物学; 锰矿石; 氧化锰矿; 锰铝榴石; 选矿 中图分类号 P575文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.03.016 文章编号 0253-6099(2018)03-0066-05 Process Mineralogy of Manganese Ore from Nigeria QU Si⁃si (Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China) Abstract Process mineralogy characteristics of stripe and lump manganese ores from Nigeria were investigated based on characterization by X⁃ray diffraction, optical microscopy, scanning electronic microscopy, mineral liberation analysis and chemical analysis. It is shown that both kinds of ores are middle⁃grade mixed ore of manganese oxide and manganese silicate, with low content of phosphorous and middle content of iron. And the Mn grade of the lump manganese ore is comparatively lower. Mineral compositions of both ores are basically the same, although there is some difference in the contents. Possible factors influencing mineral separation were discussed, which can provide theoretical basis for beneficiation practice. Key words process mineralogy; manganese ore; manganese oxide ore; spessartine; mineral processing 锰广泛应用于钢铁、冶金、电子、化工等行业。 世 界锰矿资源较丰富,但分布不均匀,南非、乌克兰和巴 西的资源总量占世界前三[1]。 我国锰矿资源分布不 均,且以贫矿为主,平均品位差,随着我国对锰资源的 需求量逐渐提升,对外依存度越来越高[2]。 本文通过 X 射线衍射、化学成分分析、扫描电镜和矿物参数自动 分析仪(MLA)等一系列分析手段对尼日利亚某锰矿 石工艺矿物学特征进行了研究,并对影响矿石选别的 主要因素进行了分析,为后续选矿提供较好的理论 依据。 1 矿石工艺矿物学研究 尼日利亚某锰矿石样品分为条纹状锰矿和块状锰 矿矿石样。 两类矿石宏观上差别不大,肉眼下总体呈 黑色,部分块状锰矿石亦有条纹状构造,但总体不如条 纹状矿石明显。 1.1 化学成分及矿物组成 条纹状锰矿和块状锰矿的化学多元素分析结果见 表 1,锰化学物相分析结果见表 2。 表 1 矿石主要化学成分(质量分数) / % 矿样MnFeCoNiTiO2SiO2Al2O3 条纹状锰矿28.815.340.0230.0850.6819.9814.63 块状锰矿21.965.640.0220.0710.7332.4816.40 矿样CaOMgO K2O SPC烧失 条纹状锰矿1.520.280.460.0560.0171.8614.65 块状锰矿5.170.490.310.0460.0172.209.07 表 2 矿石中锰化学物相分析结果 锰相 条纹状锰矿块状锰矿 含量/ %分布率/ %含量/ %分布率/ % 氧化锰中锰19.2966.969.1241.53 碳酸锰中锰0.361.250.411.87 锰铁氧化物中锰1.314.550.954.32 硅酸锰中锰7.8527.2411.4852.28 合计28.81100.0021.96100.00 由表 1~2 可知,条纹状锰矿和块状锰矿中可供选 ①收稿日期 2017-11-05 作者简介 瞿思思(1986-),女,湖北监利人,中级工程师,硕士,主要研究方向为工艺矿物学。 第 38 卷第 3 期 2018 年 06 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №3 June 2018 ChaoXing 矿回收的主要组分锰品位分别为 28.81%和 21.96%;两 种矿样中以氧化锰形式存在的锰分别占 66.96%和 41.53%;其余部分主要以硅酸锰形式存在。 两类矿石总 体上均属低磷中铁中品位的氧化锰⁃硅酸锰混合矿石。 经镜下鉴定、X 射线衍射分析、扫描电镜分析和 MLA 测定综合研究查明,两种矿样矿物组成基本相 同,但含量存在一定差异。 两类矿石中锰矿物均主要 为硬锰矿、泥质锰矿物和锰铝榴石,其中条纹状锰矿中 硬锰矿和泥质锰矿物的含量明显较块状锰矿多,而块 状锰矿中锰铝榴石的含量高于条纹状锰矿;脉石矿物 为高岭石、石英、含铁泥质物和石墨等。 矿石主要矿物 组成列于表 3。 表 3 矿石主要矿物组成(质量分数) / % 样品 硬锰 矿 泥质 锰矿物 锰铝 榴石 石 墨 高岭石等 粘土矿物 石 英 含铁 泥质物 其 他 条纹状锰矿16.224.433.52.07.08.77.31.0 块状锰矿4.116.442.22.49.817.96.21.0 1.2 主要矿物产出形式 如上所述,通过化学物相分析和矿物组成鉴定查 明,两种矿样中锰矿物均主要为硬锰矿(R)、泥质锰矿 物(Mn)和锰铝榴石(S)。 三者均为选冶富集回收锰 的目的矿物。 1.2.1 条纹状锰矿 条纹状锰矿中硬锰矿结晶程度较差,矿物晶粒多 小于 0.005 mm,多以不同形式集合体出现。 其中不规 则团块状居多,此外有条带状、皮壳状、细脉状、网脉 状、微粒状等多种复杂形态,常与泥质锰矿物混杂交 生,并沿锰铝榴石间隙或裂隙充填,稍粗粒的集合体中 多包裹有不等量的微细粒锰铝榴石(如图 1 所示)。 集合体粒度一般在 0.01~0.2 mm 之间。 总体来看,硬 锰矿的嵌布特征是粒度较为细小、与泥质锰矿物和锰 铝榴石有十分复杂的交生关系,矿物集合体与泥质锰 矿物接触界线不明显,因此很难实现真正意义上的解 离选别,预计在选矿中将与泥质锰矿物等其它锰矿物 一起进入锰精矿中。 图 1 条纹状锰矿中的硬锰矿 硬锰矿能谱微区成分测定结果见表 4。 由表 4 可 以看出,矿石中硬锰矿成分中除 MnO2外,还含有一定 量的铁和少量硅、铝、钾等成分,成分组成上相当于钾 硬锰矿(锰钾矿),其中平均锰含量 55.99%。 表 4 硬锰矿能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnO2FeOAl2O3SiO2K2OCaO 192.753.250.220.692.670.42 290.107.300.470.831.000.30 386.3511.520.640.700.530.26 484.7911.821.290.751.130.22 586.428.521.181.272.090.52 689.356.540.520.792.460.34 791.366.250.570.531.090.20 887.248.630.670.722.530.21 992.893.820.300.762.030.20 1084.328.443.281.152.190.62 平均88.567.610.910.821.770.33 条纹状锰矿中泥质锰矿物结晶程度同样较差,矿 物含量比硬锰矿多,二者含量比大致为 60 ∶40。 其产 出形式主要分为以下两种(见图 2)一是不规则团块状 或细脉状集合体,常与硬锰矿紧密镶嵌构成较粗粒的集 合体,部分则以胶状物形式沿锰铝榴石粒间充填,且稍 粗粒的集合体中多包裹有不等量的微细粒锰铝榴石,集 合体粒度一般 0.1~0.6 mm;二是云雾状集合体,主要 与高岭石等脉石紧密镶嵌,粒度一般 0.03 mm 以下。 上述两种形式的泥质锰矿物含量比大致为 90∶10。 图 2 条纹状锰矿中的泥质锰矿物 泥质锰矿物能谱微区成分测定结果见表 5。 由表 5 可以看出,矿石中泥质锰矿物中除 MnO2外,普遍含 有较高的 FeO 和 Al2O3,且含量变化较大。 平均锰含 量为 41.86%。 这种泥质氧化锰混合物可能是硬锰矿进一步风化 的产物,二者交生关系十分复杂,且接触界线不明显, 二者很难实现真正意义上的解离选别,在选矿中将和 硬锰矿一起进入锰精矿中。 条纹状锰矿中锰铝榴石含量较高,为自形、半自形 等轴粒状,粒度一般 0.02~0.10 mm。 整体来看,较为 密集的部位,锰铝榴石紧密镶嵌,粒间常充填形态各异 的硬锰矿和泥质锰矿物;较为稀疏的部位,则主要表现 为锰铝榴石呈星散状或稀疏浸染状包裹在硬锰矿与泥 质锰矿物的锰集合体中(见图 3)。 76第 3 期瞿思思 尼日利亚某锰矿石工艺矿物学研究 ChaoXing 表 5 泥质锰矿物能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnO2FeOAl2O3SiO2K2OCaO 167.215.2014.780.881.780.15 262.0218.657.690.890.730.02 369.491.8316.900.331.400.05 467.8312.757.470.651.160.14 564.5015.658.300.620.860.07 664.101.5724.000.270.050.01 767.2511.309.560.681.100.11 871.2811.165.360.671.370.16 964.3816.058.020.620.770.16 1066.0613.288.950.680.940.09 1164.5615.937.920.760.740.09 1266.9213.547.740.800.770.23 1362.872.0624.360.300.400.01 1462.531.9125.230.230.050.05 1572.301.9214.000.680.950.15 平均66.229.5212.690.600.870.10 图 3 条纹状锰矿中的锰铝榴石 锰铝榴石能谱微区成分测定结果见表 6。 由表 6 可以看出,除 MnO 外,Al2O3和 SiO2含量较高,还含一 表 6 锰铝榴石能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnOFeOAl2O3SiO2K2OCaO 130.594.5422.3433.940.058.54 230.784.2422.5334.120.138.20 330.484.1023.2934.580.037.52 430.054.4022.7435.020.067.73 527.265.3736.3930.660.270.05 630.404.2922.5734.430.068.25 729.874.2423.0434.910.097.85 842.487.6630.3818.980.440.06 928.584.1023.6235.320.108.28 1029.994.5222.6434.800.048.01 1130.894.3922.8134.410.077.43 1229.364.0823.7634.820.127.86 1330.184.2423.1934.400.057.94 1430.054.3623.0934.810.087.61 1523.229.0739.0828.470.090.07 平均30.284.9125.4332.910.116.36 定量的 FeO 和 CaO。 锰铝榴石中锰含量仅为 23.45%, 这将大大影响锰精矿品位。 1.2.2 块状锰矿 块状锰矿中硬锰矿形态各异,呈不规则粒状、蠕虫 状、细脉状或不定形状,且部分结晶程度较差。 矿物粒 度一般 0.01~0.10 mm,细小者可小于 0.005 mm,常呈 星散状或稀疏浸染状包裹在泥质锰矿物集合体中,或 与泥质锰矿物混杂交生(见图 4)。 总体来看,硬锰矿 的嵌布特征是形态变化较大、与泥质锰矿物紧密镶嵌, 部分接触界线不甚明显,和条纹状锰矿一样,难以实现 真正意义上的解离选别,预计在选矿中将与泥质锰矿 物一起进入锰精矿中。 图 4 块状锰矿中的硬锰矿 硬锰矿能谱微区成分测定结果见表 7。 由表 7 可 以看出,矿石中硬锰矿成分较为稳定,除 MnO2外,还 含平均 5.60%的 K2O 和少量的铁、硅、铝等成分,其中 平均锰含量为 57.42%。 表 7 硬锰矿能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnO2FeOAl2O3SiO2K2OCaO 195.660.470.960.372.420.12 288.890.754.360.585.390.03 389.862.730.920.505.770.22 490.371.551.800.445.580.26 590.862.070.390.336.240.11 692.430.990.520.375.450.24 792.020.970.350.346.150.17 890.200.922.460.485.660.28 988.401.081.840.877.350.46 1089.532.570.950.705.980.27 平均90.821.411.460.505.600.22 块状锰矿中泥质锰矿物结晶程度较差,矿物量比 硬锰矿高,二者含量比大致为 80∶20。 主要为不规则团 块状集合体,粗者内部常包裹有不等量的微细粒硬锰矿 和锰铝榴石,部分呈不规则团块状或短脉状沿锰铝榴石 粒间充填,集合体粒度一般 0.1~1.0 mm(见图 5)。 泥质锰矿物能谱微区成分测定结果见表 8。 由表 8 可以看出,矿石中硬锰矿成分极为不稳定,除 MnO2 外,普遍含有较高的 Al2O3和一定量 FeO,且含量变化 较大。 其中平均锰含量为 41.14%。 86矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing 图 5 块状锰矿中的泥质锰矿物 表 8 泥质锰矿物能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnO2FeOAl2O3SiO2K2OCaO 164.980.5324.110.160.140.08 263.410.7725.580.170.060.01 365.300.2624.340.070.010.02 458.703.0423.774.320.040.13 567.5011.848.421.051.050.14 665.140.4924.250.120.000.00 764.6813.549.901.040.740.10 864.250.3424.890.470.040.01 961.480.5027.820.180.000.02 1064.0410.3411.912.261.280.17 1167.7413.097.470.760.620.32 1262.170.4127.090.320.000.01 1363.500.4925.850.160.000.00 1472.587.477.350.661.510.43 1570.627.909.031.011.200.24 平均65.074.7318.790.850.450.11 块状锰矿中锰铝榴石含量较高,自形、半自形等轴 粒状,粒度一般 0.02~0.15 mm。 常呈星散状或稀疏浸 染状嵌布在泥质锰矿物中,部分矿块中锰铝榴石紧密 镶嵌,粒间常充填不规则团块状或脉状泥质锰矿物 (见图 6)。 图 6 块状锰矿中的锰铝榴石 锰铝榴石能谱微区成分测定结果见表 9。 由表 9 可以看出,除 MnO2外,Al2O3和 SiO2含量较高,还含一 定量的 FeO 和 CaO。 锰铝榴石中锰含量仅为 27.23%, 这将大大影响锰精矿的品位。 表 9 锰铝榴石能谱微区成分分析结果 序号 含量/ % MnO2FeOAl2O3SiO2K2OCaO 135.773.0021.3434.090.025.78 235.543.0121.8234.330.015.29 336.483.1321.0433.580.055.72 434.883.4121.5633.990.066.10 536.062.7721.7434.080.025.33 634.912.9421.8234.420.025.89 735.253.1021.8334.030.045.75 835.763.0221.3134.180.075.66 933.232.7722.5335.030.026.42 1033.853.4522.9834.510.055.16 1134.103.3821.8334.630.056.01 1235.472.8522.1534.410.085.04 1335.553.2822.0333.100.016.03 1436.403.0821.8433.160.065.46 1534.132.5721.4535.700.086.07 平均35.163.0521.8234.220.045.71 2 影响矿石选别的主要因素分析 经过鉴定认为,两类矿石中选矿回收的目的矿物 为硬锰矿、泥质锰矿物和硅酸锰矿物 锰铝榴石。 通过矿物组成鉴定、锰矿成分测定和锰的化学物相分 析推算出两类矿石的选矿理论指标见表 10。 表中按 锰矿物种类,列出了回收全部锰矿物和仅回收含锰较 高的硬锰矿、泥质锰矿的理论指标。 表 10 选矿理论指标预测 矿物 种类 原矿 锰品位 / % 预测理论指标 回收全部锰矿物仅回收硬锰矿及泥质锰矿物 产率/ % 品位/ % 回收率/ % 产率/ % 品位/ % 回收率/ % 条纹状 锰矿 28.8174.1036.6394.2040.6047.5066.92 块状 锰矿 21.9662.7032.8493.7720.5044.4041.44 结合锰矿物的产出特点,从工艺矿物学角度对影 响矿石选别的主要因素分析如下 1) 由于锰铝榴石平均含锰仅为 23.43%~27.23%, 而矿物含量较高,导致锰矿物平均含锰量总体较低,即 锰精矿理论品位较低。 回收所有锰矿物,两类矿石精矿 理论锰品位分别只有 36.63%和 32.84%。 2) 仅回收硬锰矿和泥质锰矿物,理论上可获得含 锰 40%以上较高品位的精矿,但回收率大幅度降低。 3) 从矿物产出形式和嵌布关系上看,锰铝榴石结 晶形态较高,硬度较高,是较容易回收的锰矿物。 而硬 锰矿、泥质锰矿物混杂为隐晶质不规则泥质物状,常沿 锰铝榴石间隙充填分布,在选矿过程中极易泥化,回收 难度较大。 矿物物理性质上,锰铝榴石的磁性与硬锰 96第 3 期瞿思思 尼日利亚某锰矿石工艺矿物学研究 ChaoXing 矿相当,因此即使达到解离状况,在磁选过程中也难以 区分选别。 预计磁选过程中硬锰矿、泥质锰矿物和锰 铝榴石会与原矿以近乎等量的比例富集,以致难以获 得高品位精矿。 4) 矿石中脉石矿物粒度细小,多以泥质物状态嵌 布在矿石中,很少以较粗的集合体状态出现,预计粗粒 抛尾效果不佳。 而三类锰矿物粒度细小且多紧密交 生,即使细磨也不能相互解离,实际上只能作为锰矿物 集合体选别。 由于集合体中不可避免的夹杂细小脉 石,实际品位会与理论品位存在较大差距。 5) 综合来看,对矿石的选别难以使锰品位大幅度 提高。 其主要原因,一是大量的锰矿物为含锰较低的 硅酸盐矿物 锰铝榴石,导致理论品位较低;二是脉 石矿物粒度细小,并很少呈单独的集合体形式存在,难 以抛尾去除;三是含锰较高的硬锰矿和泥质锰矿物粒 度细小,形态极不规则,与其他矿物嵌布紧密,且易于 泥化,难以针对性地选别获得高品位精矿。 3 结 语 1) 条纹状锰矿中硬锰矿、泥质锰矿物和锰铝榴石 均为选矿富集锰矿物的主要目的矿物。 三者交生关系 极为复杂,常紧密镶嵌,构成团块状集合体。 硬锰矿平 均含锰 55.99%,泥质锰矿物平均含锰 41.86%,而锰铝榴 石平均含锰仅为 23.45%,这将大大影响锰精矿的品位。 2) 块状锰矿中硬锰矿、泥质锰矿物和锰铝榴石均 为选矿富集锰矿物的主要目的矿物。 其中硬锰矿和泥 质锰矿物关系更为密切,构成团块状集合体,集合体内 部常零星嵌布锰铝榴石,而泥质锰矿物呈形态各异的 集合体沿锰铝榴石粒间充填。 其中硬锰矿平均含锰 57.42%,泥质锰矿物平均含锰 41.14%,而锰铝榴石平 均含锰仅为 27.23%。 由于含锰低的硅酸锰矿物 锰铝榴石比例较大,选别提高锰品位的难度更大。 3) 分析预测表明条纹状锰矿和块状锰矿两种矿 样的选矿理论品位分别仅为 36.63%和 32.84%。 矿石 选别难度较大,主要影响因素,一是大量的锰矿物为含 锰较低的硅酸盐矿物 锰铝榴石,导致理论品位较 低;二是脉石矿物粒度细小,并很少呈单独的集合体形 式存在,难以抛尾去除;三是含锰较高的硬锰矿和泥质 锰矿物粒度细小,形态极不规则,与其他矿物嵌布紧 密,且易于泥化,难以针对性地选别获得高品位精矿。 参考文献 [1] 雷晓力,胡永达. 锰矿资源现状及开发利用思考[J]. 中国矿业, 2015(6)19-21. [2] 何 辉. 锰矿资源现状与锰矿勘察研究[J]. 中国锰业,2017(2) 23-24. 引用本文 瞿思思. 尼日利亚某锰矿石工艺矿物学研究[J]. 矿冶工程, 2018,38(3)66-70. (上接第 65 页) 4 结 论 磨矿细度-0.074 mm 粒级占 82%,以 H2SO4为脱 镁反浮选抑制剂和 pH 调整剂、 MG⁃7 为捕收剂, Na2CO3为脱硅反浮选 pH 调整剂、T609 为捕收剂,经 脱镁和脱硅双反浮选闭路试验,得到的混合精矿 P2O5 品位32.25%、回收率82.21%,达到了试验要求,满足了 工业需要。 参考文献 [1] 韦 敏,张凌燕,邱杨率,等. 我国磷矿资源概况及选矿方法综 述[J]. 选煤技术, 2016(4)88-92. [2] 赵 辉,刘志红. 贵州某硅⁃钙质胶磷矿双反浮选试验研究[J]. 矿 冶工程, 2017,37(2)57-59. [3] 梁 欢,李博洋,沈博玮,等. 高镁中低品位磷矿反浮选捕收剂的 合成及其浮选性能研究[J]. 矿冶工程, 2017,37(5)44-48. [4] 阮耀阳,罗惠华,张泽强,等. 难选硅钙质胶磷矿正反浮选研究[J]. 矿冶工程, 2017,37(6)38-41. [5] 赵和平,葛英勇,朱 静,等. 胶磷矿组合捕收剂的浮选性能研 究[J]. 化工矿物与加工, 2016(3)1-3. [6] 郭 云,李若兰,张可欣,等. 滇池地区某胶磷矿选矿工艺研究[J]. 磷肥与复肥, 2016,31(1)8-10. [7] 郭小龙,葛英勇,余 俊,等. 含铁低品位磷矿的浮选[J]. 化工矿 物与加工, 2017(1)4-7. 引用本文 刘 朋,葛英勇,刘 鸣,等. 四川某磷矿双反浮选试验研究[J]. 矿冶工程, 2018,38(3)63-65. 07矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing