某含锂粘土矿物工艺矿物学研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N D 唧A I ．L U R G I C A LE N G D I m E R 矾G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 某含锂粘土矿物工艺矿物学研究① 李荣改1 ，宋翔宇1 ，王守敬2 1 ．河南省矿物加工与生物选矿工程技术研究中心，河南郑州4 5 0 0 1 2 ；2 ．中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州4 5 0 0 0 6 摘要为了查明某地含锂粘土矿的工艺矿物学性质，为该矿的合理利用提供相应的依据和参考，通过光谱半定量分析、化学分 析、x 衍射，红外光谱和光学显微镜等手段，对该含锂粘土矿进行了详细的工艺矿物学研究，查明了矿石的物质组成、锂绿泥石的赋 存状态及矿物嵌布特征等，研究结果可以作为该含锂粘土矿资源合理开发利用的基本参考依据。 关键词含锂粘土矿物；工艺矿物学；锂绿泥石；矿物嵌布特征 中图分类号P 5 7 5文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．0 9 4 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 3 4 4 0 5 锂是最轻的金属元素，性质独特，由瑞典化学家在 1 8 1 7 年发现，在其发现后长达1 0 0 年的时间内基本上 没有什么应用J 。但在“二战”期间，由于军工需要， 锂盐工业开始得到迅速发展。半个多世纪以来，它在 各领域得到广泛应用，尤其是近年来，随着锂电池、锂 合金等的发展和核聚变反应站的需求，世界各国普遍 重视锂工业的发展，有人称“2 1 世纪是锂的世纪”、“锂 是2 1 世纪的能源元素”旧1 。某地有大量未开发的含 锂粘土矿，本文对该地区的含锂粘土矿物进行了详细 的工艺矿物学研究。 1 物质组成 1 ．1 化学组成 1 ．1 ．1 光谱半定量 对矿石进行光谱半定量分析，分析结果显示矿石 主要的组成元素是S i 、M g 、F e 、A I 、C a 、K 、L i 等，其次为 N a 、T i 、B 等，还有微量或痕量的C u 、P b 、s n 、c r 、G a 、V 、 M n 、Z r 等。 1 ．1 ．2 化学多元素分析 根据光谱半定量分析结果，对矿石试样作了化学 多元素分析，结果见表1 。 表1 原矿化学多元素分析结果 质量分数 ／％ 1 ．2 矿物组成 根据x 衍射、红外光谱分析结果，结合显微镜下 对矿石进行光片、薄片鉴定，以及人工重砂鉴定结果， 查明矿石中主要组成矿物为叶蜡石、高岭石、伊利石、 一水硬铝石和锐钛矿等矿物。 本次研究在已查明矿石中矿物组成的基础上，结 合矿石的化学多项分析、光 薄 片镜下测定，以及人 工重砂分析等手段，综合平衡计算得出矿石中主要矿 物成分的含量。各种矿物含量见表2 。 2 矿石的结构构造及主要矿物特征 2 ．1 矿石结构 该矿石为灰白色，发育板状构造、团块状构造、浸 染状构造等。 2 ．1 ．1 板状构造 矿石具有弱定向性，劈理发育，矿物粒度极细，构 成块板状构造，见图1 2 。 图1矿石中叶蜡石等片柱状矿物弱定向排列 ①收稿日期2 0 1 4 - 0 6 1 4 作者简介李荣改 1 9 7 8 一 ，女，河北邢台人，中级工程师，硕士，主要从事矿产加工与综合利用。 巫釜瞄篓蓦置叭群 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 李荣改等某含锂粘土矿物工艺矿物学研究 图2 矿石发育板劈理 2 ．1 ．2 团块状构造 部分矿石中锂绿泥石呈团块状分布，构成团块状 构造 图3 。 图3 部分矿石中矿物的块状构造 2 ．1 ．3 浸染状构造 矿石中锐钛矿等矿物呈浸染状分布，构成浸染状 构造 图4 。 图4 锐钛矿呈浸染状分布 2 ．2 矿石结构 矿石发育交织结构、包含结构、自形、半自形粒状 结构、他形粒状结构等。 2 ．2 ．1 交织结构 矿石中矿物相互交织在起，构成交织结构 图5 。 图5 各种矿物交织在一起，构成交织结构 2 ．2 ．2 包含结构 矿石中锂绿泥石集合体中包含大量的一水硬铝 石、伊利石等矿物，构成包含结构 图6 - 7 。 图6 锂绿泥石集合体中包裹大量的其他矿物 6 0 f u n 图7 锂绿泥石集合体包裹一水硬铝石 2 ．2 ．3 自形半自形结构 矿石中绢云母、叶蜡石等矿物呈自形片状，具有自 形、半自形结构 图8 9 。 2 ．2 ．4 他形粒状结构 矿石中一水硬铝石、锂绿泥石等矿物晶形较差，构 成他形粒状结构 图1 0 。 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 图8自形半自形的伊利石和叶蜡石 图9 自形半自形的叶蜡石 图1 0 他形粒状一水硬铝石 2 ．3 主要矿物组成 2 ．3 ．1 锂绿泥石 锂绿泥石是一种不常见的矿物，其理论化学式为 u 灿。 S i ，A 1 0 ，。 O H 。，显微镜下多具有类似绿泥石 的异常干涉色。锂绿泥石是矿石中的主要有用矿物， 其含量为2 2 ．9 0 ％。 显微镜观察显示，矿石中锂绿泥石主要呈团块状、 丝缕状、浸染状分布。 锂绿泥石粒度极细，在扫描电镜下也无法检测其 粒度。锂绿泥石集合体粒度较粗，一般可达到0 ．1 0 ．3m m 。然而进一步的研究显示锂绿泥石集合体中 包裹有大量的一水硬铝石、伊利石等杂质矿物。为了 研究锂绿泥石的粒度特征，本次研究详细统计了锂绿 泥石的原矿工艺粒度，统计结果见表3 。 表3 锂绿泥石工艺粒度统计表 从统计结果可以看出，矿石中锂绿泥石粒度极细， 一0 ．0 2n l n l 粒级含量达到5 2 ．7 0 ％。 为了研究矿石中锂绿泥石的元素组成，本次研究 进行了电子探针分析，分析结果见表4 。 表4 锂绿泥石电子探针分析结果 注分析由长安大学和西安地调中心完成。 从分析结果可以看出，矿石中锂绿泥石主要由硅 和铝等元素组成。由于电子探针无法分析锂元素，同 时由于矿石中锂绿泥石多呈分散状态分布，即使锂绿 泥石集合体中也包裹大量的杂质矿物 图1 1 1 2 ，几 乎无法找到直径大于3 0 斗m 的锂绿泥石纯矿物，无法 进行L A ．I C P M S 等原位分析方法测试锂绿泥石中的 锂含量，因此本次研究只能采用单矿物分析法测试锂 绿泥石中的锂含量。 由于锂绿泥石粒度极细，无法在显微镜下挑选出 锂绿泥石单矿物，只能采用沉降法分离矿石中的一1 斗m 样品【3 。J ，再用化学分析测试样品中的锂含量。作 为对比，本次研究对原矿混合样和2 3 号样分别进行 了沉降实验和化学分析。分析结果见表5 。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 李荣改等某含锂粘土矿物工艺矿物学研究 图1 1 锂绿泥石集合体中包裹粘土矿物 6 0 【l n l 图1 2 锂绿泥石集合体中包裹一水硬铝石等矿物背散射图像 表5 样品中U O 含量分析结果 质量分数 ／％ 从分析结果可以看出，沉降出的一l 岬原矿混合 样化验结果与原矿没有太大的差别，用2 - 3 号样沉降 出的一l 岬样的锂含量达到1 ．0 2 ％，明显富集。为了 研究样品中的矿物组成，本次研究进行了x 衍射分 析，分析结果见图1 3 ～1 4 。 从分析结果可以看出，原矿一1p , m 样的矿物组成 与原矿基本一致，2 3 号一1p , m 样中锂绿泥石含量明 显增高。 2 0 ／ o 图1 3 1u m 原矿混合样X 衍射图谱 2 0 ／ o 图1 4 一Iu m2 - 3 2 号样X 衍射图谱 通过化学分析和x 衍射分析可以看出，锂含量与 锂绿泥石含量成正比，说明锂绿泥石是矿石中主要的 含锂矿物。 2 ．3 ．2 一水硬铝石 一水硬铝石在矿石中的含量为8 ．7 ％。显微镜观 测显示矿石中一水硬铝石分布不均匀，在部分矿石中 含量较高，在大部分矿石中含量都较低。一水硬铝石 主要在部分矿石中呈浸染状分布，与锂绿泥石等矿物 紧密共生。矿石中一水硬铝石粒度变化较大。粗粒可 达0 ．1 一以上，细粒仅在扫描电镜下可见。一水硬铝 石的粒度统计结果见表6 。 表6 一水硬铝石原生粒度统计表 从统计结果可见矿石中一水硬铝石粒度较细， - 0 ．0 2i n t o 粒级含量达到2 9 ．71 ％。 对一水硬铝石的电子探针分析结果见表7 。 从分析结果可以看出，一水硬铝石元素组成比较 单一，主要由铝组成。 矿石中一水硬铝石粒度较细，含量较低，综合利用 价值不大。 2 ．3 ．3 锐钛矿 锐钛矿是矿石中主要的金属矿物之一，其在矿石 中的含量为1 ．1 ％。锐钛矿主要呈浸染状分布在矿石 中，多呈浑圆状，与其他矿物结合较平直。为了研究矿 石中锐钛矿的粒度，本次研究进行了详细的粒度统计， 统计结果见表8 。 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 表7 一水硬铝石电子探针分析结果表9 粘土矿物电子探针分析结果 质量分数 ／％ 注分析由长安大学完成。 表8 锐钛矿原生粒度统计表 从统计结果可以看出，矿石中锐钛矿粒度极细， 一O ．0 2m m 达到5 7 ．3 8 ％。 锐钛矿含量低，粒度细，综合利用价值不大。但是 矿石中存在锐钛矿，而且很难与其他矿物分离，对该矿 中粘土矿物的综合利用影响较大。 2 ．3 ．4 其它脉石矿物 矿石中除了以上矿物以外，还有大量的叶蜡石、伊 利石和高岭石等矿物。其含量分别为叶蜡石1 9 ．1 ％， 伊利石2 4 ．1 ％，高岭石2 3 ．2 ％。 矿石中伊利石、叶蜡石和高岭石等矿物粒度极细， 主要呈交织状分布，且多与锂绿泥石等矿物紧密共生。 为了研究矿石中伊利石、叶蜡石和高岭石等矿物 的元素组成，本次研究进行了电子探针分析，分析结果 见表9 。 从分析结果可以看出，矿石中伊利石、叶蜡石和高 岭石等矿物的元素含量与标准矿物基本一致。 为了研究矿石中伊利石、叶蜡石和高岭石等矿物 的粒度，本次研究进行了详细的粒度统计，统计结果见 表1 0 。 注分析由长安大学和西安地调中心完成。 表1 0 粘土矿物原生粒度统计表 从统计结果可以看出，矿石中伊利石、叶蜡石和高 岭石等矿物粒度极细都主要分布在o ．0 3 8 5m m 以下。 矿石中伊利石、叶蜡石和高岭石等矿物含量较高， 可以考虑对这些粘土矿物进行综合利用。 3 结论 1 矿石中锂含量为0 ．4 8 ％，是回收元素，其他元 素含量较低，综合利用价值不大。 2 矿石中锂主要分布在锂绿泥石矿物中。 3 锂绿泥石粒度极细，与其他矿物交织在一起， 在目前的选矿技术条件下很难分选。 4 建议采用原矿全岩浸出法提取矿石中的锂。 参考文献 [ 1 ] 高世杨．青海盐湖锂盐开发与环境[ J ] ．盐湖研究，2 0 0 0 ，8 1 1 7 - 2 3 ． [ 2 ]张明杰，郭清福．2 l 世纪的能源金属锂的冶金现状及发展 [ J ] ．盐湖研究，2 0 0 1 ，9 3 5 2 6 0 ． [ 3 ]沈丽璞，宋云华，彭昭瑞，等．河南某地粘土矿中锂绿泥石的发现 及初步研究[ J ] ．矿物学报，1 9 8 6 ，6 1 8 6 - 9 1 ． [ 4 ]康红．提高某矿选锂回收率初探[ J ] ．新疆有色金属，a x e s 2 9 1 - 9 3 ． [ 5 ]张宇平，黄可龙，刘索琴．反浮选法分离粉石英和斜绿泥石及其机 理[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ．2 0 0 7 ．3 8 2 2 8 5 2 9 0 ． 万方数据