(中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所/劉玉林,劉新海,李一波,譚琦)1.序言
中國電氣石資源較豐富,潛在資源量較大,產地具有分布廣、相對集中的特點。根據已經發表的資料初步分析,湘-贛-粵毗鄰地區、廣西地區、新疆地區、內蒙地區、云南及西藏東部地區、陜西地區、山西中條山地區、黑龍江地區、遼寧-吉林地區等九個地區為中國電氣石資源相對集中的地區。本試驗主要正對前四個具有代表性的地區張開選礦提純試驗。
電氣石是一種結構和成分都很復雜的含硼硅酸鹽礦物。它的化學通式為:XY3Z6Si6O18 (BO3)3W4,其中X的位置主要被Na+、Ca2+、K+占據,有時也會形成空位(此時可形成無堿電氣石),還可以被Mg2+、Mn2+、H3O+占據;Y的位置主要被Mg2+、Fe2+、Al3+、Li+所占據,通常還會被Mn2+、Ca2+、Fe3+、Mn3+、Cr3+、Ti4+占據;Z的位置主要被Al3+占據,也會被Mg2+、Fe3+、Cr3+、V3+、Ti3+ 、Ti4+占據;W的位置主要被O2-、OH-、F-、Cl-占據。在這個結構中,硅氧四面體共角頂連接成六方環(復三方環)。在某些情況下,Ti4+、Fe3+、Al3+可以少量地置換硅氧四面體中的Si。B與O形成三角形配位體,目前還沒有發現其它元素可以替代B。
電氣石的形態屬于復三方單錐晶類,晶體呈柱狀,常見單形有三方柱、六方柱、三方單錐等。晶體兩端晶面不同,柱面上常出現縱紋,橫斷面呈球面三角形。集合體呈棒狀、放射狀、束針狀,亦呈致密狀及隱晶質塊體。雙晶較少見。
電氣石的礦物顏色隨成分的不同而不同,一般來說富含鐵的電氣石呈黑色、深藍色;富含鋰、錳的電氣石呈玫瑰色,亦呈淡藍色;富含鎂的電氣石常呈褐色和黃色;富含鉻的電氣石呈深綠色。條痕無色,玻璃光澤,無解理,經常有垂直L3的裂開,斷口呈貝殼狀。硬度為7~7.5。比重3.03~3.25,隨著成分中鐵、錳的含量的增加,比重亦隨之增大,礦物具有壓電性和熱電性。
電氣石的熱電性、壓電性和靜電場效應具有很大的應用價值。
目前,電氣石的應用主要在與人類生存息息相關的環保、健康等領域,如處理工廠廢氣,凈化水質、處理污水,能中和水中的酸堿。
2 電氣石的選礦提純試驗
2.1 試驗樣品的選擇與制備
2.1.1試驗樣品的選擇
研究選用產出量大的非寶石級黑電氣石為原料礦物。電氣石的晶體結構相同,但產地和產狀不同可導致成分和原子在結構中占位的不同,進而導致其物理性質,尤其是晶格常數和自極化程度不同。為了使研究具有普遍性,發現產地、產狀與成因和地質的關系,選取了不同產地、不同地質條件和成分差別比較大的電氣石礦樣作為本研究的樣品。
不同產地、產狀、成因和種類見表1。
表1試驗樣品的產地、產狀、成因
產地 |
廣西 |
江西 |
內蒙 |
新疆 |
表觀 |
黑色針束狀 |
黑色塊狀 |
黑灰色塊狀 |
黑色玻璃光澤,柱狀 |
密度 |
3.16 g/cm3 |
3.20 g/cm3 |
3.17 g/cm3 |
3.12 g/cm3 |
成因 |
變質巖 |
花崗巖 |
變質巖 |
偉晶巖 |
產狀 |
針束狀集合體含石英、鈉長石包體 |
電氣石巖鑲嵌在石英和長石中 |
晶粒集合體與云母、石英等共生 |
單晶體與黑云母共生,碎后有包體 |
礦樣(噸) |
1.5 |
1.5 |
2 |
15 |
從成因上來看,選取的樣品可分為兩類:一類為產于花崗偉晶巖中的電氣石,另一類為產于變質巖的電氣石;從晶體形狀上看可分為三種:一種為晶形完整的電氣石晶體,一種為鑲嵌在長石和石英中的電氣石巖(結構致密),另一種為晶粒集合體。
2.1.2、試驗樣品的制備
廣西、江西、內蒙電氣石原礦粒度為0-200mm。
新疆電氣石原礦0-50mm,基本為塊狀,細顆粒或粉狀很少。
0-2mm試驗樣品的制備按圖1分別進行。
圖1 試驗樣品制備流程圖
2.2原礦樣品的化學分析
電氣石是一種結構和成分都很復雜的含硼硅酸鹽礦物,它的化學通式為:XY 3Z 6Si 6O 18 (BO 3) 3W 4,其中Y的位置主要被Mg 2+、Fe 2+、Al 3+、Li +所占據,通常還會被Mn 2+、Ca 2+、Fe 3+、Mn 3+、Cr 3+、Ti 4+占據,依據Fe、Mg離子替代結果通常分為鐵電氣石(如廣西、江西、內蒙)和鎂電氣石(如新疆)?;瘜W多項分析結果見表2。
表2電氣石化學多項分析結果(w%)
成份 |
廣西 |
江西
遼寧(寬甸) |
內蒙古 |
新疆 |
SiO2 |
46.18 |
38.86 |
35.50 |
36.38 |
Al2O3 |
26.41 |
30.41 |
24.67 |
33.05 |
Fe2O3 |
14.93 |
14.30 |
8.51 |
4.76 |
FeO |
6.85 |
3.48 |
3.83 |
2.36 |
TiO2 |
0.076 |
0.38 |
0.57 |
0.56 |
MgO |
0.069 |
0.60 |
3.51 |
3.70 |
CaO |
0.081 |
0.68 |
6.27 |
0.33 |
B2O3 |
7.81 |
8.98 |
7.96 |
10.71 |
Na2O |
0.93 |
0.70 |
1.09 |
0.96 |
K2O |
0.066 |
0.20 |
0.11 |
0.049 |
Li2O |
0.011 |
0.012 |
0.0022 |
0.0022 |
LOI |
1.71 |
1.88 |
7.14 |
3.02 |
合計 |
98.273 |
96.927
31.05 |
95.3322 |
93.5212 |
表2電氣石化學多項分析結果表明,新疆電氣石為富鎂電氣石,廣西、江西電氣石為富鐵電氣石、內蒙電氣石為鎂鐵電氣石,在常見的非寶石級電氣石中具有一定的代表性。
2.3 試驗結果
2.3.1 廣西電氣石強磁選提純試驗
試驗采用GCG8/10型干式感應輥磁選機,磁感應強度0.15-2.0T,入選物料粒度0-0.5mm。
不同磁感應強度試驗結果見表3。
試驗結果表明,磁感應強度對廣西電氣石磁選提純影響非常明顯。隨著磁感應強度增加,磁性物產率從35.66%增加到80.90%,B 2O 3的回收率從41.78%增加到95.87%,Fe 2O 3的回收率從41.70%增加到95.68%。在實際應用中,控制磁感應強度到2T還存在一定技術困難,盡量選擇較高的磁感應強度即可獲得較好的選礦技術指標。B 2O 3和Fe 2O 3的回收率變化基本一致,也說明分選效果明顯、穩定,B 2O 3和Fe 2O 3基本是電氣石的有用成分,圖2磁性物X-衍射粉晶圖譜和圖3非磁性物X-衍射粉晶圖譜也說明這一點。
表3 廣西電氣石磁選試驗結果
試驗編號 |
產品名稱 |
產率(%) |
品位(%) |
回收率(%) |
磁感應強度(T) |
B2O3 |
Fe2O3 |
B2O3 |
Fe2O3 |
1 |
磁性 |
35.66 |
9.35 |
17.29 |
41.78 |
41.7 |
0.8 |
非磁性 |
64.34 |
7.22 |
13.4 |
58.22 |
58.3 |
原礦 |
100 |
7.98 |
14.79 |
100 |
100 |
2 |
磁性 |
65.68 |
9.53 |
16.86 |
76.96 |
76.32 |
1.2 |
非磁性 |
34.32 |
5.46 |
10.01 |
23.04 |
23.68 |
原礦 |
100 |
8.13 |
14.51 |
100 |
100 |
3 |
磁性 |
74.35 |
9.64 |
17.47 |
88.28 |
88.16 |
1.6 |
非磁性 |
25.65 |
3.71 |
6.8 |
11.72 |
11.84 |
原礦 |
100 |
8.12 |
14.73 |
100 |
100 |
4 |
磁性 |
80.9 |
9.2 |
17.27 |
95.87 |
95.68 |
2 |
非磁性 |
19.1 |
1.68 |
3.3 |
4.13 |
4.32 |
原礦 |
100 |
7.76 |
14.6 |
100 |
100 |
圖2 廣西電氣石強磁選磁性物X-衍射粉晶圖譜
圖3 廣西電氣石強磁選非磁性物X-衍射粉晶圖譜
2.3.2 江西電氣石強磁選提純試驗
試驗方法及工藝流程同廣西電氣石強磁選提純試驗。
不同磁感應強度試驗結果見表4;
磁性物、非磁性物X-衍射粉晶圖譜見圖4和圖5。
表4 江西電氣石磁選試驗結果
試驗編號 |
產品名稱 |
產率(%) |
品位(%) |
回收率(%) |
磁感應強度(T) |
B2O3 |
Fe2O3 |
B2O3 |
Fe2O3 |
1 |
磁性 |
24.41 |
7.7 |
12.3 |
23.62 |
22.86 |
0.8 |
非磁性 |
75.59 |
8.04 |
13.4 |
76.38 |
77.14 |
原礦 |
100 |
7.96 |
13.13 |
100 |
100 |
2 |
磁性 |
62.64 |
8.31 |
13.47 |
65.56 |
65.23 |
1.2 |
非磁性 |
37.36 |
7.32 |
12.02 |
34.44 |
34.77 |
原礦 |
100 |
7.94 |
12.93 |
100 |
100 |
3 |
磁性 |
77.04 |
8.28 |
13.42 |
80.97 |
80.71 |
1.6 |
非磁性 |
22.96 |
6.53 |
10.76 |
19.03 |
19.29 |
原礦 |
100 |
7.88 |
12.81 |
100 |
100 |
4 |
磁性 |
87.87 |
8.38 |
13.72 |
92.07 |
91.94 |
2 |
非磁性 |
12.13 |
5.23 |
8.71 |
7.93 |
8.06 |
原礦 |
100 |
8 |
13.11 |
100 |
100 |
圖4 江西電氣石強磁選磁性物X-衍射粉晶圖譜
圖5 江西電氣石強磁選非磁性物X-衍射粉晶圖譜
江西電氣石強磁選提純試驗現象,不同磁感應強度試驗結果,磁性物、非磁性物X-衍射粉晶結果同廣西電氣石強磁選提純試驗基本相同。
2.3.3 內蒙電氣石強磁選提純試驗
試驗方法及工藝流程同廣西電氣石強磁選提純試驗。不同磁感應強度試驗結果見表5,磁性物、非磁性物X-衍射粉晶圖譜見圖6和圖7。
表5 內蒙電氣石磁選試驗結果
試驗編號 |
產品名稱 |
產率(%) |
品位(%) |
回收率(%) |
磁感應強度(T) |
B2O3 |
Fe2O3 |
B2O3 |
Fe2O3 |
1 |
磁性 |
48.23 |
7.66 |
8.81 |
42.54 |
51.21 |
0.8 |
非磁性 |
51.77 |
9.64 |
7.82 |
57.46 |
48.79 |
原礦 |
100 |
8.68 |
8.3 |
100 |
100 |
2 |
磁性 |
64.43 |
8.39 |
8.71 |
66.37 |
69.57 |
1.2 |
非磁性 |
35.57 |
7.7 |
6.9 |
33.63 |
30.43 |
原礦 |
100 |
8.15 |
8.07 |
100 |
100 |
3 |
磁性 |
72.16 |
8.77 |
8.76 |
76.95 |
77.93 |
1.6 |
非磁性 |
27.84 |
6.81 |
6.43 |
23.05 |
22.07 |
原礦 |
100 |
8.22 |
8.11 |
100 |
100 |
4 |
磁性 |
81.58 |
9.08 |
8.75 |
86.29 |
86.59 |
2 |
非磁性 |
18.42 |
6.39 |
6 |
13.71 |
13.41 |
原礦 |
100 |
8.58 |
8.24 |
100 |
100 |
圖6 內蒙電氣石強磁選磁性物X-衍射粉晶圖譜
圖7 內蒙電氣石強磁選非磁性物X-衍射粉晶圖譜
內蒙電氣石強磁選磁性產品顏色相對較淺,產品X-衍射粉晶圖譜與廣西、江西略有不同,主要是因為內蒙電氣石為鎂鐵電氣石,還含有少量粘土礦物。
2.3.4 新疆電氣石強磁選提純試驗
試驗方法及工藝流程同廣西、江西、內蒙電氣石強磁選提純試驗。不同磁感應強度試驗結果見表6。
表6新疆電氣石磁選試驗結果
試驗編號 |
產品名稱 |
產率(%) |
品位(%) |
回收率(%) |
磁感應強度(T) |
B2O3 |
Fe2O3 |
B2O3 |
Fe2O3 |
1 |
磁性 |
12.11 |
9.65 |
4.89 |
12.09 |
13.41 |
0.8 |
非磁性 |
87.89 |
9.67 |
4.35 |
87.91 |
86.59 |
原礦 |
100 |
9.66 |
4.42 |
100 |
100 |
2 |
磁性 |
25.82 |
9.75 |
4.74 |
25.96 |
27.68 |
1.2 |
非磁性 |
74.18 |
9.68 |
4.31 |
74.04 |
72.32 |
原礦 |
100 |
9.7 |
4.42 |
100 |
100 |
3 |
磁性 |
36.37 |
9.47 |
4.51 |
35.65 |
37.1 |
1.6 |
非磁性 |
63.63 |
9.77 |
4.37 |
64.35 |
62.9 |
原礦 |
100 |
9.66 |
4.42 |
100 |
100 |
4 |
磁性 |
48.61 |
9.34 |
4.5 |
48.27 |
49.81 |
2 |
非磁性 |
51.39 |
9.47 |
4.29 |
51.73 |
50.19 |
原礦 |
100 |
9.41 |
4.39 |
100 |
100 |
新疆電氣石為富鎂電氣石,比磁化系數比廣西、江西、內蒙電氣石小,磁性產品、非磁性產品中B2O3、Fe2O3品位幾乎沒有變化,進一步說明新疆電氣石比較純凈,不需提純可直接進行精細加工。
3 結論
(1)廣西、江西、內蒙電氣石磁選效果顯著,磁感應強度大于1.6T時,磁性產品電氣石呈黑色、砂狀、玻璃光澤,非常純凈,磁性物X-衍射粉晶半定量分析也表明,磁性產品電氣石礦物含量至少在90%以上。
(2)廣西、江西、內蒙電氣石磁選試驗(GCG8/10型干式感應輥磁選機)結果表明,感應輥轉速、給礦量條件等對分選結果影響均不明顯。
(3)在TYCX100型干式強磁選機(磁感應強度1.2-2.0T,入料粒度0-2mm)進行得廣西、江西、內蒙電氣石強磁選提純試驗結果同GCG8/10型干式感應輥磁選機基本一致,磁感應強度越高,磁性產品中電氣石礦物含量越高。
(4)在DC600-Ⅱ型強磁選機(磁感應強度0.8-1.60T,入料粒度0-0.7mm)上進行得廣西、江西、內蒙電氣石濕法強磁選提純試驗結果同GCG8/10型干式感應輥磁選機基本一致,磁感應強度越高,磁性產品中電氣石礦物含量越高。
(桂林非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志)
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