【矿业澳洲点评】本文采用矿物定量分析系统(QEMSCAN)针对澳大利亚昆士兰州某铝土矿开展了旨在指导矿石洗矿、选矿工艺的工艺矿物学研究，查清了矿石的物质组成、赋存状态、粒级组成以及嵌布特征等工艺性质。原矿石中主要有用矿物是三水铝石和一水软铝石，其次是高岭石、石英、赤铁矿、金红石、锐钛矿等。
三水铝石结晶形态和赋存状态复杂，其嵌布特征主要有以下5种:①呈豆状、豆鲕状产出;②呈隐晶质、微晶集合体或极不规则的粒状、微粒状产出;③三水铝石和一水软铝石相交形成富集合体;④呈假六方片状形式存在;⑤呈脉状形式嵌布在矿石之中。本研究为确定合理的矿石加工工艺流程提供基础的矿物学资料。
《澳大利亚昆士兰州某铝土矿工艺矿物学研究》
澳大利亚拥有丰富的铝土矿资源，储量大，埋藏浅，矿层厚，是全球最大的铝土矿生产国。主要的铝土矿区分别位于昆士兰州北部约克角半岛的韦帕(Weipa)区，北领地州戈吾半岛的戈吾(Cove)区以及西澳洲珀斯附近的达令(Darling)区和米切尔高地(MitchellPlateau)。该铝土矿样品选自约克角半岛西部，矿区铝土矿储量约5亿t，但矿石品位低，性质复杂，同时含有三水铝石、一水软铝石等有用矿物，其中一水软铝石含量达15%～30%，硅矿物又同时含有高岭石和石英。为了对该矿区铝土矿资源的经济开发利用提供理论依据，采用QEMSCAN矿物定量分析系统、XＲD分析系统、扫描电镜和化学分析对试样进行工艺矿物学研究。
【1 矿石性质】
原矿的矿物成分化学分析结果见表1，主要矿物组成分析结果见表2。
表1的结果显示样品中主要有用元素为Al2O3，含量为57.80%;脉石矿物则以硅酸盐SiO2为主，含量为12.87%，铝硅比为4.49;碱性钙镁化合物较少。
由表2可以看出，矿石中的矿物组成较为简单。矿样中主要的含铝矿物为三水铝石、一水软铝石，主要含硅矿物为高岭石、石英，同时含有赤铁矿、少量的锐钛矿和金红石。
【2 矿物结构特征及嵌布关系】
矿石中主要有用矿物是三水铝石和一水软铝石，矿石主要显微结构为结晶集合体、微粒结构、鲕粒结构、脉状结构、浸染状结构等。为了更好地分析该矿区铝土矿工艺矿物学，本研究首次采用QEMSCAN矿物定量分析系统并结合传统的工艺矿物检测方法进行多方面分析。
AUＲUKUN铝土矿以三水铝石为主，含有约10%～12%一水软铝石，一水软铝石中3%的铝被铁取代;硅矿物主要以高岭石为主并含有约3%～4%的石英;铁矿物主要以赤铁矿为主，并且在赤铁矿中约15%的铁被铝取代，针铁矿含量较少。
【2.1 三水铝石】
三水铝石是矿石中最主要的有用矿物，在矿石中主要以下面五种嵌布特征形式存在:
(1)三水铝石呈鲕粒状形式存在，在鲕粒的核部为铁质浸染的三水铝石，在外层常可见有铁质皮壳，三水铝石鲕粒一般大小为0.05～3.0mm(图1)，铁质皮壳一般厚度为0.1～0.15mm。
(2)微粒分散状存在的三水铝石。呈松散土状，未固结，伴有大量的粘土矿物，偏光显微镜下观察三水铝石粒度均小于0.3mm，主要呈鳞片状，晶形较差，小于0.05mm者为微晶质絮状、胶状。
(3)三水铝石与一水软铝石接触关系，常为交生在一起，镜下可见三水铝石与一水软铝石相互交生在一起形成有用矿物的富集合体，三水铝石大小通常为0.02～0.3mm。
(4)三水铝石呈假六方片状，片径为0.2～4um(图2)，晶体表面比较干净，少见铁质浸染。
(5)三水铝石呈脉状形式充填在岩石之中，脉宽一般为0.01～0.05mm。
【2.2 一水软铝石】
一水软铝石以细粒状及粒状集合体形式呈星点状分布在碎屑颗粒、豆鲕粒环带和岩石的胶结物之中，大小一般为0.01～0.2mm(图3)。一水软铝石与三水铝石接触关系密切，常交生在一起，镜下可见一水软铝石与三水铝石相互交生在一起形成有用矿物的富集合体，一水软铝石晶体片状自形和半自形晶，大小为0.02～0.2mm(图4)。
【2.3 高岭石】
高岭石多呈隐晶质或微晶质结构产出，有时呈不规则粒状、板状集合体分布在三水铝石空隙和其表面上，嵌布关系较为复杂，单体粒度一般0.005～0.01mm(图5)。高岭石等粘土矿物与赤铁矿等铁质矿物交生在一起，其中赤铁矿呈浸染状分布在粘土矿物之中(图6)。
【2.4 石英】
低正突起，无解理，无色透明，晶形完整，干涉色一般为Ⅰ级灰白色，为六方柱与三方双锥聚形或不规则粒状、棱角状、次棱角状，表面光洁，晶体一般大小为0.005～3mm(图7、8)。
【2.5 赤铁矿】
赤铁矿是最常见的蚀变矿物，在外观上呈红褐色，在透射偏光显微镜下呈深红色，多为浸染状、鲕粒状、皮壳状等形式存在(图9)。与粘土矿物接触关系较为复杂，在三水铝石矿物表面常覆盖有浸染状的赤铁矿(图10)。
【2.6 钛矿物】
含钛矿物主要为锐钛矿，在显微镜下，可见到少量锐钛矿锥状晶体，主要呈细小粒状产出。其次为金红石，主要呈细粒状形式产出，常与锐钛矿等矿物一起被包裹在三水铝石、一水软铝石、高岭石等矿物组成的集合体中。在XRD图谱中，可明显见到这两种矿物的峰值存在。其主要的镶嵌特征为:锐钛矿、金红石等呈半自形粒状分布于岩石之中，颗粒一般为50um，大者可见100um。
【3 铝和硅的赋存状态和平衡配分】
【3.1 铝在矿物中的赋存状态和平衡配分】
矿石中铝主要以三水铝石的状态存在，其次是以一水软铝石、高岭石等状态存在，其他形式的铝少量。矿石中铝元素的平衡分配结果见表3。
由表3说明，矿石中以三水铝石及一水软铝石状态存在的铝占93.90%，以铝硅酸盐矿物状态存在的铝占6.10%。
【3.2 硅在矿物中的赋存状态和平衡配分】
矿石中硅主要是以高岭石和石英状态存在，矿石中硅元素的平衡分配结果见表4。
由表4可以看出，矿石中硅元素主要是以石英状态存在，分布率为65.80%;其次以高岭石的形式存在，分布率为31.98%。铝矿物中的硅仅占2.22%，所以提高精矿的铝硅比主要是降低精矿中石英及高岭石的含量。
【4 主要矿物的粒度特征】
矿物粒度是较重要的矿石性质，对选冶工艺有较大的影响。由于铝土矿的成因较复杂，所以矿石的粒度变化也较大。矿物加工的目的不同，粒度测定的方法也不一样，测定的结果也会有所差异。本文采用QEMSCAN矿物定量分析系统对矿石中主要矿物的工艺粒度以及解离特征进行科学测定。
【4.1 主要矿物的工艺粒度】
矿物的工艺粒度与矿物的自然粒度不同，它是根据矿物加工工艺的需要而测量的一种粒度，它反映矿物集合体的粒度。三水铝石的工艺粒度测量结果见表5。
由表5可以看出，+0.075mm的含量达到了78.45%，表明该矿石中三水铝石集合体的工艺粒度较粗。
【4.2 主要矿物的解离特征】
矿石中主要矿物解离性的好坏，不仅可以检测试验过程中的磨矿情况，更在很大程度上影响了其可选性。采用QEMSCAN进行解离度测定，石英面积占矿石颗粒面积的80%以上，即可认为石英的解离较完全，部分解离较好的石英颗粒见图11，不同磨矿细度石英单体解离度测定见表6。
从图11中可以看出，解离面积80%以上的石英颗粒表面较完整，部分连生矿物分布在石英颗粒的边缘处，仅有少部分连生矿物包裹在颗粒中，大都粒度细小。
由表6可知，当－0.075mm60%时，石英的单体解离度已经接近于70%，随着磨矿细度的提高，样品中石英的单体解离度明显提高，未能解离的石英主要与三水铝石和高岭石连生，说明在磨矿过程中石英易实现单体解离。
【5 影响选冶工艺的矿物学因素】
铝土矿特殊的成矿机制，决定了其特色的矿物嵌布特征和元素赋存状态，而矿石的这些性质又是矿物分离利用的基础。
【5.1 矿物组成对选冶工艺的影响】
澳大利亚昆士兰州某铝土矿为含一水软铝石的三水铝石型铝土矿，主要有用矿物三水铝石和一水软铝石，主要脉石矿物为石英和高岭石，少量的金红石、赤铁矿等矿物与含铝矿物共生密切。在生产氧化铝过程中，若采用低温溶出工艺处理将导致一水软铝石矿物的溶出率非常低;若采用高温溶出工艺，则矿石中的石英会在一定程度上参与反应，从而消耗大量的碱，使得该铝土矿高温溶出的经济性较差。因此，后期的工艺重点为石英的高效脱除。
【5.2 矿物的嵌布关系对选冶工艺的影响】
矿石中93.90%的铝是以三水铝石和一水软铝石的状态存在，硅主要是以石英和高岭石形式存在。铝矿物和硅矿物嵌布较为紧密，但部分石英颗粒嵌布在豆鲕状矿石的外缘，可以采用洗矿工艺将其去除。矿石中还有部分石英及大部分高岭石与铝矿物嵌布致密，粒度较为细小，可以采用选择性磨矿的工艺流程。
【5.3 矿物粒度对选冶工艺的影响】
从矿物的粒度测量结果可以看出，粒度大于0.075mm的三水铝石占78.45%，含硅脉石矿物占67.67%。粒度小于0.010mm的三水铝石占6.18%，硅矿物占1.02%。由于三水铝石和含硅脉石矿物的工艺粒度较粗，因此可以适当放宽磨矿细度。该矿石中各组分的结构、硬度以及含量的差异性，可以通过改变磨矿方式、磨矿介质以及参数等条件，控制不同矿物的选择性解离，通过选择性磨矿的方式实现对目的矿物的分离。
——陈占华，陈湘清，李莎莎，马俊伟
——(中国铝业郑州研究院，河南郑州450041)
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