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电气石的选矿提纯试验研究

来源：中国粉体技术网更新时间：2013-09-05 19:57:40 浏览次数：

（中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所/刘玉林，刘新海，李一波，谭琦）1.序言
        中国电气石资源较丰富，潜在资源量较大，产地具有分布广、相对集中的特点。根据已经发表的资料初步分析，湘-赣-粤毗邻地区、广西地区、新疆地区、内蒙地区、云南及西藏东部地区、陕西地区、山西中条山地区、黑龙江地区、辽宁-吉林地区等九个地区为中国电气石资源相对集中的地区。本试验主要正对前四个具有代表性的地区张开选矿提纯试验。
        电气石是一种结构和成分都很复杂的含硼硅酸盐矿物。它的化学通式为：XY₃Z₆Si₆O₁₈ (BO₃)₃W₄，其中X的位置主要被Na^＋、Ca²⁺、K^＋占据，有时也会形成空位（此时可形成无碱电气石），还可以被Mg²⁺、Mn²⁺、H₃O^＋占据；Y的位置主要被Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Li⁺所占据，通常还会被Mn²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺占据；Z的位置主要被Al³⁺占据，也会被Mg²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、V³⁺、Ti³⁺ 、Ti⁴⁺占据；W的位置主要被O²^－、OH^－、F^－、Cl^－占据。在这个结构中，硅氧四面体共角顶连接成六方环（复三方环）。在某些情况下，Ti⁴⁺、Fe³⁺、Al³⁺可以少量地置换硅氧四面体中的Si。B与O形成三角形配位体，目前还没有发现其它元素可以替代B。
        电气石的形态属于复三方单锥晶类，晶体呈柱状，常见单形有三方柱、六方柱、三方单锥等。晶体两端晶面不同，柱面上常出现纵纹，横断面呈球面三角形。集合体呈棒状、放射状、束针状，亦呈致密状及隐晶质块体。双晶较少见。
        电气石的矿物颜色随成分的不同而不同，一般来说富含铁的电气石呈黑色、深蓝色；富含锂、锰的电气石呈玫瑰色，亦呈淡蓝色；富含镁的电气石常呈褐色和黄色；富含铬的电气石呈深绿色。条痕无色，玻璃光泽，无解理，经常有垂直L³的裂开，断口呈贝壳状。硬度为7～7.5。比重3.03～3.25，随着成分中铁、锰的含量的增加，比重亦随之增大，矿物具有压电性和热电性。
        电气石的热电性、压电性和静电场效应具有很大的应用价值。
        目前，电气石的应用主要在与人类生存息息相关的环保、健康等领域，如处理工厂废气，净化水质、处理污水，能中和水中的酸碱。
        2 电气石的选矿提纯试验
        2.1 试验样品的选择与制备
        2.1.1试验样品的选择
        研究选用产出量大的非宝石级黑电气石为原料矿物。电气石的晶体结构相同，但产地和产状不同可导致成分和原子在结构中占位的不同，进而导致其物理性质，尤其是晶格常数和自极化程度不同。为了使研究具有普遍性，发现产地、产状与成因和地质的关系，选取了不同产地、不同地质条件和成分差别比较大的电气石矿样作为本研究的样品。
        不同产地、产状、成因和种类见表1。

表1试验样品的产地、产状、成因

产地	广西	江西	内蒙	新疆
表观	黑色针束状	黑色块状	黑灰色块状	黑色玻璃光泽，柱状
密度	3.16 g/cm³	3.20 g/cm³	3.17 g/cm³	3.12 g/cm³
成因	变质岩	花岗岩	变质岩	伟晶岩
产状	针束状集合体含石英、钠长石包体	电气石岩镶嵌在石英和长石中	晶粒集合体与云母、石英等共生	单晶体与黑云母共生，碎后有包体
矿样（吨）	1.5	1.5	2	15

        从成因上来看，选取的样品可分为两类：一类为产于花岗伟晶岩中的电气石，另一类为产于变质岩的电气石；从晶体形状上看可分为三种：一种为晶形完整的电气石晶体，一种为镶嵌在长石和石英中的电气石岩(结构致密)，另一种为晶粒集合体。
        2.1.2、试验样品的制备
        广西、江西、内蒙电气石原矿粒度为0-200mm。
        新疆电气石原矿0-50mm，基本为块状，细颗粒或粉状很少。
        0-2mm试验样品的制备按图1分别进行。

图1 试验样品制备流程图

2.2原矿样品的化学分析

电气石是一种结构和成分都很复杂的含硼硅酸盐矿物，它的化学通式为：XY₃Z₆Si₆O₁₈(BO₃)₃W₄，其中Y的位置主要被Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Li⁺所占据，通常还会被Mn²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺占据，依据Fe、Mg离子替代结果通常分为铁电气石（如广西、江西、内蒙）和镁电气石（如新疆）。化学多项分析结果见表2。

表2电气石化学多项分析结果（w%）

成份	广西	江西辽宁（宽甸）	内蒙古	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
合计	98.273	96.927 31.05	95.3322	93.5212

        表2电气石化学多项分析结果表明，新疆电气石为富镁电气石，广西、江西电气石为富铁电气石、内蒙电气石为镁铁电气石，在常见的非宝石级电气石中具有一定的代表性。
        2.3 试验结果
        2.3.1 广西电气石强磁选提纯试验
        试验采用GCG8/10型干式感应辊磁选机，磁感应强度0.15-2.0T，入选物料粒度0-0.5mm。
        不同磁感应强度试验结果见表3。
        试验结果表明，磁感应强度对广西电气石磁选提纯影响非常明显。随着磁感应强度增加，磁性物产率从35.66%增加到80.90%，B₂O₃的回收率从41.78%增加到95.87%，Fe₂O₃的回收率从41.70%增加到95.68%。在实际应用中，控制磁感应强度到2T还存在一定技术困难，尽量选择较高的磁感应强度即可获得较好的选矿技术指标。B₂O₃和Fe₂O₃的回收率变化基本一致，也说明分选效果明显、稳定，B₂O₃和Fe₂O₃基本是电气石的有用成分，图2磁性物X-衍射粉晶图谱和图3非磁性物X-衍射粉晶图谱也说明这一点。

表3 广西电气石磁选试验结果

试验编号	产品名称	产率（%）	品位（%）		回收率（%）		磁感应强度（T）
试验编号	产品名称	产率（%）	B₂O₃	Fe₂O₃	B₂O₃	Fe₂O₃	磁感应强度（T）
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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	100	7.76	14.6	100	100

图2 广西电气石强磁选磁性物X-衍射粉晶图谱

图3 广西电气石强磁选非磁性物X-衍射粉晶图谱

        2.3.2 江西电气石强磁选提纯试验
        试验方法及工艺流程同广西电气石强磁选提纯试验。
        不同磁感应强度试验结果见表4；
        磁性物、非磁性物X-衍射粉晶图谱见图4和图5。

表4 江西电气石磁选试验结果

试验编号	产品名称	产率（%）	品位（%）		回收率（%）		磁感应强度（T）
试验编号	产品名称	产率（%）	B₂O₃	Fe₂O₃	B₂O₃	Fe₂O₃	磁感应强度（T）
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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	100	8	13.11	100	100

图4 江西电气石强磁选磁性物X-衍射粉晶图谱

图5 江西电气石强磁选非磁性物X-衍射粉晶图谱

        江西电气石强磁选提纯试验现象，不同磁感应强度试验结果，磁性物、非磁性物X-衍射粉晶结果同广西电气石强磁选提纯试验基本相同。
        2.3.3 内蒙电气石强磁选提纯试验
        试验方法及工艺流程同广西电气石强磁选提纯试验。不同磁感应强度试验结果见表5，磁性物、非磁性物X-衍射粉晶图谱见图6和图7。

表5 内蒙电气石磁选试验结果

试验编号	产品名称	产率（%）	品位（%）		回收率（%）		磁感应强度（T）
试验编号	产品名称	产率（%）	B₂O₃	Fe₂O₃	B₂O₃	Fe₂O₃	磁感应强度（T）
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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	100	8.58	8.24	100	100

图6 内蒙电气石强磁选磁性物X-衍射粉晶图谱

图7 内蒙电气石强磁选非磁性物X-衍射粉晶图谱

        内蒙电气石强磁选磁性产品颜色相对较浅，产品X-衍射粉晶图谱与广西、江西略有不同，主要是因为内蒙电气石为镁铁电气石，还含有少量粘土矿物。
        2.3.4 新疆电气石强磁选提纯试验
        试验方法及工艺流程同广西、江西、内蒙电气石强磁选提纯试验。不同磁感应强度试验结果见表6。

表6新疆电气石磁选试验结果

试验编号	产品名称	产率（%）	品位（%）		回收率（%）		磁感应强度（T）
试验编号	产品名称	产率（%）	B₂O₃	Fe₂O₃	B₂O₃	Fe₂O₃	磁感应强度（T）
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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	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
	原矿	100	9.41	4.39	100	100

        新疆电气石为富镁电气石，比磁化系数比广西、江西、内蒙电气石小，磁性产品、非磁性产品中B₂O₃、Fe₂O₃品位几乎没有变化，进一步说明新疆电气石比较纯净，不需提纯可直接进行精细加工。
        3 结论
        (1)广西、江西、内蒙电气石磁选效果显著，磁感应强度大于1.6T时，磁性产品电气石呈黑色、砂状、玻璃光泽，非常纯净，磁性物X-衍射粉晶半定量分析也表明，磁性产品电气石矿物含量至少在90%以上。
        (2)广西、江西、内蒙电气石磁选试验（GCG8/10型干式感应辊磁选机）结果表明，感应辊转速、给矿量条件等对分选结果影响均不明显。
        (3)在TYCX100型干式强磁选机（磁感应强度1.2-2.0T，入料粒度0-2mm）进行得广西、江西、内蒙电气石强磁选提纯试验结果同GCG8/10型干式感应辊磁选机基本一致，磁感应强度越高，磁性产品中电气石矿物含量越高。
        (4)在DC600-Ⅱ型强磁选机（磁感应强度0.8-1.60T，入料粒度0-0.7mm）上进行得广西、江西、内蒙电气石湿法强磁选提纯试验结果同GCG8/10型干式感应辊磁选机基本一致，磁感应强度越高，磁性产品中电气石矿物含量越高。

(桂林非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）