劉　佳　陳文輝

(六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院)

黑色巖系分布廣泛，在亞洲、歐洲、北美洲和大洋洲均有發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)遍及黔、川、湘等十幾個(gè)省[1]。在我國(guó)南方地區(qū)，富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖分布較廣泛，同時(shí)伴生有多種貴金屬元素、稀有金屬元素、稀土元素等，具有多方面的開發(fā)利用價(jià)值[2-5]。在貴州開陽(yáng)、織金等地廣泛分布黑色黏土巖系巖層，巖石類型有硅質(zhì)巖、薄層狀黑色高碳質(zhì)頁(yè)巖、黑色碳泥質(zhì)巖、灰黑—深灰綠色碳質(zhì)泥質(zhì)細(xì)粉砂巖等[6]。一方面黑色頁(yè)巖中碳的存在對(duì)頁(yè)巖中某些有價(jià)元素的提取有害[7]；另一方面，富含有機(jī)碳的黑色頁(yè)巖，碳的回收可提高其利用價(jià)值，故對(duì)富含碳的黑色頁(yè)巖進(jìn)行了碳回收探索試驗(yàn)研究，以期為該類含碳黑色頁(yè)巖的合理開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1　原礦性質(zhì)

1.1　原礦粒度組成

將原礦破碎至-2 mm后，采用標(biāo)準(zhǔn)套篩對(duì)原礦進(jìn)行篩分分析，分析結(jié)果見表1。

由表1可知，該黑色頁(yè)巖可燃物含量為13.78%，主要集中分布在+0.15 mm粒級(jí)及-0.045+0.025 mm粒級(jí)中。隨著粒級(jí)的減小，可燃物含量逐漸升高，說(shuō)明該黑色頁(yè)巖中可燃物的嵌布粒度較細(xì)。

表1　黑色頁(yè)巖原礦粒度組成

1.2　原礦礦物學(xué)特征

采用掃描電鏡(SEM)對(duì)原礦進(jìn)行礦物學(xué)特征分析研究，結(jié)果見圖1、圖2。

圖1　黑色頁(yè)巖中伊利石掃描電鏡圖像

圖2　黑色頁(yè)巖中黃鐵礦掃描電鏡圖像

由圖1、圖2可見，該黑色頁(yè)巖以黏土礦物(以伊利石為主)和黃鐵礦為主，含一定量有機(jī)質(zhì)和碳質(zhì)。礦物嵌布特征主要是微細(xì)粒浸染狀，黃鐵礦以微細(xì)自形—他形晶體、草莓狀集合體形式星散分布在黏土礦物的晶體間隙中。有機(jī)質(zhì)和碳質(zhì)在黑色頁(yè)巖中未表現(xiàn)出明顯的富集狀態(tài)，呈分散分布，不定形。

從礦石性質(zhì)分析，該礦石屬難選礦石，這主要由以下幾點(diǎn)決定：第一，碳顆粒結(jié)晶程度非常差，普通光學(xué)顯微鏡無(wú)法看出晶形，這就決定了礦石的易泥化性，由于碳顆粒沒(méi)有較好的晶體，導(dǎo)致藥劑作用效果較差；第二，黃鐵礦呈顯微浸染狀分布在礦石中，粒度微細(xì)，難以解離，且黃鐵礦與碳的可浮性差異不大，導(dǎo)致浮選分離困難；第三，由于礦物的嵌布粒度細(xì)，因此需要將礦石進(jìn)行細(xì)磨，以達(dá)到礦物的單體解離；第四，原礦石中黏土礦物含量較多，由于其硬度低，容易在磨礦和浮選過(guò)程中加劇泥化現(xiàn)象，影響浮選分離。

2　碳回收探索試驗(yàn)

2.1　碳粗選回收正交試驗(yàn)

由前期探索試驗(yàn)可知，在堿性礦漿條件下，浮選效果相差不明顯。因此，以不同的磨礦細(xì)度(-0.075 mm含量)、調(diào)整劑水玻璃用量、捕收劑煤油用量、起泡劑MIBC用量為考察因素(依次為因素A、B、C、D)進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)因素水平見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖3　粗選正交試驗(yàn)流程

水平各因素取值A(chǔ)/%B/(g/t)C/(g/t)D/(g/t)1655001005027510002001003851500300150

對(duì)表3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，分析結(jié)果見表4。

由表4可知，起泡劑MIBC、捕收劑煤油、調(diào)整劑水玻璃、磨礦細(xì)度對(duì)碳粗精礦中可燃物含量和回收率影響依次降低。以可燃物含量分析，最佳因素水平為D3C3B1A2，即磨礦細(xì)度為-0.075 mm 75%、水玻璃用量為500 g/t，煤油用量為300 g/t，MIBC用量為150 g/t的條件下，選別效果較好；以可燃物回收率分析，最佳因素水平為D3C3B2A3，磨礦細(xì)度為-0.075 mm 85%、水玻璃用量為1 000 g/t、煤油用量為300 g/t，MIBC用量為150 g/t的條件下，選別效果較好。

表3　粗選正交試驗(yàn)結(jié)果

表4粗選正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果%

從正交試驗(yàn)可知，產(chǎn)品可燃物回收率變化較大，而可燃物含量較穩(wěn)定，且從粗選主要保證可燃物回收率的角度出發(fā)，因此主要以粗精礦中可燃物回收率為標(biāo)準(zhǔn)選擇各因素的最佳水平。

2.2　開路試驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)所確定的各因素較優(yōu)值進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，并嘗試進(jìn)行開路試驗(yàn)。由于礦物嵌布粒度較細(xì)，且礦石容易泥化，影響浮選分離效果，因此采用階磨階選工藝，試驗(yàn)流程及藥劑用量見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，得到的碳精礦可燃物含量不到40%，且由于產(chǎn)率低，導(dǎo)致可燃物回收率也較低，回收價(jià)值不大。分析原因可能是黑色頁(yè)巖中的碳顆粒大部分是以微晶形式存在于伊利石晶體間隙中，且碳顆粒沒(méi)有較好的晶體，導(dǎo)致浮選藥劑作用效果非常差，使得可燃物含量及回收率都較低。

開路試驗(yàn)獲得的碳精礦中可燃物含量和回收率都較低，不能直接加以利用，但可將其作為輔助燃料。同時(shí)，黑色頁(yè)巖中碳的脫除可以降低碳對(duì)黑色頁(yè)巖中鉬、鎳、釩、鈾等有價(jià)元素的浸出提取及回收利用所造成的不利影響，提高黑色頁(yè)巖的利用價(jià)值。因此，下一步將對(duì)黑色頁(yè)巖中碳的脫除工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，提高資源的綜合利用率。

圖4　正交驗(yàn)證及開路探索試驗(yàn)流程

3　結(jié)　論

(1)某含碳黑色頁(yè)巖以伊利石和黃鐵礦為主，含有一定量有機(jī)質(zhì)和碳質(zhì)。礦物嵌布特征主要是微細(xì)粒浸染狀，嵌布粒度極細(xì)。

(2)利用浮選方法對(duì)碳進(jìn)行回收，考查了不同工藝參數(shù)對(duì)碳回收的影響顯著性，結(jié)果表明起泡劑MIBC、捕收劑煤油、調(diào)整劑水玻璃、磨礦細(xì)度對(duì)碳粗精礦中可燃物含量和回收率影響依次降低。

(3)通過(guò)1次粗選、2次精選得到的碳精礦可燃物含量及回收率都較低，回收價(jià)值不大，還需做進(jìn)一步研究。

(4)后續(xù)將針對(duì)黑色頁(yè)巖中碳的脫除進(jìn)行優(yōu)化工藝研究，降低碳對(duì)其中有價(jià)元素提取造成的不利影響，提高資源利用率。

[1]宋春玉，張杰，李帥.貴州某黑色頁(yè)巖硫的遷出實(shí)驗(yàn)研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2013，45(10):14-16.

[2]曾慶輝，錢玲，劉德漢，等.富有機(jī)質(zhì)的黑色頁(yè)巖和油頁(yè)巖的有機(jī)巖石學(xué)特征與生、排烴意義[J].沉積學(xué)報(bào)，2006(1):113-122.

[3]王沙，張杰.貴州織金下寒武統(tǒng)黑色頁(yè)巖礦物巖石成分及資源利用特征[J].巖石礦物學(xué)雜志，2016，35(3):543-552.

[4]邢樹文，孫景貴，劉洪文.高碳黑色頁(yè)巖型鉑族元素礦床的成礦性探討[J].地質(zhì)與勘探，2002(6):17-21.

[5]陳蘭，鐘宏，胡瑞忠，等.湘黔地區(qū)早寒武世黑色頁(yè)巖有機(jī)碳同位素組成變化及其意義[J].礦物巖石，2006(1):81-85.

[6]張杰，孫傳敏，楊國(guó)峰，等.貴州下寒武統(tǒng)黑色頁(yè)巖稀土元素地球化學(xué)特征[J].稀土，2008(2):72-75.

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