金建文

(礦冶科技集團(tuán)有限公司 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

鎳是一種重要的有色金屬，廣泛應(yīng)用于不銹鋼、高溫合金、電池材料以及各種化工產(chǎn)品中。2005年以來，我國一直是世界上最大的鎳資源消費(fèi)國[1，2]。鎳資源類型通常分為硫化鎳礦和氧化鎳礦二類。硫化鎳礦中的鎳可以通過選礦得以富集，后續(xù)再通過冶金方式回收。氧化鎳礦中的鎳較難通過選礦富集，只能直接通過冶金的方法提取。根據(jù)礦石中鐵和鎂含量的不同，氧化鎳礦又分為褐鐵礦型紅土鎳礦和蛇紋石型紅土鎳礦。其中蛇紋石型紅土鎳礦由于鎳的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜，加大了鎳的回收難度。為了更好的利用蛇紋石型紅土鎳礦中的鎳，需要查明礦石中鎳的賦存特征。本文通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及礦物自動(dòng)分析儀等儀器手段，結(jié)合化學(xué)分析、化學(xué)物相分析，對某蛇紋石型紅土鎳礦中鎳的賦存特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究[3-14]。

1 化學(xué)分析

礦石含鎳品位為1.34%，礦石中的鎳主要存在于硅酸鹽礦物中，占礦石中總鎳的57.27%，其次存在于褐鐵礦中，占礦石中總鎳的37.29%，錳礦物中鎳占總鎳的5.44%，含量較低。礦石的主要化學(xué)成分和鎳在各礦物中的主要化學(xué)物相分析結(jié)果分別見表1和表2。

表1 礦石的主要化學(xué)成分 Table 1 Main chemical composition of ore /%

表2 礦石中鎳的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Chemical phase analysis results of nickel in ore /%

2 礦石中的主要含鎳礦物與鎳的賦存特征分析

通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及礦物自動(dòng)分析儀(AMICS)等儀器手段，進(jìn)一步查明了礦石中含鎳礦物主要為硅鎂鎳礦、錳鎳鈷礦、錳鎳礦、褐鐵礦、蛇紋石、綠高嶺石、硅鐵氧化物膠體等。

2.1 硅鎂鎳礦中鎳的賦存特征

硅鎂鎳礦的分子式為：(Mg，Ni)6(Si4O10)(OH)8，其掃描電鏡能譜分析結(jié)果見表3，由表3可知，硅鎂鎳礦中鎳的含量變化范圍較大。硅鎂鎳礦主要以粒狀、不規(guī)則狀(圖1)與鉻鐵礦、褐鐵礦、錳土、石英、玉髓等礦物緊密嵌布，常沿其它礦物的裂隙分布。圖2為硅鎂鎳礦的X射線衍射圖。

表3 硅鎂鎳礦的X射線能譜分析結(jié)果 Table3 X-ray energy spectrum analysis of garnierite /%

圖1 硅鎂鎳礦呈粒狀產(chǎn)出Fig.1 Garnierite occurs in granular form

圖2 硅鎂鎳礦的XRD圖譜Fig.2 XRD pattern of in granular Magnesium-Nickel Silicate

2.2 錳鎳鈷礦、錳鎳礦

錳鎳鈷礦和錳鎳礦的X射線能譜分析結(jié)果見表4，X射線能譜圖見圖3和圖4，由表4可知，錳鎳鈷礦和錳鎳礦的成分較為穩(wěn)定。

錳鎳鈷礦常以不規(guī)則細(xì)粒狀嵌布于褐鐵礦中(圖5)，也有部分錳鎳鈷礦呈脈狀、細(xì)脈狀嵌布。錳鎳礦多呈微細(xì)粒狀與其它礦物緊密嵌布，也有部分錳鎳礦被包裹在褐鐵礦中(圖6)。

表4 錳鎳鈷礦和錳鎳礦的X射線能譜分析結(jié)果Table 4 X-ray energy spectrum analysis results of manganese-nickel-cobalt ore and manganese-nickel ore /%

圖3 錳鎳鈷礦的X射線能譜圖Fig.3 X-ray energy spectrum of manganese-nickel-cobalt ore

圖4 錳鎳礦的X射線能譜Fig.4 X-ray energy spectrum of manganese nickel ore

圖5 褐鐵礦中包裹的錳鎳鈷礦圖Fig.5 Manganese-nickel-cobalt ore wrapped in limonite

圖6 錳鎳礦包裹于褐鐵礦中Fig.6 Manganese nickel ore wrapped in limonite

2.3 褐鐵礦

褐鐵礦多呈膠狀、粒狀、不規(guī)則狀嵌布(圖7)，常與礦石中其它硅鎂質(zhì)礦物緊密嵌布。褐鐵礦的X射線能譜分析結(jié)果列于表5，成分中除含鐵、氧外，還含少量鎳、鈷、錳、硅、鋁、鎂、鈣、氯等元素，其X射線能譜圖見圖8。

圖7 褐鐵礦以膠狀嵌布Fig.7 Limonite is colloidally embedded

表5 褐鐵礦的X射線能譜分析結(jié)果Table 5 The results of X-ray energy spectrum analysis of limonite /%

圖8 褐鐵礦的X射線能譜圖Fig.8 X-ray energy spectrum of limonite

2.4 蛇紋石

蛇紋石的X射線能譜分析結(jié)果見表6，由表6可知，礦石中大部分蛇紋石除含硅、鎂外，還含少量鎳、鐵、鋁、鈣等元素。

蛇紋石以纖維狀、葉片狀、網(wǎng)脈狀嵌布(圖9)，與礦石中鉻鐵礦、褐鐵礦等嵌布緊密。蛇紋石的X射線能譜圖見圖10。

2.5 綠高嶺石

綠高嶺石在蛇紋石型紅土鎳礦中多以鱗片狀、不規(guī)則狀產(chǎn)出。綠高嶺石的X射線能譜分析結(jié)果見表7，由表7可知，綠高嶺石中除含硅、鐵外，還含少量鋁、鎂、鈣、鎳等元素，其X射線能譜見圖11。

表6 蛇紋石的X射線能譜分析結(jié)果Table 6 X-ray energy spectrum analysis of serpentine /%

圖9 蛇紋石以網(wǎng)脈狀嵌布Fig.9 Serpentine is imbedded in reticular vein

圖10 蛇紋石的X射線能譜圖Fig.10 X-ray energy spectrum of serpentine

表7 綠高嶺石主要元素X射線能譜分析結(jié)果 Table7 X-ray energy spectrum analysis of main elements in green kaolinite /%

2.6 硅鐵氧化物膠體

這類膠體是超基性巖風(fēng)化過程中形成的，產(chǎn)生于氧化硅及氧化鐵同時(shí)凝結(jié)或是從成分復(fù)雜的化合物溶液中凝結(jié)析出。硅鐵氧化物膠體常與褐鐵礦互層以環(huán)帶狀、膠狀嵌布，少量以細(xì)粒狀嵌布。硅鐵氧化物膠體的掃描電鏡X射線能譜分析結(jié)果列于表8，其X射線能譜見圖12。

表8 硅鐵氧化物膠體的X射線能譜分析結(jié)果Table8 X-ray energy spectrum analysis result of main elements in green kaolinite /%

圖11 綠高嶺石的X射線能譜圖Fig.11 X-ray energy spectrum of green kaolinite

圖12 硅鐵氧化物膠體的X射線能譜圖Fig.12 X-ray energy spectrum of ferrosilicon oxide colloid

3 礦石的礦物相對含量及鎳占比分布率分析

礦石的礦物組成及相對含量見表9。結(jié)合礦石含鎳礦物的相對含量及礦物中的鎳含量，對礦石中鎳元素進(jìn)行了平衡分配計(jì)算，其結(jié)果見表10，由表10可知，鎳主要以分散的形式存在于褐鐵礦、富錳褐鐵礦、硅鐵氧化物膠體、綠高嶺石、蛇紋石中，這部分鎳占礦石中總鎳的75.50%；礦石中只有24.50%的鎳以獨(dú)立礦物硅鎂鎳礦、錳鎳鈷礦和錳鎳礦的形式存在。

表9 礦石的礦物組成及相對含量Table 9 Mineral composition and relative content of ore /%

表10 鎳元素在礦石中的平衡分配計(jì)算結(jié)果Table 10 Calculated results of equilibrium distribution of nickel in ores /%

4 結(jié)論

蛇紋石型紅土鎳礦中鎳的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜，75.5%的鎳以分散形式存在于褐鐵礦、硅鐵氧化物膠體、綠高嶺石和蛇紋石中，以獨(dú)立礦物硅鎂鎳礦、錳鎳鈷礦和錳鎳礦形式存在的鎳僅占24.50%，其中硅鎂鎳礦中鎳占19.06%，而硅鎂鎳礦屬于硅酸鹽礦物，與礦石中其它硅酸鹽礦物沒有明顯的分選性，因此該類型的紅土鎳礦，較難通過選礦的方法對其中的鎳進(jìn)行富集，建議直接采用冶金的方法進(jìn)行回收。