石煤钒矿工艺矿物学Word格式文档下载.docx
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0.988
1.990
0.013
注：
*表中未列入的元素，如Co、Ge、Cd、Sb、Sn等，含量低于本法测定的灵敏度范围，未能检出。
表2-2矿石的化学成分（%）
组分
V2O5
TFe
FeO
Fe2O3
Pb
Cr2O3
0.65
1.49
1.06
0.96
0.031
--
0.21
0.064
BaO
TiO2
MnO
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
K2O
2.22
0.19
0.054
67.34
0.27
7.36
1.09
1.03
Na2O
As
C
游离C
有机C
Ig
0.061
0.032
1.48
0.7
8.25
6.53
0.07
10.78
表2-3钒的价态分析结果（%）
钒价态
三价钒中V2O5
四价钒中V2O5
五价钒中V2O5
合计
0.17
0.48
痕量
分布率
26.15
73.85
100.00
表2-4钒的化学物相分析结果（%）
钒相
云母中V2O5
碳质物中
铁铝氧化物中V2O5
难溶硅酸盐中V2O5
0.14
0.47
0.01
0.03
21.54
72.31
1.54
4.61
表2-5碳的化学物相分析结果（%）
碳相
碳酸盐
中C
游离碳
有机碳
1.65
6.53
0.07
20.00
79.15
0.85
由表2-1~2-5可以看出：
（1）矿石中可供选冶回收的主要组分V2O5含量仅为0.65%，铜、铅、锌等其他有价金属元素含量都很低，综合回收的意义不大。
（2）钒的价态以四价为主，其次是三价，而五价钒为痕量。
钒主要分布在碳质物中，分布率占72.31％；
其次是分布在云母中，占21.54%。
与价态相关联，碳质物中钒的分布比例与四价钒相当。
（3）矿石中主要成分为SiO2，其次是C、CaO、Al2O3和K2O等，并有较高的烧失量（Ig）。
（4）碳主要以游离碳形式存在，分布率占79.15％，这类碳即为镜下所见的大量碳质物。
其次是以碳酸盐形式存在，分布率为20％。
综合化学成分特点，可以认为区内矿石属单一的含钒碳质页岩或板岩。
2.2.2矿物组成及含量
样品为破碎颗粒样，质地较为坚硬，未见明显风化现象。
颗粒呈黑色，但污手现象不严重，这可能与矿床产生的地质变质作用有关。
镜下可见部分颗粒中矿物平行定向分布特点较为明显，在部分颗粒中为无定向混杂分布。
经镜下鉴定、X射线衍射分析和扫描电镜分析综合研究表明，矿样中主要矿物为石英、方解石、伊利云母和碳质物，其次有高岭石、蒙脱石、磷灰石、重晶石、钡解石、长石、榍石等。
金属硫化物主要为黄铁矿，其次为闪锌矿。
金属氧化物含量很少，见有褐铁矿和金红石（或锐钛矿）。
矿石的X射线衍射矿物相分析见图2-2，图谱中反映了矿石中含量较高，结晶较好的矿物相；
由于碳质物为非晶质物或结晶程度差，在图谱中未能出现峰值。
图2-2原矿的X射线衍射矿物相分析图谱
经综合鉴定，结合化学成分分析，将矿石中主要矿物的重量含量列于表2-6。
表2-6矿石中主要矿物的含量（%）
矿物
石英
玉髓
方解石
碳质物
伊利云母
蒙脱石
高岭石
长石
含量
55.5
12.5
7.2
6.5
0.5
黄铁矿
闪锌矿
褐铁矿
磷灰石
胶磷矿
重晶石
钡解石
其它
2.8
0.4
3.0
1.0
2.2.3主要矿物的产出形式
石英为样品中含量最多的矿物。
矿物晶粒十分细小，一般在0.04mm以下，部分为玉髓质微晶。
大部分以较密集的集合体形式出现，集合体嵌布粒度多在0.1～1.0mm之间，粗大的集合体大小可达2mm以上，但其中多少会有泥碳质物夹杂和污染。
粗粒的石英常与方解石嵌布出现，较细粒的石英除构成集合体外，部分与伊利云母一同分散分布在以泥炭质物中。
少量石英后期呈细脉状产出。
（照片1～4）
方解石矿物结晶较好，粒度明显较石英粗，一般在0.03～1.0mm之间。
有时呈脉状，具后期结晶形成特点。
粗粒方解石以较粗大的集合体或脉状产出，细粒者多与石英紧密镶嵌（照片2、3、5、6）。
碳质物结晶较差，为相当于非晶质可燃煤的碳质混合物，由于其比重轻，体积含量较大。
较粗粒的集合体粒度一般在0.02～0.3mm之间，少量细粒者为0.01mm以下甚微极微粒。
根据碳质物的产出特点和集中分散情况可分为有两种主要形式，一是较集中地与泥质物和绢云母及少量微粒黄铁矿紧密嵌布，其中夹杂微粒石英，矿物间多有沿页理面的平行分布，少量为单体状态，这类形式约占碳质物总量的75%左右（照片7~10）；
二是分散在石英，方解石等含量较多的矿物间隙中，约占碳质物总量的25%左右（照片1、2、4）。
碳质物在矿石中有较明显的不均匀分布，在含云母和泥质物的矿粒中有较集中的分布（照片11、12）。
扫描电镜分析表明，碳质物中虽有含有钒，但钒的分布很不均匀，有些碳质物含钒较高，但部分碳质物含钒很少（图2-3、2-4）。
含钒碳质物的能谱成分图见图2-5。
能谱微区成分定量测定显示，碳质物中的钒含量变化较大，一般在0.8~9.5%之间。
背散射电子像V面扫描
C面扫描K面扫描
Si面扫描Al面扫描
Fe面扫描S面扫描
图2-3含钒较高的碳质物与泥质物、石英、微粒黄铁矿混杂分布（SEM）
C~碳质物，黑色，C密集，含V；
N~泥质物，含K、Si、Al，不均匀含V；
Si密集颗粒~石英；
含Fe、S微粒~黄铁矿
C面扫描Ca面扫描
K面扫描Si面扫描
图2-4含钒较低的碳质物嵌布在方解石基底中（SEM）
C~碳质物，C密集，含少量V；
Ca~方解石，Ca密集，含C；
Py~黄铁矿，含Fe、S；
N~泥质物，含K、Si
图2-5含钒碳质物的X射线能谱成分图
伊利云母为向伊利石过渡的水白云母种类。
呈微细鳞片状~显微粒状，晶粒微细，以微晶质~隐晶质晶粒出现，粒度一般在0.01mm以下。
这些微细的云母类矿物多与泥炭质物和微粒石英混杂嵌布，而在粗粒石英和方解石集合体中很少出现。
由于矿石中碳质物含量高，微细粒矿物多污染呈黑色，偏光镜下只有稍粗颗粒的云母光学特征较为明显（照片13、14）。
扫描电镜分析表明，钒与伊利云母有较明显的同步分布，即面扫描图像中钒分布在以含钾、铝为特征细小片状矿物—－伊利云母中（图2-6、2-7）。
能谱微区成分测定表明云母中钒的含量差别较大，少量云母中V2O5含量颗高达10％，而含钒低者在1％以下，一般在1.0~8.5%之间，含钒云母的能谱成分图见图2-8。
Al面扫描Fe面扫描
图2-6含钒伊利云母分布在泥碳质物基底中（SEM）
S~云母，片状，含K、Si、V；
N~泥碳质物，含K、Si、Al，不均匀含V；
Q~石英，Si密集；
含Fe微粒~黄铁矿
Al面扫描S面扫描
图2-7鳞片状含钒云母与泥碳质物、石英、黄铁矿混杂沿页理面平行分布（SEM）
Q~石英，粒状，Si密集；
含Si、Al微粒~泥质物；
含S微粒~黄铁矿
图2-8钒伊利云母的X射线能谱成分图
泥质物为粘土矿物蒙脱石、高岭石、云母等微细硅酸盐矿物及部分微细粒石英的混合体，其中多有碳质污染。
其矿物粒度十分微细，因碳质物污染界限不清，呈泥质混合体出现。
这些泥炭质物主要多与微粒石英混杂出现，在方解石富集部位出现较少（图2-6、2-7）。
能谱微区测定，泥质物中常含有不等量的钒，其能谱成分特点见图2-9。
这种含钒量的差别与其中混杂的碳质物和云母等矿物的含量有关。
图2-9含钒泥质物的X射线能谱成分图
黄铁矿主要硫化物，在矿石种广泛分布。
形态多为半自形粒状，部分为圆化粒状。
粒度十分细小，一般在0.02mm以下，大部分小于0.01mm，主要以稀疏浸染状产出。
在石英、泥质物、碳质物、方解石等不同矿物间隙中均有嵌布，但在方解石间隙中嵌布相对较少（照片7、8、10、15、16，图2-3、2-4、2-6、2-7）。
闪锌矿含量很少、星散分布。
细粒状～不规则粒状，粒度较黄铁矿略粗且较均匀，一般在0.01～0.03mm之间。
主要嵌布在以石英为主的基底中，少量与黄铁矿镶嵌出现（照片15、17，图2-10）。
背散射电子像Zn面扫描
S面扫描Si面扫描
P面扫描Ca面扫描
图2-10细粒状闪锌矿、磷灰石嵌布在石英基底中（SEM）
SP~闪锌矿，粒状，Zn、S密集；
P~磷灰石，粒状，P、Ca密集；
Q~石英，基底物，Si密集
磷灰石分布不均匀，在部分矿粒中集中出现，多分布在以石英为主的基底中。
矿物成分以CaO和P2O5为主，形态为粒状、柱粒状，晶粒细小，一般在0.02～0.05mm之间（照片18，图2-10）。
重晶石BaSO4、钡解石CaBa（CO3）2分别为钡的硫酸盐和碳酸盐，分布不均匀，在部分颗粒中集中出现。
呈柱粒状集合体，嵌布粒度一般在0.03~0.2mm之间，多与方解石镶嵌出现（图2-11、2-12）。
背散射电子像Ba面扫描
S面扫描Ca面扫描
Si面扫描O面扫描
图2-11重晶石集合体与方解石紧密镶嵌（SEM）
B~重晶石集合体，含Ba、S、O；
Ca~方解石，含Ca、O
背散射电子像：
Ba钡解石，Ca~方解石
钡解石的X能谱成分图
图2-12钡解石的背散射电子像和成分特点
综合主要矿物的产出形式来看，矿石的主要含钒矿物中绢云母为微细粒，而碳质物虽有部分较粗粒的集合体，但大部分是以微细粒形式与泥质物及绢云母混杂产出，由于粒度总体微细，使这些含钒矿物充分单体解离是难以实现的。
对选矿有利的现象是伊利云母多与泥碳质物混杂出现，形成含钒较高的集合体，而石英、方解石为主的颗粒中含钒较低，以泥碳质物和云母的混合颗粒为选别对象，有可能使钒得到富集和大部分回收。
2.2.4钒的赋存状态及对选矿富集的影响
综合矿物鉴定和化学物相分析结果，可以认为矿石中的钒主要分布在碳质物和伊利云母中。
样品中未发现独立的钒矿物，钒是以类质同象混入物或离子吸附形式存在于载体矿物中。
扫描电镜面分析和能谱微区成分分析可以证实钒在云母和碳质物中的富集，但钒含量有明显的不均匀变化，特别是个别云母中V2O5含量可达10%。
对主要矿物钒含量的能谱微区测定结果见表2-7。
由表可见，不同矿物中以碳质物中钒含量最高，其次是云母和泥质物，而在石英、方解石、磷灰石、重晶石和黄铁矿中钒的含量甚微。
需要说明的是，由于矿石中碳质物常呈污染物状，常附着嵌布在其他矿物，特别是微粒矿物表面及间隙中，测定中难以准确区分，因此表2-7给出的是矿物的相对定性的钒含量。
其中泥质物实际上是难于区分的极微云母、石英、粘土质硅酸盐和碳质物的混合物。
但通过表2-7，可以看出钒在主要矿物中的富集趋势，即在碳质物、含碳泥质物和云母中含量明显较高。
根据上述钒的赋存状态查定，对该矿中钒的选矿富集的目的矿物是碳质物、伊利云母和含碳泥质物。
但这些矿物的共同特点是粒度十分细小，在磨矿中不可能充分解离，因此对钒的选矿回收实际对象是含钒较高的含泥碳质物和云母较多的集合体。
只有当碳质物和云母较大量的呈集合体形式产出，选矿回收钒才能获得较好的结果。
根据矿物产出形式观察，该矿石中泥碳质物和伊利云母有较紧密的交生关系，有相对集中的共生嵌布，形成含钒较高的矿物集合体，即含钒矿物较多产出形式的是相对集中形成集合体（照片11、12，图2-3、2-6、2-7）。
石英、方解石等含量较多的矿物也是较多的集中产出，集合体中很少含云母，碳质物含量也相对较低。
由于碳质物和云母均具有较好的可浮性，可以判断在不过分细磨的情况下选别碳质物，其集合体中嵌布的云母可以随之富集到精矿中，有可能将钒大部分收入精矿。
总体上看，矿石中含钒矿物大部分相对集中形成集合体，有利于选矿回收。
表2-7主要矿物含钒量的能谱微区成分测定（%）
V2O5
平均
2.21
4.650
泥质物
3.62
2.455
9.12
2.13
3.23
2.32
3.11
1.88
2.72
2.67
7.51
2.11
云母
2.26
4.744
石英
0.08
0.040
10.21
0.04
6.42
3.95
0.05
0.025
0.88
0.055
0.060
0.09
0.06
0.085
0.11
2.2.5小结
（1）区内矿石属单一的含钒碳质页岩或轻变质板岩。
除钒以外，其他有价金属的综合利用价值不大。
（2）矿石中主要矿物为石英、方解石、伊利云母和碳质物，其次是高岭石、蒙脱石、重晶石、钡解石、磷灰石等。
金属矿物硫化物主要为黄铁矿，其次为闪锌矿。
金属氧化物含量很少，见有褐铁矿和锐钛矿。
各类矿物粒度均较为细小，除部分方解石粒度较粗外，其余基本都在0.3mm以下。
（3）矿样中的钒换算为V2O5含量为0.65%，价态以四价钒为主，其次有三价钒，而五价钒为痕量。
钒主要分布在碳质物和云母中，其分布率分别占73.85%和26.15%。
（4）矿石中未发现钒的独立矿物，钒的主要载体矿物为碳质物（包括含碳泥质物）和伊利云母，钒是以离子吸附形式和类质同象存在于这些矿物中。
经扫描电镜和能谱微区成分分析，钒主要与碳质物和云母同步出现。
（5）矿石中的碳约80%是以游离碳为主的碳质物形式存在，其余基本为碳酸盐形式。
碳质物粒度相差悬殊，总体较为细小，细粒者为0.01mm以下的微粒，集合体粒度一般在0.02～0.3mm之间。
嵌布关系上主要与泥质物、绢云母交生，有较集中的分布。
（6）伊利云母呈微细鳞片状~显微粒状，粒度一般在0.01mm以下。
其中V2O5含量变化较大，一般在1.0~8.5%之间，个别大于10％。
矿物多与碳质物、泥质物和微粒石英紧密镶嵌，而在石英、方解石密集的集合体中很少分布，有利于随泥碳质集合体一起回收。
（7）该矿石地质上可能经过变质作用，页理构造仅在泥炭质物和云母为主的颗粒中可见，碳质物以一定粒度的不同形态为主，污手性不明显；
含钒矿物（碳质物、云母、泥质物）有所集中分布，多分布在泥质物较多的矿粒中构成含钒较高的集合体，有利于选矿回收。
（8）综合钒的赋存状态和矿石的工艺矿物学特点分析认为，虽然含钒矿物粒度微细，但多以相对富集的集合体方式产出，通过适当磨矿选别，有可能大部分回收。
照片
照片1密集微粒石英（Q）集合体中穿插后期石英脉
C（黑色）～碳质污染物正交偏光
照片2石英（Q）集合体中穿插方解石（Ca）细脉，黑色～碳质污染物
正交偏光
照片3石英（Q）与较粗粒方解石（Ca）紧密嵌布
照片4微细粒石英（Q）分布在泥炭质物（黑色）中
照片5较粗粒的方解石（Ca）呈脉状产出
照片6方解石（Ca）集合体与细粒石英（Q）镶嵌分布，细粒石英
中多有碳质污染正交偏光
照片7泥炭质物（C）集合体颗粒，其中分布微粒黄铁矿（Py，黄色）
反光
照片8炭质物（C）、泥质物（暗色）与黄铁矿（黄色微粒）沿
页理面平行分布反光
照片9碳质物（C，黑色）与泥质物混杂嵌布，白色为石英及方解石
单偏光
照片10右侧：
较粗粒的碳质物（C1）；
左侧：
泥炭质物（C2）集合体
Py～黄铁矿反光
照片11碳质物（C，棕黄色）在含云母的泥质物中较集中分布，在其余
脉石（G）颗粒中分布较少反光
照片12碳质物（C）在少部分颗粒中集中分布，在其余脉石（G）
颗粒中很少反光
照片13细小片状云母（S）分布在含微粒石英（Q）的泥碳质物（黑色）中
照片14细小片状云母（S）分布在的泥碳质物（黑色）中
照片15半自形粒状黄铁矿（Py）与闪锌矿（Sp）嵌布在以石英
为主的基底（灰色基底）中反光
照片16微细粒黄铁矿（Py）浸染分布在以石英为主的基底（灰色）中
照片17细粒闪锌矿（Sp）嵌布在以石英为主的基底（灰色）中
照片18磷灰石（P）嵌布在石英（Q）及泥碳质物（C）基底中
3原矿相关参数的测定
3.1原矿物理参数
原矿物理参数测定结果：
硬度为83.1MPa，真密度为2.5335g/cm3，松散密度为1.31g/cm3，安息角为40°
，水分为1%，内摩擦角为24°
。
3.2Bond功指数的测定
3.2.1功指数测定原理
标准Bond试验，功指数（Wib）是使用球磨机进行干式闭路磨矿，磨矿到循环负荷达到250%时获得的。
其计算公式如下：
（3.1）
式中：
Wib——球磨机功指数（kW·
h/t）；
P1——试验筛孔尺寸（μm）；
Gbp——球磨机每一转新生成的试验筛孔以下粒级物料的重量（g）；
P80——产品中80%物料通过的粒度尺寸（μm）；
F80——给矿中80%物料通过的粒度尺寸（μm）；
由标准Bond实验计算公式可以通过一系列的磨矿试验和粒度筛析计算出待测矿石的功指数，但是试验工作量比较大。
另一种简单的功指数计算方法是根据磨矿功耗与功指数的关系，磨机的功耗W：
（3.2）
如果相同的功指数球磨机，转动相同的转数，消耗的能量相同，即
（3.3）
这种功指数的计算方法是以标准矿石为基础，通过待测矿石的一次磨矿试验，即可方便地计算出待测矿石的功指数Wib2。
3.2.2Bond球磨功指数与其他物理参数的关系
（1）Bond球磨功指数与Hardgrove可磨度指数的关系
F.C.Bond提出，在一定Hardgrove可磨度H下，相当的Bond球磨功指数Wib（kW·
h/t）为：
（2）Bond球磨功指数与超声浸蚀速率常数的关系
印度的K.L.Narayana等人于1975年提出了Bond球磨功指数Wib与超声浸蚀速率常数E之间的关系：
式中K-常数（mg/min）；
X-常数；
当E<
0.77时，K=9.0，X=0.44；
当E>
0.77时，K=13.5，X=1.96。
（3）Bond球磨功指数与7种力学性质的关系
Yashima等人通过对30种脆性物料的试验研究，于1970年提出了Bond球磨功指数Wib（kW·
h/t）与密度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、脆性指数等7种力学性质的以下关系式：
式中
S——抗拉强度（kg/cm2）；
ρ——密度（kg/cm3）；
Y1——弹性模量（kg/cm2）；
S——原文未说明；
Br——脆性指数；
ν1——泊松比；
Rc——圆柱样品碎裂产品的比表面积率；
Rt——球形样品在低速压缩下碎裂产品的比表面积率。
上式适用于莫氏硬度为2.0~6.5的脆性物料。
虽然这一方法也可以用于推测Bond球磨功指数，但是这些力学性质的测定亦很繁琐。
根据本关系的推断结果与实测值，7种物料样品的相对误差为-3.76%~14.89%，平均为7.27%。
3.2.3矿石的功指数测定
1、实验准备
原矿已破碎至粒度为-2mm，混合均匀后缩分取300g样品，用不同筛孔尺寸的套筛进行湿式筛分，得到功指数测定的给矿粒度分布，结果列于表3-1和图3-1。
表3-1破碎产品粒度组成
粒级/mm
产率/%
筛下累积/%
-2.000+1.400
8.68
-1.400+0.850
25.43
91.32
-0.850+0.600
21.46
65.88
-0.600+0.425
8.55
44.42
-0.425+0.250
35.87
-0.250+0.150
7.52
25.09
-0.150+0.106
4.51
17.57
-0.106+0.074
2.05
13.06
-0.074+0.057
2.43
11.01
-0.057
8.58
图3-1破碎产品粒度分布
从表3-1用插值法可计算出功指数测定时给矿粒F80=1.1295mm=1129.5μm。
2、实验设备
（1）工作原理
与一般球磨机相同，将一定粒度和重量的物料放入球磨机内，球磨机内装入一定尺寸、一定数量和重量的钢球，在特定转数下进行干法磨矿，将产品筛分、称重，反复进行多次，在经计算得出磨矿功指数（kW·
h/t）。
（1）主要技术参数
表3-2主要技术参数
序号
项目
参数
单位
备注
1
筒体内径×
内长
φ305×
305
mm
2
筒体转数
70±
0.5
r/min
3
电动机功率
0.75
kW
4
内装钢球重量
20.568
kg
5
内装钢球数量
直径
数量
个
钢球规格总数和总量不能变，各种钢球的个数可适当调整
φ38
25
φ32
39
φ25
60
φ22
68
φ19
93
6
给矿物料粒度
0~2
7
升级会员 