金建文

(礦冶科技集團有限公司 礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628)

鎳是一種重要的有色金屬，廣泛應用于不銹鋼、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。本文通過光學顯微鏡、掃描電鏡及礦物自動分析儀等儀器手段，結合化學分析、化學物相分析，對某蛇紋石型紅土鎳礦中鎳的賦存特征進行了詳細的研究[3-14]。

1 化學分析

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。礦石的主要化學成分和鎳在各礦物中的主要化學物相分析結果分別見表1和表2。

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

表2 礦石中鎳的化學物相分析結果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

通過光學顯微鏡、掃描電鏡及礦物自動分析儀(AMICS)等儀器手段，進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)則細粒狀嵌布于褐鐵礦中(圖5)，也有部分錳鎳鈷礦呈脈狀、細脈狀嵌布。錳鎳礦多呈微細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礦物緊密嵌布。褐鐵礦的X射線能譜分析結果列于表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化過程中形成的，產(chǎn)生于氧化硅及氧化鐵同時凝結或是從成分復雜的化合物溶液中凝結析出。硅鐵氧化物膠體常與褐鐵礦互層以環(huán)帶狀、膠狀嵌布，少量以細粒狀嵌布。硅鐵氧化物膠體的掃描電鏡X射線能譜分析結果列于表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，對礦石中鎳元素進行了平衡分配計算，其結果見表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算結果Table 10 Calculated results of equilibrium distribution of nickel in ores /%

4 結論

蛇紋石型紅土鎳礦中鎳的賦存狀態(tài)較為復雜，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行富集，建議直接采用冶金的方法進行回收。