摘 要

水菱镁矿（Hydromagnesite，Mg₅(CO₃)₄(OH)₂•4H₂O）是一种天然产出的、在世界范围内分布较为广泛的碳酸盐矿物，但具有工业开采价值的大型沉积型水菱镁矿矿床却非常稀少。水菱镁矿独特的热分解特性，使其在阻燃材料领域具有广阔的应用前景。但该矿产中含有的脉石矿物会对应用产生不利影响，因此对该矿物的提纯研究具有重要意义。

分别采用XRF、XRD对原矿成分和组成进行测试分析，利用光学显微镜结合电子探针对原矿进行矿物工艺学研究，综合研究结果表明，原矿除水菱镁矿外，主要脉石矿物为文石，水菱镁矿和文石嵌布粒度细，同时含有极少量的Al₂O₃、K₂O、SO₃、P₂O₅等，针对该水菱镁矿提纯试验确定适宜的降钙试验流程，通过选矿方法除去矿石的CaO成分以提高水菱镁矿的利用价值。

试验确定原矿适宜粗选条件为：磨矿介质采用搅拌磨，磨矿细度为-0.010 mm粒级含量80%，六偏磷酸钠用量100 g/t，油酸钠用量200 g/t。在此基础上对粗精矿进行再磨细度试验以及浮选开路试验，针对不同等级的水菱镁矿中CaO含量要求的不同，推荐两个浮选试验流程为：一是一次粗磨粗选后，进行一次精选，所得精矿CaO含量为1.04%，产率为在66%；二是一次粗磨粗选后四次精选，最终精矿CaO含量为0.69%，产率为30.76%。

关键词：水菱镁矿；浮选；降钙

Abstract

Hydromagnesite (Mg₅(CO₃)₄(OH)₂•4H₂O) is a naturally occurring, widely distributed carbon in the world. Salt minerals, but large-scale sedimentary hydromagnesite deposits with industrial mining value are rare. The unique thermal decomposition characteristics of hydromagnesite have broad application prospects in the field of flame retardant materials. However, the gangue minerals contained in this mineral have an adverse effect on the application, so it is of great significance to study the purification of this mineral.

XRF and XRD were used to test the composition and composition of the ore, and the mineralogy was studied using an optical microscope combined with an electron probe. The results of the comprehensive study showed that the main gangue mineral was aragonite besides the magnesite. The hydromagnesite and gangue are finely embedded and contain a very small amount of Al₂O₃, K₂O, SO₃, P₂O₅ and so on. Magnesite purification test, through the beneficiation method to remove the CaO component of ore to improve the use of hydromagnesite. The paper conducts flotation test of the ore to determine the appropriate calcium reduction test process.

The test determined that the raw ore suitable rough selection conditions were as follows: the grinding medium was agitated, the grinding fineness was -0.010 mm particle content 80%, the amount of hexametaphosphate was 100 g/t, and the amount of sodium oleate was 200 g/t. Based on this, the re-grinding test and flotation open-circuit test of crude concentrates are conducted. According to the different requirements of CaO content in different grades of hydromagnesite, two flotation test procedures are recommended as follows: First, rough coarse grinding After the election, a fine selection was performed. The concentration of CaO in the concentrate was 1.04% and the yield was 66%. The second was a four-fold selection after rough grinding and roughing. The final concentrate CaO content was 0.69% and the yield was 30.76%.

Key Words: hydromagnesite; flotation; calcium lowering

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1水菱镁矿的化学成分和结晶构造 1

1.1.2水菱镁矿的储量和分布 1

1.2国内外水菱镁矿研究现状 2

1.2.1 矿物学研究 2

1.2.2 热分解特性与热处理研究 2

1.2.3 国内外水菱镁矿资源开发利用进展 3

1.3研究目的和意义 4

1.4研究内容 4

1.5预期目标 5

第二章 试样的制备、主要设备、药剂及测试方法 6

2.1试验样品的制备 6

2.2试验用药剂、设备及CaO含量测试方法 6

2.2.1试验用主要仪器及设备 6

2.2.2 浮选药剂种类与用途 7

2.2.3 CaO含量及MgO含量测定方法 7

第三章 矿石的性质分析 8

3.1 矿石的化学成分 8

3.2 原矿XRD物相分析 8

3.3 矿石的矿物组成及特征 9

3.4矿石的能谱分析及Ca赋存状态研究 10

3.5矿石性质小结 12

第四章 浮选选矿试验研究 14

4.1 磨矿方式选择试验 14

4.1.1 瓷球磨磨矿校准试验 14

4.1.2 助磨剂磨矿校准试验 14

4.1.3 捣浆机磨矿试验 15

4.1.4 搅拌磨磨矿校准试验 17

4. 2 浮选抑制剂种类及用量试验 19

4.2.1 抑制剂种类试验 19

4.2.2 六偏磷酸钠用量试验 20

4.3 磨矿细度试验 21

4.4精选试验 24

4.4.1精选pH试验 24

4.4.2精选试验（一） 25

4.4.3精选试验（二） 26

4.4.4精选试验（三） 27

4.4.5精选试验（四） 28

4.4.6精选试验（五） 29

4.4.7精选试验（六） 30

4.4.8精选试验（七） 31

4.4.9精选试验（八） 32

4.5浮选试验研究小结 33

第五章 结论 35

参考文献 36

致谢 37

第一章 绪论

天然的水菱镁矿（Hydromagnesite）是一种呈不透明白色粘土状的集合体，质地洁白，硬度中等，通常其具有皮壳状构造，孔隙发育，是一种分布较为广泛、但确鲜为人知的镁盐矿物^[1-4]。

1.1研究背景

1.1.1水菱镁矿的化学成分和结晶构造

根据矿物晶体化学分类，水菱镁矿隶属于碳酸盐矿物，可更细划分为亚稳定碳酸盐矿物（mestabale carbonate minerals）或水合碳酸镁矿物（hydrated magnesium carbonate）^[5]。晶体化学式在历史上曾经出现过争议，有人认为其化学式为3MgCO₃•Mg(OH)₂•3H₂O，但目前普遍认为其化学式为Mg₅(CO₃)₄(OH)₂•4H₂O，该理论化学式中含MgO 42.92%、CO₂ 37.77%、H₂O 19.31%^[6-7]。

水菱镁矿为白色、土状光泽的块状聚集体，具有皮壳和孔隙结构，用手捻摸矿石表面，会有非常细小的晶粒粘附在手指上，肉眼上无法辨认其单体，具有典型的隐晶集合体形态特征^[8]。

1.1.2水菱镁矿的储量和分布

上世纪初，水菱镁矿在美国被首次发现。1915年，Young^[9]发现在哥伦比亚省（British Columbia）的大型水菱镁矿矿产。

在土耳其^[10]，该国地质工作者于20世纪70代在该国的安塔利亚（Antalya）地区的西北部，首次发现了大型水菱镁矿矿床。90年代，又在图兹湖（Tuz Golu）地区发现了大型沉积矿床，不仅有单体水菱镁矿，还有水菱镁矿-斜方云石共生矿^[11]。也有报道指出，蕴藏于该国Camet Basin的资源为共生矿，资源总量超过一万吨，而在代尼兹利（Denizli）的地区的水菱镁矿与斜方云石的共生矿，总量达到数百万吨。

在希腊^[12-13]，1970年，该国曾在科扎尼（Kozani）北部地区发现了水菱镁矿及水菱镁矿共生矿产资源。在该地区的水菱镁矿、菱镁矿、斜方云石、白云石资源总量超过一百万吨。 而且在该地区东南部也发现了大型水菱镁矿矿床。

此外，在捷克、意大利、法国、西班牙、英国、奥地利和、伊朗等地区也均发现了水菱镁矿矿床^[14]。

在国内，郑绵平^[1]、严润娥^[3]等人分别于1958年、1985年在我国的西藏班戈湖地区及山西大同盆地东大沟地区发现并确定了以沉积物型形式存在的水菱镁矿，经过研究发现，该地区的水菱镁矿储量较大，分布广，并且往往直接出露于地表，适合直接露天开采利用。 王秀璋^[4]等人于1965年在我国某地区的硼镁石蛇纹岩孔洞中发现了由镁质岩石热液蚀变成的水菱镁矿。已知位于我国西藏班戈湖地区的水菱镁矿矿床类型较为特殊，其水菱镁矿属于湖相化学沉积成因^[4]。

1.2国内外水菱镁矿研究现状

1.2.1 矿物学研究

众所周知，矿物学做为一门以矿物为研究对象的基础学科，内容涉及矿物的化学成分，晶体结构，形态，性质，时间、空间上的分布规律，形成、演化的历史和用途等。水菱镁矿未来的资源开发应用必然以其为最重要的基础。

郑绵平等人于20世纪50年代后期在青藏高原的班戈湖-色林错湖区发现了储量丰富的水菱镁矿资源后，除了对其产状成因做了详细探讨外，还对其矿物外部形态、化学成分、性质、晶体发育特征等矿物学特征进行了一定研究^[1]。

2017年5月，田海山^[8]等人对西藏地区的天然水菱镁矿的形态、结晶习性、矿石化学成分及矿物组成、主要矿物共生关系及典型特征进行详细的分析，结果表明，该水菱镁矿的结晶颗粒非常细小，以泥晶体-微泥晶为主，偏光镜下观察到的粒径常成斑状、透镜状致密集合体，并且在孔隙边缘，常见文石分布。泥晶体聚集形式实际为菱镁矿发育成片状结构的丛生聚集体，菱镁矿的单体呈单斜板片状。该地区的水菱镁矿主要是由水菱镁矿、文石、白云石等碳酸盐矿物组成，硅酸盐矿物及氧化物矿物等共伴生矿物含量很少，主要的共生矿物类型为水菱镁矿-文石-白云石共生体，属浸染状共生关系。

1.2.2 热分解特性与热处理研究

对于外国学者来说，比起矿物学研究，天然水菱镁矿独特的热分解特性很早就引起了他们的兴趣。

早在19纪50代，美国人Beck^[15]在研究一系列加利福尼亚碳酸盐矿物的热分解特性的同时，提到了天然水菱镁矿。他认为天然水菱镁矿的化学分子式应为 Mg₄(CO₃)₃₍OH)₂•3H₂O，同时他指出水菱镁矿的分解过程为吸热反应，并在此过程中释放水分和二氧化碳，并通过 DTA 阐述了这一观点。

此后，1976年Todor^[15]发表了试图表征其分解机理的文章。并指出在210～395℃之间，水菱镁矿的晶体中将会有4个水分子被释放出来。其化学反应方程式为：

Mg₅(CO₃)₃(OH)₂•4H₂O→Mg₅(CO₃)₃(OH)₂ 4H₂O

在395～460℃之间将会立即再脱去4个水分子，同时原晶体结构遭到破坏并释放出二氧化碳分子。在 460～515℃之间，第五个水分子将会被释放，同时晶体结构中的羟基被破坏，进而释放出CO2，这段时期发生的化学反应为：

Mg₅(CO₃)₃(OH)₂→2Mg CO₃ 3MgO 2CO₂ H₂O

最终在 515～640℃的范围内碳酸镁将会发生分解，释放出 CO2，其所发生的过程为

2Mg CO₃→2MgO 2CO₂

但是Todor早年的研究结果与水菱镁矿的实际晶体结构并不相符。

在19世纪70年代里，Sawada^[16]也发表了数篇关于水菱镁矿分解过程的非常详细的研究。他的研究表明，不同压力及气体环境下，水菱镁矿的具有不同的热分解机理。此后，

Padeste的研究也表明了，水菱镁矿的分解机理与其所在环境氛围相关。在不含二氧化碳的环境中，水菱镁矿的热分解过程只发生两步。然而，在具有二氧化碳的环境中水菱镁矿的分解过程为三步。

1.2.3 国内外水菱镁矿资源开发利用进展

在加拿大，上世纪初，Young^[9]于 1915 年首先对发现于哥伦比亚省（British Columbia，简称 BC）的大型水菱镁矿矿产做了报导，称其为白色软质矿物，具有质地纯净、色泽洁白、杂质含量低等特点。此外，他在安大略省（Ontario）也发现了类似矿物，同样对其做了详细介绍。上世纪末期，Renaut R. W.^[17]也对 BC 省的加列步（Cariboo）高原盐湖中的水菱镁矿做了进一步调查研究。不过，迄今为止，加拿大对于水菱镁矿目前均无开发、加工和应用方面的报道。

在日本，水菱镁矿的绝大部分专利均与阻燃领域相关，少部分应用于造纸行业和纺织行业。整体上看,该国对于水菱镁矿的应用研究主要集中在上世纪九十年代，近几年相关应用开发较少。

欧洲专利局的检索结果（包括欧盟国家、美国、韩国等国家的专利）同样表明，水菱镁矿主要被作为一种阻燃填料进行开发利用，特别是在水菱镁矿资源较为丰富的西欧国家。在韩国，一些学者根据水菱镁矿的耐氯性，将作为一种耐氯剂添加到纺织品当中进行使用，同样也有少部分关于阻燃方面的应用专利。

因此，从世界范围内来看，目前国际上对于水菱镁矿的开发主要是围绕其独特的热分解特性、耐氯性等矿物属性进行开发利用，应用过程中主要作为填料进行使用。

在国内，20世纪 50 年代后期，郑绵平^[1]等在西藏北部班戈湖等地区首次在国内发现了该种矿物。但是，我国目前对于这种蕴藏丰富的独特矿产资源，相关的理论及应用研究并不多。在矿物学研究方面，郑棉平等人在20世纪80年代后期，对其矿物外观形态、化学成分、性质、晶体发育特征等矿物学特征进行了一定研究。2017年5月，田海山^[8]等人对西藏地区的天然水菱镁矿进行了较详细的矿物学研究、热分解特性与热处理研究、粉体表面改性与水菱镁矿/EVA 阻燃复合材料等研究。除此之外，尚未见到其他研究和应用的报道。

1.3研究目的和意义

天然水菱镁矿凭借其独特的热分解特性，在无机阻燃领域具有广阔的应用前景。其中水菱镁矿中的主要杂质Ca元素的存在，会对水菱镁矿的应用产生不利影响，因此对该矿物的提纯研究具有重要意义。Ca元素主要赋存在文石中，故除去文石是降低Ca元素含量的关键。

水菱镁矿矿石中的主要碳酸盐矿物文石与水菱镁矿的共生关系非常密切，文石作为矿石中的主要杂质矿物多呈浸染状出现在某些水菱镁矿集合体中，因此，在选矿加工过程中采用常规破碎、磨矿作业，将矿石中水菱镁矿与其他碳酸盐矿物充分解离难度较高，同时由于两种矿物的理化特性相似，若采用物理选矿方法去除文石难度可能也较大。故用浮选法降钙成为水菱镁矿除杂的主要途径。O. Kangal^[18]等利用油酸盐作为捕收剂对低品位的水菱镁矿进行浮选提纯，以获得95%纯度以上的水菱镁矿精矿，其阻燃效果更优。

研究的目的是降低水菱镁矿中钙的含量，确定最佳的浮选条件，以获得纯度更高的水菱镁矿，从而实现水菱镁矿高价值的分级利用。

1.4研究内容

试验所用的原料为西藏水菱镁矿，根据该矿样的化学成分及矿物组成特点，对水菱镁矿矿进行一系列选矿试验研究，确定最佳的水菱镁矿选矿试验方案。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：