薊縣錳方硼石礦工藝礦物學(xué)研究

王守敬，卞孝東，馬 馳

（中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南鄭州450006）

天津薊縣錳方硼石礦床是世界上獨(dú)有的錳方硼石礦床［1－2］。錳方硼石是一種特殊而重要的礦物，據(jù)前人初步研究得知：錳方硼石在剝離纖維生產(chǎn)工藝中可用來代替鈉金。該礦物的礦渣除可作為促進(jìn)植物生長的激素外，還可以涂在電子終端設(shè)備的熒光屏上，可使減速的內(nèi)容暫時(shí)留在上面，而用后稍微加熱即可消失。在電視機(jī)顯象管內(nèi)利用它，可增強(qiáng)其壽命。在工業(yè)上還有其廣泛的用途。另外，它可能在國防工業(yè)有其廣泛用途，但詳情尚不知［1］。目前由天津地調(diào)院、中國地質(zhì)大學(xué) （北京）、北京科技大學(xué)、中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所等單位共同承擔(dān)的 “天津薊縣錳方硼石利用研究”項(xiàng)目，正在通過多方面研究，揭示其新性能、新用途。本次研究主要通過工藝礦物學(xué)研究指導(dǎo)該礦選礦試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為錳方硼石利用研究提供基礎(chǔ)資料。

1 礦床地質(zhì)概況

天津薊縣硼礦床是世界上唯一的沉積環(huán)境特殊的錳方硼石型硼礦床。礦床呈層狀產(chǎn)于震旦系碳酸巖泥灰質(zhì)巖系中，礦石呈鮞粒狀或球粒狀集合體，是成因條件極其特殊的礦床類型。含礦巖系為中元古界高于莊組沉積巖系，含礦巖性由下而上依次為：含錳白云巖、頁巖互層→含錳白云巖、泥硅質(zhì)巖，夾錳方硼石礦層→含錳頁巖、白云巖→厚層白云巖→薄層白云巖→厚層白云巖，錳方硼石礦體在礦層中呈斷續(xù)相連的團(tuán)塊狀或透鏡狀分布。錳方硼石礦體呈透鏡狀斷續(xù)成層分布，東西延長達(dá)30km。東部礦段以錳方硼石為主，向西部漸變?yōu)榱忮i礦［2］。

2 礦石基本性質(zhì)

天津薊縣硼礦床礦石有塊狀和斑點(diǎn)狀。塊狀礦石全部由鮞狀錳方硼石集合體組成。斑點(diǎn)狀礦石中，錳方硼石集中呈鮞狀集合體分布于泥質(zhì)白云巖中。硼礦物成分簡單，只有錳方硼石一種礦物。

本次研究采取分別采取了1個(gè)塊狀礦石樣品（編號(hào)Ch1）和2個(gè)斑點(diǎn)狀樣品（編號(hào)為Ch2和Ch3）進(jìn)行詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究。

2.1 礦石化學(xué)組成

本次研究對(duì)3個(gè)樣品分別進(jìn)行了化學(xué)分析，分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)分析結(jié)果／%

從原礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果可知，原礦中硼和錳含量較高，是主回收元素。其他元素含量較低，綜合利用價(jià)值不大。

2.2 礦石主要礦物組成

為了確定礦石中主要礦物組成，本次研究進(jìn)行的X衍射分析，分析結(jié)果見圖1。

圖1 原礦樣品X衍射分析圖譜

分析結(jié)果顯示，礦石中主要組成礦物為錳方硼石、石英、白云石、綠泥石、鉀長石和伊利石等。

本次研究在X衍射分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行薄片和人工重砂定量。定量結(jié)果見表2。

表2 礦石中主要礦物的相對(duì)含量／%

從分析結(jié)果可以看出，礦石中錳方硼石含量很高，是主要有用礦物。脈石礦物以白云石和石英為主，其他礦物含量較低。

3 主要礦物嵌布特征

3.1 錳方硼石嵌布特征

錳方硼石是礦石中的工業(yè)礦物。其在三個(gè)樣品中的含量分別為：Ch1，82.1%；Ch2，51.1%；Ch3，54.3%。

薄片鑒定顯示，礦石中錳方硼石主要呈自形、半自形粒狀，單個(gè)礦物顆粒粒度一般為0.01～0.1mm（圖2）。絕大部分錳方硼石都呈集合體產(chǎn)出，集合體按形態(tài)可分為塊狀集合體（圖3）、網(wǎng)眼狀集合體（圖4）和鮞狀集合體（圖5）。這3種集合體具有漸變關(guān)系。當(dāng)?shù)V石中錳方硼石鮞粒較少時(shí)，稱之為鮞狀集合體；當(dāng)錳方硼石鮞粒含量逐步升高，鮞粒呈網(wǎng)眼狀稠密分布時(shí)，稱之為網(wǎng)眼狀集合體；當(dāng)錳方硼石含量再升高，錳方硼石鮞粒緊密接觸時(shí)，稱之為塊狀集合體。

鮞狀錳方硼石集合體粒度最細(xì)，其粒度一般為0.3～1mm（圖5），網(wǎng)狀礦石和塊狀礦石中錳方硼石集合體粒度更粗（圖3，圖4）。因此，雖然礦石中錳方硼石粒度較細(xì)，但是由于其集合體粒度非常粗，沒有必要進(jìn)行詳細(xì)的粒度統(tǒng)計(jì)。

圖2 半自形粒狀錳方硼石，單偏光

圖3 塊狀錳方硼石集合體，單偏光

圖4 網(wǎng)眼狀錳方硼石集合體，單偏光

圖5 鮞狀錳方硼石集合體，單偏光

錳方硼石集合體中各礦物顆粒之間結(jié)合的非常松散，在薄片中可見大量錳方硼石顆粒脫落（圖6）。輕輕敲擊礦石樣塊，也可見大量錳方硼石顆粒脫落。

圖6 錳方硼石集合體中大量顆粒已經(jīng)脫落，單偏光

3.2 其他礦物嵌布特征

礦石中除了錳方硼石以外，還含有大量白云石和石英，以及少量的黏土礦物、綠泥石、長石和黑云母等礦物。其中，石英和長石主要作為碎屑物賦存在礦石中，黑云母主要作為雜基賦存在礦石中，白云石、綠泥石和黏土礦物主要作為膠結(jié)物膠結(jié)長石、石英等礦物（圖7）。值得一提的是，礦石中的白云石多為錳白云石，然而由于錳含量并不高，其綜合利用價(jià)值不大。

礦石中這些礦物緊密結(jié)合，可以看作脈石礦物集合體。脈石礦物集合體與錳方硼石集合體之間界線清晰，很少相互包含。脈石礦物集合體粒度一般大于1mm，有利于礦石中錳方硼石的選礦回收。

圖7 脈石礦物集合體，正交偏光

4 討論

4.1 選礦方案建議

薊縣錳方硼石礦床是世界上獨(dú)有的錳方硼石礦床。其礦石性質(zhì)相對(duì)較簡單，選礦難度并不大。這里主要要討論的是如何更節(jié)能、合理的選別其中的錳方硼石。

薊縣錳方硼石礦中，主要礦物按其嵌布特征可以分為兩類礦物集合體。一類為錳方硼石集合體，另一類為脈石礦物集合體。其中脈石礦物集合體是由白云石、黏土礦物和綠泥石等礦物緊密膠結(jié)石英和長石等礦物而形成的統(tǒng)一體，其內(nèi)部膠結(jié)的非常致密。錳方硼石集合體是由錳方硼石組成的鮞狀集合體，其內(nèi)部膠結(jié)的較松散。由于兩類集合體存在膠結(jié)程度的差異，建議采用細(xì)碎→篩分方案選別錳方硼石。其原理是：在碎礦過程中，錳方硼石集合體由于其膠結(jié)松散，很容易就被破碎為細(xì)粒單體的顆粒，而脈石礦物集合體由于其膠結(jié)致密，在破碎過程中多形成粗粒集合體，從而通過篩分將兩者分離。

眾所周知，選礦廠能耗最大的是磨礦作業(yè)，因此多碎少磨是選礦廠節(jié)能降耗的有效途徑。對(duì)薊縣錳方硼石礦采用細(xì)碎→篩分方案選別錳方硼石，不但能降低選礦廠能耗，降低生產(chǎn)成本，而且流程簡單，易于操作。該方案已經(jīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證，并取得很好的效果。

4.2 對(duì)工藝礦物學(xué)研究的啟示

隨著人類工業(yè)文明的發(fā)展，大量富礦、易選礦首先得到開發(fā)，并有開發(fā)殆盡的趨勢。目前開發(fā)的礦產(chǎn)多有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)。對(duì)待這種“貧、細(xì)、雜”礦產(chǎn)，選礦的基本思路是細(xì)磨深選。而工藝礦物學(xué)研究者受選礦細(xì)磨深選思想的影響，多注重礦物粒度、礦物之間的嵌布關(guān)系等礦石結(jié)構(gòu)研究，而對(duì)礦物集合體之間的嵌布關(guān)系，即礦石構(gòu)造關(guān)注不夠。

事實(shí)上，關(guān)注礦石中礦物集合體賦存特征，往往能獲得意想不到的結(jié)果。

李英堂等［3］對(duì)遼寧硼鎂鐵礦的研究顯示，礦石中礦石礦物硼鎂石和磁鐵礦嵌布粒度細(xì)微，共生關(guān)系密切復(fù)雜，嵌布十分緊密，它們的集合體具強(qiáng)磁性；二種主要脈石礦物葉蛇紋石和斜硅鎂石也緊密嵌布，其集合體工藝粒度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石礦物的粒度，從而提出粗粒拋尾選礦工藝，并取得很好的選礦試驗(yàn)效果。

王守敬等［4］對(duì)河南上房溝滑石型鉬鐵多金屬礦的研究顯示，礦石中的磁鐵礦與鎂質(zhì)矽卡巖類礦物（部分在后期蝕變?yōu)榛┏蕳l帶狀互層分布，輝鉬礦和石英呈脈狀分布，兩者關(guān)系不緊密，從而提出粗粒磁選預(yù)除滑石選礦方案，很好的解決了滑石對(duì)輝鉬礦浮選的影響。該方案在工業(yè)試驗(yàn)中得到驗(yàn)證［5］，并取得很好的效果。

本次研究采用集合體研究思想，將礦物劃分為錳方硼石集合體和脈石礦物集合體，從而發(fā)現(xiàn)兩類集合體膠結(jié)程度的差異，提出細(xì)碎→篩分方案選別錳方硼石。該方案已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證，并取得很好的效果。

總之，深入研究礦石中礦物集合體的嵌布特征，對(duì)于解決“貧、細(xì)、雜”礦產(chǎn)的選礦問題，提出簡單易行的選礦方案具有重要意義。

5 結(jié)論

1）薊縣錳方硼石礦中，錳方硼石集合體與脈石礦物集合體的膠結(jié)程度差異較大，建議采用細(xì)碎→篩分方案選別錳方硼石。

2）在工藝礦物學(xué)研究中應(yīng)多關(guān)注礦物集合體的嵌布特征。

［1］肖成東，張靜，張寶華，等.天津薊縣錳方硼石礦床［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2007，30（3）：186－191.

［2］肖榮閣，大井隆夫，等.天津薊縣錳方硼石礦物的硼同位素研究［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2002，16（3）：270－275.

［3］李英堂，田淑艷，汪美鳳.應(yīng)用礦物學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社.1995.261－266.

［4］王守敬，卞孝東，馬馳.上房溝高滑石型鉬鐵礦石工藝礦物學(xué)研究［J］.金屬礦山，2011（8）：94－104.

［5］趙平，邵偉華，常學(xué)勇，等.上房溝滑石型鉬礦工業(yè)試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.鄭州：中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，2011.