山東省蒙陰地區(qū)金伯利巖綜合利用研究

袁領(lǐng)群（武漢理工大學(xué)西院離退休處，湖北 武漢　430070）

山東省蒙陰地區(qū)金伯利巖綜合利用研究

袁領(lǐng)群
（武漢理工大學(xué)西院離退休處，湖北 武漢430070）

山東省蒙陰地區(qū)含金剛石的金伯利巖中，含有黑色、有色、稀有、稀土等元素，且含量豐富。筆者曾對選礦尾礦做過一些試驗(yàn)研究工作，取得多項(xiàng)成果。其中，將鈰鈣鈦礦成功應(yīng)用，使昔日稱為“呆礦”的鈰鈣鈦礦首次得到實(shí)際應(yīng)用。鈰鈣鈦礦將在太陽能利用方面取得很好的效果。金伯利巖及其尾礦應(yīng)得到很好的保護(hù)和利用。

金伯利巖；尾礦；有色、稀有與稀土元素；綜合利用；鈰鈣鈦礦

1　概述

和世界上其他國家金剛石礦一樣，礦石中金剛石的含量僅有1 000萬至2 000萬分之一左右。金剛石含量最富的西澳大利亞Argle(煌斑巖型)，以5克拉/t計(jì)，也只有百萬分之一。因此，所采出的礦石，選出金剛石后，幾乎百分之百地當(dāng)作廢料排入了尾礦坑。

2　蒙陰地區(qū)金伯利巖特征

筆者有幸在蒙陰建材七0一金剛石礦工作過十余年，通過翻閱地質(zhì)報(bào)告以及與蒙陰地區(qū)(王村、西峪)金剛石找礦的地質(zhì)技術(shù)人員溝通，了解并收集到該地區(qū)金伯利巖的資料。

2.1金伯利巖化學(xué)成分

該區(qū)金伯利巖除含有工業(yè)意義的金剛石外，尚含有許多可以利用的伴生成分：如鈦、鉻、鎳、鈮及稀土。詳見表1。

表1　蒙陰王村礦區(qū)礦石的主要化學(xué)成分(%)

從表1可以看出，礦石中的Ti、Cr、Ni、Nb、稀土元素含量較高，幾乎接近當(dāng)年單獨(dú)開采所需的邊界品位和工業(yè)品位。詳見表2。

表2　幾種有益伴生元素的開采所需工業(yè)要求[1]

金伯利巖基質(zhì)成分主要為蛇紋石、鈣鈦礦，次為金云母、磁鐵礦、鉻鐵礦、鋯英石、鈦鐵礦、磷灰石、黃鐵礦等。對單礦物分析表明：Ti、Nb(Ta)、稀土、Th、U主要集中在鈣鈦礦中。鈣鈦礦、榍石、鈦鐵礦、磁鐵礦及蛇紋石的化學(xué)分析結(jié)果見3。

表3　王村礦區(qū)勝利Ⅰ號礦體含鈦單礦物化學(xué)分析結(jié)果(%)

2.2鈣鈦礦化學(xué)成分

鈣鈦礦中稀土(∑TR2O3)化學(xué)成分分析見表4。

由表3、4可以看出，鈣鈦礦的主要成分是二氧化鈦，它的稀土主要是鈰和鑭。因其稀土總量(∑TR2O3= 3.219%～4.429%)高，超過2.3%，故稱鈰鈣鈦礦[2]。

表4　鈣鈦礦中稀土化學(xué)成分(%)

2.3綜合回收利用

為了綜合回收尾礦中的有用成分，綜合利用尾礦，擬達(dá)到無尾礦排除，20世紀(jì)70年代，礦內(nèi)設(shè)立了尾礦綜合利用試驗(yàn)項(xiàng)目。首先回收-0.5mm粒級金剛石，用尾礦燒磚，均獲得成功。用浮選法回收磷灰石，其回收率達(dá)40%、精礦品位達(dá)35%，符合作磷肥要求。后來轉(zhuǎn)入鈣鈦礦與鈮(鉭)回收試驗(yàn)。

鈣鈦礦的密度為4.074±0.05g/cm3，硬度中等偏低。平均粒度為0.02～0.08mm，個(gè)別可達(dá)0.5～1mm，用重選法可達(dá)到精礦品位36%，回收率30%以上的效果。該精礦經(jīng)與湖南省株洲市焊接器材廠合作，用它代金紅石作結(jié)422電焊條涂料，結(jié)果通過簽定，其焊接工藝之工藝性能、理化性能、機(jī)械性能均超出國家標(biāo)準(zhǔn)[3]。詳見表5。

表5　鈣鈦礦焊條焊縫機(jī)械性能

試驗(yàn)焊條還在株洲車輛廠與長沙鍋爐廠等單位進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果反映“新焊條電弧穩(wěn)定、引弧穩(wěn)定理想、飛濺較少、脫渣容易、焊波成形美觀，適于全位焊接”。至此，當(dāng)時(shí)作為“呆礦”的鈣鈦礦獲得首創(chuàng)應(yīng)用，也為解決國內(nèi)短缺的金紅石找到了好的替代品。

3　鈣鈦礦應(yīng)用前景探究

眾所周知，為解決地球的溫室效應(yīng)，各國都在發(fā)展新型能源化石能源。其中，光伏發(fā)電是具有前景的發(fā)展方向之一?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的硅基太陽能電池雖然已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為廣闊的市場，但其性價(jià)比還無法與傳統(tǒng)能源相競爭。并且，制造過程中的污染和能耗問題也影響了其廣泛應(yīng)用。因此，研究和開發(fā)高效、低成本的新型太陽能電池十分必要。

3.1鈣鈦礦的應(yīng)用前景

鈣鈦礦以其獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)，決定著它具有吸光和電子傳輸性能，能非常好地吸收可見光和釋放出激光束。因此，近年來出現(xiàn)了各式各樣的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦型太陽能電池，這些已有相關(guān)的研究報(bào)道。以硅質(zhì)和碲化鎘等為材料的太陽能電池，其轉(zhuǎn)化率只有20%～25%。而2013年11月11日，美國網(wǎng)站報(bào)道了美國麻省理工學(xué)院及賓夕法尼亞大學(xué)，以新式鈣鈦礦為原料制造的太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率或可達(dá)50%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化率的2倍。因此，可將約一半的太陽光轉(zhuǎn)化為電力。專家表示：鈣鈦礦太陽能電池在面市之前，還需要解決多個(gè)問題，其中之一就是鈣鈦礦的儲量并不充足。

3.2蒙陰地區(qū)鈣鈦礦特征

這種新式鈣鈦礦即天然鈣鈦礦儲量不多，我國目前也只發(fā)現(xiàn)在蒙陰地區(qū)金伯利巖中存在。我國攀枝花鋼鐵公司釩鈦礦中擁有大量的鈦資源，在鈦冶煉的渣中含有一定量的合成鈣鈦礦，但它與天然鈣鈦礦性質(zhì)有很大差異。它有粘渣性質(zhì)，結(jié)晶微細(xì)及結(jié)晶粒度不充分，多為微細(xì)樹枝晶等，難解離、難回收。蒙陰地區(qū)的鈣鈦礦粒度多在0.02～0.1mm之間，可以通過重選與浮選法回收。更為重要的是，蒙陰地區(qū)鈣鈦礦含有多量的稀土元素——工業(yè)產(chǎn)品的催化劑，為鈰鈣鈦礦。前面所述電焊條試驗(yàn)的好結(jié)果也可能與它有關(guān)。

4　結(jié)語

鈰能吸收紫外線和紅外線，提高可見光的轉(zhuǎn)換效率。美國發(fā)現(xiàn)這種“新材料”后，有研究者擔(dān)心，不久全球發(fā)達(dá)國家會立即搶購鈣鈦礦，鈣鈦礦很快會比稀土還要搶手。因此，筆者建議國家應(yīng)重視蒙陰地區(qū)金伯利巖的綜合回收與利用，尤其是對鈰鈣鈦礦的回收與利用，使一礦變多礦，把我國的光伏產(chǎn)業(yè)推到一個(gè)新的高度。此外，千萬要重視對未開發(fā)的金伯利巖及已開發(fā)的金伯利巖尾礦資源進(jìn)行保護(hù)，防止被盜、自然流失和搶購。

[1]全國礦產(chǎn)儲量委員會辦公室.礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊[M].北京:地質(zhì)出版社,1986.

[2]王濮,潘兆櫓.系統(tǒng)礦物學(xué)(上冊)[M].北京:地質(zhì)出版社,1982.

[3]建材七0一礦革命委員會.鈣鈦礦的回收和用做電焊條涂料的試驗(yàn)報(bào)告[R].株洲焊接器材廠,1975.

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2016-02-02