西藏甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中石榴石的綜合利用

雷傳揚，汪雄武，茍正彬，張 強

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

甲瑪銅多金屬礦是一個Cu為主，共生Mo和Pb，伴生Zn、Au、Ag等有用組分的多金屬和非金屬的礦床組合系列。金屬礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、輝鉬礦等，非金屬礦物主要包括石榴石、透輝石、鈣質(zhì)斜長石、硅灰石等。其中，Cu、Mo屬特大型礦床，Pb、Zn、Au、Ag也到達(dá)大型礦床規(guī)模[1]。目前，僅回收單一金屬銅，綜合回收Mo、Pb、Zn、Au、Ag工程準(zhǔn)備上馬。但是，作為采選副產(chǎn)品之一的非金屬礦物—石榴石的綜合利用問題，一直未得到足夠重視，造成環(huán)境污染、資源浪費和經(jīng)濟損失。從礦床地質(zhì)特征方面作為切入點，分析石榴石礦的儲量規(guī)模、礦石質(zhì)量特征等，并進(jìn)一步介紹石榴石的用途及國內(nèi)外市場需求，希望對該礦床今后開展石榴石的綜合利用具有一定的指引意義。

1 礦床地質(zhì)概況

甲瑪銅多金屬礦行政歸屬拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)和斯布鄉(xiāng)管轄，東西長約8～11km，南北寬約6～11km，面積約106km2。從礦區(qū)沿簡易公路北行21km到川藏公路，西行23km至墨竹工卡縣城， 68km到拉薩市。大地構(gòu)造位置位于西藏岡底斯成礦帶中段，區(qū)域上主要有驅(qū)龍、邦浦、拉抗俄、沖江、廳宮等礦床。該礦集區(qū)是岡底斯帶重要的斑巖-矽卡巖銅多金屬分布區(qū)[2]。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為被動陸緣期的碎屑-碳酸鹽巖系，包括上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)，下白堊統(tǒng)林布宗組(K1l)以及少量第四系(Q)，林布宗組主要為砂巖和板巖。作為矽卡巖礦體的頂板，多底溝組主要為大理巖化灰?guī)r；作為矽卡巖礦體的底板，第四系僅在牛馬塘一帶分布。礦區(qū)位于NWW向延伸的甲瑪-卡軍果推覆構(gòu)造系前部帶。該帶發(fā)育規(guī)模較大的復(fù)式斜歪-同斜倒轉(zhuǎn)褶皺帶，局部殘存推覆引起的高位巖體反向滑覆而成的滑覆構(gòu)造。甲瑪?shù)V區(qū)位于該帶的中部。

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈?；鹕綆r集中分布在墨竹工卡以南的甲瑪-班禪牧場-沃卡一帶中侏羅統(tǒng)葉巴組地層中，巖石普遍具變質(zhì)和蝕變現(xiàn)象，具片狀構(gòu)造，原巖礦物全部或部分蝕變?yōu)榫G泥石、綠簾石、絹云母和碳酸鹽礦物；侵入體呈近東西、北西-南東向、近南北向的放射狀展布，在近南北向及近東西向呈雁列式分布，為一套淺成侵入巖組合：花崗正長斑巖、二長花崗斑巖、石英二長斑巖、花崗閃長玢巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖及輝綠玢巖。

礦床主礦體的分布嚴(yán)格受地層層位的控制，產(chǎn)于上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)頂部的層矽卡巖中。礦體在平面上呈北西西走向，傾向北北東，整個礦體走向方向長3400m，沿傾向方向延伸大于2000m[3]，呈層狀、厚板狀、似層狀、透鏡狀。

2 甲瑪?shù)V區(qū)石榴石的基本特征

2.1 石榴石的分布、產(chǎn)狀與規(guī)模

非金屬礦-石榴石產(chǎn)于塊狀矽卡巖的下部，即矽卡巖向大理巖過渡部位，并以單礦脈的形式存在于大理巖中。其礦物形狀主要呈針狀、絲狀、鱗片狀或纖維狀產(chǎn)出，其所組成的集合體常成致密塊狀。礦體總體走向呈300°，傾角變化較大，地表一般較陡(45°～60°)，深部變緩至30°～15°。

甲瑪銅多金屬礦是超大型礦床，探明矽卡巖型礦體銅鉬鉛鋅金銀均達(dá)大型以上規(guī)模[1]，而作為礦體夾石的主要非金屬礦物石榴石的儲量也巨大。礦體夾石，在多數(shù)的鉆孔中可見到，厚度變化較大，4.21～48.7m，大部分夾石厚都在4～6m之間，平均厚約11.7m。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

矽卡巖石榴石為主的礦石結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)為：自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)：石榴石多呈自形、半自形粒狀，粒徑多數(shù)1～20mm之間；矽卡巖石榴石為主的礦石構(gòu)造為：①塊狀構(gòu)造：組成礦石的礦物均勻分布在礦石中。②條帶狀構(gòu)造，石榴石矽卡巖中有矽卡巖條帶，主要由石榴石、透輝石等組成，為礦石中主要構(gòu)造形式。

2.3 礦物組成

石榴石是甲瑪?shù)V床中主要的矽卡巖礦物，可見石榴石矽卡巖，顏色變化多，以綠色和黃綠色為主，成分以鈣鋁榴石和鈣鐵榴石為主[4]。石榴石矽卡巖常呈塊狀，以石榴石為主，含量高達(dá)70%～80%。

3 石榴石的綜合利用

石榴石是一種新型的非金屬礦物。由于它具有獨特的物化性能和礦物學(xué)特性，近年來應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，產(chǎn)量不斷增長，價格不斷上升，行業(yè)銷售收入年年攀升，行業(yè)活力逐年上升。甲瑪?shù)V床中非金屬礦物石榴石的綜合利用，有利于節(jié)能減排、節(jié)約資源、增加礦山經(jīng)濟效益。

3.1 石榴石用途

甲瑪石榴石呈大小不等的結(jié)晶顆粒，具有硬度適中(6.5～7.5)、熔點高(1170℃～1280℃)、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、惰性等特點，密度為3.5～4.3g/cm3，折射率為1.714～1.887，顏色不一，以綠色和黃綠色為主，呈油脂光澤，不透明。在工業(yè)上可以廣泛的應(yīng)用于噴砂、敷涂磨料、拋光或精磨、水過濾、水力射流切割、修建公路和機場跑道、裝飾建筑物外觀、精密儀器軸承、鉆井泥漿的加重劑，以及橡膠和涂料的新型無機填料和過濾介質(zhì)用微球等[6]。

3.2 經(jīng)濟效益

在甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中，石榴石作為主要的脈石礦物組分之一，一部分在采礦過程中作為廢石排放至廢石場中，其余大部分在選銅過程中與其他脈石礦物堆放一起，作為尾砂被排放至尾礦庫中。按現(xiàn)在設(shè)計的的礦山生產(chǎn)情況估算，因未進(jìn)行綜合回收，每年將損失石榴石儲量約10萬t。按石榴石原礦品位75%、選礦回收率60%、石榴石精礦品位80%計算，每年將少回收石榴石精礦5.625萬t，按每t價格900元，其價值5062.5萬元，年利潤在500萬元左右。由于綜合利用工作滯后，造成企業(yè)經(jīng)濟利益的巨大損失，在世界石榴石需求量不斷增長的今天，這是十分可惜的。

3.3 環(huán)境效益

主要脈石礦物之一的石榴石，作為廢石或者尾砂被堆放在尾礦庫中，大大增加了尾礦庫的負(fù)擔(dān)。當(dāng)堆放量超過尾礦庫的承受壓力時，易發(fā)生泥石流，形成巨大的地質(zhì)災(zāi)害，危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全。此外，尾礦庫中有大量的有害元素，一旦尾礦庫潰壩，這些有害元素就會伴隨泥石流而下，從而直接或間接地污染了地表水、地下水和周圍農(nóng)田、土地，并進(jìn)步污染了農(nóng)作物，經(jīng)揮發(fā)也污染空氣。相反，如果石榴石得到合理的綜合利用，不但能夠變廢為寶，提高礦山礦產(chǎn)資源綜合利用程度，還能夠減少環(huán)境污染。

4 可選性論證及大致流程

根據(jù)甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中石榴石的特征，本文建議甲瑪石榴石的選礦流程由手選、篩選、強磁選分離、超細(xì)粉碎四道工序組成。

4.1 手選

因混入夾石和圍巖，出窿原礦中含有少量廢石。為防止廢石在破碎過程中產(chǎn)生細(xì)小顆粒，降低篩選產(chǎn)物質(zhì)量，破碎篩選前設(shè)置一段手選作業(yè)，從原礦中用手挑出直徑大于2～3cm的圍巖、夾石及其他雜質(zhì)混入物，使礦石達(dá)到人工富集的目的。經(jīng)手選后礦石送入顎式破碎機進(jìn)行破碎。

4.2 篩選

矽卡巖型礦石中除石榴石外，還含有硅灰石、及少量的透輝石、鈣質(zhì)斜長石、鉀長石、石英等脈石礦物，石榴石與脈石礦物多以一定粒度的塊狀集合連生體產(chǎn)出。因各礦物硬度不同，機械性質(zhì)不一，可碎性就不同。礦石破碎時，各礦物集合體被破碎的情形就不一樣，有的被破碎成較粗粒子，有的卻較細(xì)。在采礦爆破過程中，部分石榴石已被爆破成許多較細(xì)顆粒。在相同破碎條件下，硅灰石集合體被破碎成較細(xì)的顆粒，而石榴石、透輝石、石英破碎后的粒度粗，細(xì)粒很少，即硅灰石集合體被選擇性破碎，以達(dá)到矽卡巖中主要礦物石榴石和硅灰石的有效分離。選擇性破碎選用反擊式破碎機，破碎后礦石的粒度要求小于5mm。

4.3 強磁選分離

甲瑪矽卡巖型石榴石具有弱磁性，因而可通過強磁選與碳酸鹽礦物和其他非磁性的硅酸鹽礦物分離。選用石榴石礦干式磁選機進(jìn)行該流程操作，把篩選后粒度小于5mm的礦送入上料斗。礦粒經(jīng)輸送帶被送入磁輥分選，由于石榴石礦粒有磁性，立即被強磁場吸附在磁輥上，而脈石礦物由于沒有磁性，磁輥的強磁對它不產(chǎn)生吸力，隨著磁輥的轉(zhuǎn)動，石榴石礦粒一直被吸在磁輥上。脈石粒在磁輥轉(zhuǎn)到前端位置時，被拋出掉在隔礦板的前面，石榴石礦粒繼續(xù)被磁輥帶到脫磁區(qū)時自動掉入選集礦斗，收集為精礦成品。

4.4 超細(xì)粉碎

石榴石精礦粒度一般較粗,為了滿足市場對石榴石超細(xì)粉的特殊要求, 可采用細(xì)磨和超細(xì)分級流程[7]。結(jié)合甲瑪石榴石的實際情況，采用氣流粉碎制取石榴石超細(xì)粉，用FJJ渦輪式分級機能獲得粒度分布窄的石榴石超細(xì)粉體[8]。

5 結(jié)論及建議

1)甲瑪銅多金屬礦不僅銅、鉬等金屬資源豐富，而且伴生非金屬礦——石榴石資源儲量也相當(dāng)可觀，為甲瑪?shù)膬?yōu)勢礦產(chǎn)，但至今未能綜合利用，這與其儲量規(guī)模和應(yīng)當(dāng)發(fā)揮的作用極不協(xié)調(diào)。建議相關(guān)部門盡快把甲瑪石榴石資源的開發(fā)利用提到重要議事日程上來。

2)進(jìn)一步開展石榴石選礦試驗和實際應(yīng)用研究。通過多方案選礦試驗比較，確定經(jīng)濟合理的工藝流程，提高選別指標(biāo)。并根據(jù)選礦產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，確定其用途和價值，開發(fā)出適銷對路的石榴石系列產(chǎn)品。

3)通過石榴石資源的綜合回收利用，能夠變廢為寶，減少環(huán)境污染，提高礦山礦產(chǎn)資源綜合利用程度，促進(jìn)資源優(yōu)勢的整體發(fā)揮，增加礦山經(jīng)濟效益，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

[1] 唐菊興,王登紅,汪雄武,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦礦床地質(zhì)特征及其礦床模型[J].地球?qū)W報,2010，31(4):495-506.

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[3] 應(yīng)立娟,王登紅,唐菊興,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦輝鉬Re-Os定年及其成礦意義[J].地質(zhì)學(xué)報,2010,84(8):1165-1174.

[4] 姚曉峰,王友,暢哲生,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦矽卡巖基本特征及其成因意義[J].成都理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011，38(6)：662-670.

[5] 北京中經(jīng)縱橫經(jīng)濟研究院. 中國石榴石市場投資發(fā)展分析報告-中經(jīng)縱橫[EB/OL]. http://www.cmrn.com.cn/article/bg11_183.shtml, 2009-12-4/2011-6-7.

[6] 申少華,李愛玲.湖南柿竹園多金屬礦石榴石資源的開發(fā)利用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2005,19(4):432-435.

[7] 李九鳴,譚玉芝.石榴石選礦細(xì)磨和超細(xì)分級工藝研究[J].礦產(chǎn)綜合利用,1999(3):4-7.

[8] 盧永定. 粒度窄分布石榴石超細(xì)粉制備試驗研究[J].非金屬礦,2004,27(5):28-30.