江西松樹(shù)崗鈉長(zhǎng)石化花崗巖型鉭鈮礦工藝礦物學(xué)特征

曾慶友，潘世語(yǔ)，彭蜀濤，俞寒飛

（江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，江西 南昌 330001）

鉭鈮礦主要賦存于花崗巖或花崗偉晶巖中，少部分分布于碳酸巖型礦床及區(qū)域變質(zhì)、風(fēng)化殼型礦床等。松樹(shù)崗鉭鈮礦床位于下?lián)P子陸塊江南古島弧帶東南部，欽杭東段北部成礦帶之懷玉山鉭鈮多金屬螢石磷滑石非金屬成礦亞帶內(nèi)，為靈山地區(qū)尤為主要的稀有有色金屬礦床。通過(guò)對(duì)該鉭鈮礦工藝礦物學(xué)的研究，確定了主要有價(jià)元素在礦石中的賦存狀態(tài)，為主要有價(jià)元素的利用提供科學(xué)依據(jù)[1-3]。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 礦石的化學(xué)成分

多元素化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1，原礦放射性活度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果/%Table 1 Multi-elements chemical analysis results of the raw ore

表2 原礦放射性比活度測(cè)定結(jié)果Table 2 Multi-elements chemical analysis results of the raw ore

表1 表明，主要有用元素為鉭和鈮，Li2O 和Rb2O 達(dá)到了伴生綜合利用工業(yè)指標(biāo)，伴生少量硫化礦，但未達(dá)到綜合回收標(biāo)準(zhǔn)。天然放射性核素鐳-236、釷-232 和鉀-40 放射性比活度檢測(cè)結(jié)果表明，原礦放射性低于國(guó)家放射性物質(zhì)下限標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 礦石的礦物組成

采用MLA 礦物自動(dòng)定量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)原礦進(jìn)行礦物定量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 礦石的礦物組成及相對(duì)含量Table 3 List of mineral composition and relative content analysis results of the ore

由表3 可知，礦石中鉭鈮礦物主要為鉭鈮鐵礦，其次為鈾細(xì)晶石；鎢錫礦物以黑鎢礦和錫石為主；硫化礦物種類較多，可見(jiàn)黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦和輝鉍礦等；放射性礦物除了鈾細(xì)晶石之外，還有釷石；非金屬礦物以鈉長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、石英和鐵鋰云母為主，少量黃玉、白云母、綠泥石等以及高嶺石、蒙脫石等粘土礦物。

2 主要礦物嵌布粒度測(cè)定及磁性分析

2.1 主要礦物嵌布粒度測(cè)定

礦石中主要礦物的嵌布粒度見(jiàn)表4。

表4 主要礦物嵌布粒度測(cè)定結(jié)果Table 4 Determination results of dissemination size of the main minerals

礦石中鉭鈮鐵礦嵌布粒度主要分布在0.01 ～0.16 mm 的粒級(jí)范圍內(nèi)，鉭鈮鐵礦+0.02 mm 83%；鈾細(xì)晶石的嵌布粒度-0.01 mm 18%，+0.04 mm 40%，故鈾細(xì)晶石重選可選性較差；鐵鋰云母嵌布粒度相對(duì)較粗，屬成巖礦物。

2.2 磁性分析

從礦樣中篩取-0.1+0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行磁性分析試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 原礦（-0.1+0.074 mm）磁性分析結(jié)果Table 5 Results of magnetic analysis of the main minerals(-0.1+0.074mm)

根據(jù)鉭鈮礦物的磁學(xué)性質(zhì)，大多數(shù)鉭鈮鐵礦的磁性范圍在500 ～ 650 mT，同時(shí)含鉭越高的鉭鈮鐵礦磁性越弱，鈾細(xì)晶石基本無(wú)磁性，鉭和鈮在650 mT 磁性范圍內(nèi)有較高的富集，鈮的回收率比鉭高，650 mT 以上磁性段鉭比鈮的回收率高，在1300 mT 場(chǎng)強(qiáng)下可富集約79.17%的鉭和93.78%的鈮，非磁產(chǎn)品的產(chǎn)率達(dá)到86.83%，可考慮強(qiáng)磁選拋尾，預(yù)選脫除非磁性脈石。

3 主要礦物的嵌布狀態(tài)和礦物特性

3.1 鈮鐵礦鉭鐵礦(Fe,Mn)Ta2O6

根據(jù)A、B 組陽(yáng)離子中鐵/錳和鈮/鉭原子比分為鈮鐵礦、鈮錳礦、鉭鐵礦和鉭錳礦四個(gè)亞種。礦石中屬于富鐵系列的鈮鐵礦鉭鐵礦(Fe,Mn)Ta2O6，多數(shù)為富鈮貧鉭的鉭鈮鐵礦，少數(shù)為富鉭貧鈮的鈮鉭鐵礦[4-5]，化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表6、7。

表6 鉭鈮鐵礦化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 6 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of tantalite

表7 鈮鉭鐵礦化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 7 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of tantalite

根據(jù)鉭鈮比例可分為富鈮的鉭鈮鐵礦及富鉭的鈮鉭鐵礦兩種，鉭鈮鐵礦平均Nb2O562.04%，Ta2O513.63%； 鈮 鉭 鐵 礦 平 均Nb2O515.16%，Ta2O553.45%，兩者鐵含量均大于錳含量，并混入錫、鎢、鈦、鈧等雜質(zhì)，且該鉭鈮鐵礦中較富鈧，可在鉭鈮冶煉過(guò)程綜合回收。

鉭鈮鐵礦單礦物化學(xué)分析Ta2O517.23%，Nb2O554.38%，呈亮黑色，不透明，金屬-半金屬光澤，礦物單晶體呈板狀和短柱狀，常呈粒狀集合體；性脆，硬度6（鈮鐵礦） ～ 6.5（鉭鐵礦），密度隨含鉭量的增加而增加，介于5.15 ～ 8.20 g/cm3；具電磁性，含鈮越高，隨之含鐵越高，磁性越強(qiáng)含鉭越高，隨之磁性越弱，鉭鈮鐵礦650 mT 場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)入磁性產(chǎn)品，少數(shù)含鉭高的鈮鉭鐵礦磁性較弱，在800 ～ 1300 mT 場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)入磁性產(chǎn)品。

礦石中鈮鐵礦常見(jiàn)呈板狀、短柱狀或粒狀，多數(shù)單個(gè)晶粒出現(xiàn)，有時(shí)也見(jiàn)多個(gè)晶粒相互嵌連，有時(shí)可見(jiàn)鉭鈮鐵礦具富鉭環(huán)邊。主要嵌布于鐵鋰云母中，少數(shù)嵌布于長(zhǎng)石、石英和黃玉等礦物內(nèi)部或顆粒間隙，常見(jiàn)與錫石形成連生或共生。

3.2 鈾細(xì)晶石(Ca,Na)2(Ta,Nb)2O6(OH)

細(xì)晶石理論化學(xué)組成CaO 10.43%，Na2O 5.76%，Ta2O582.14%，H2O 1.67%。A 組陽(yáng)離子為Ca 和Na，但常為U4+代替Ca2+，并有Pb、Bi、Ba等替代，B 組陽(yáng)離子為Ta 和Nb，以Ta 為主，Nb含量＜10%。細(xì)晶石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 鈾細(xì)晶石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 8 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of uranmicrolite

由表8 可知，礦石中細(xì)晶石富含鈾，為細(xì)晶石的富鈾變種，平均Ta2O568.47%，Nb2O54.51%，UO212.15%，含Pb、Ce、Nd、La 等稀土元素，并混入少量Fe、Mn。鈾細(xì)晶石呈，玻璃-油脂光澤，密度5.9 ～ 6.4 g/cm3，莫氏硬度5 ～ 6。在礦石中含量少，偶見(jiàn)嵌布于長(zhǎng)石、石英顆粒中或粒間[6-7]。

3.3 錫石SnO2

錫石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 錫石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 9 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of cassiterite

由表9 可知，錫石中含有數(shù)量不等的Ta、Nb和Fe，個(gè)別含鉭較高，且混入少量Ti、Al、Si 等雜質(zhì)。錫石呈淺棕色-深紅棕色，柱狀、錐柱狀或不規(guī)則粒狀，金剛光澤，莫氏硬度6 ～ 7，密度6.8 ～7.0 g/cm3，性脆。錫石主要嵌布于石英、黃玉粒間，或與長(zhǎng)石、云母等連生，局部可見(jiàn)錫石嵌布于破碎帶中，與黃鐵礦共生。

3.4 黑鎢礦(Mn,Fe)WO4

黑鎢礦含量約為鉭鈮鐵礦礦物量的二分之一。黑鎢礦與鉭鈮鐵礦具有很多相似的物理性質(zhì)，如顏色、板狀晶形、光學(xué)性質(zhì)、磁性等，并具有近似的可浮性，在重選、磁選、浮選中黑鎢礦都伴隨鉭鈮鐵礦富集，進(jìn)入鉭鈮精礦。黑鎢礦呈黑色，板狀晶形，莫氏硬度4.5 ～ 5.5，密度7.12 ～ 7.51 g/cm3，具弱磁性，其強(qiáng)度與鉭鈮鐵礦相近。黑鎢礦化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 黑鎢礦化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 10 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of wolframite

由表10 可知，黑鎢礦中普遍含Nb、Sc，個(gè)別混入Ti、Sn 等。本礦石中可見(jiàn)黑鎢礦呈板狀嵌布于次生石英微脈中（圖9）。

3.5 鐵鋰云母K{(Li,Fe)Al[AlSi3O10](F,OH)2}

礦石含有一定量的鐵鋰云母，約占礦物總量8%，鐵鋰云母常呈葉片狀集合體產(chǎn)出。鐵鋰云母是稀散金屬鋰和銣的主要載體礦物，其化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 鐵鋰云母化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 11 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of zinnwaldite

單礦物化學(xué)分析：Li2O 2.41%，Rb2O 0.98%，Ta2O50.007%，Nb2O50.013%。鐵鋰云母呈灰褐色，薄片呈淡黃白色，透明，具珍珠光澤，密度2.9 ～ 3.3 g/cm3，莫氏硬度2 ～ 3；具電磁性，其磁性范圍與鉭鈮鐵礦重疊，450 ～ 850 mT 場(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)入磁性產(chǎn)品。礦石中鐵鋰云母為成巖礦物，常見(jiàn)以葉片狀集合體與石英、長(zhǎng)石連生，常見(jiàn)微細(xì)粒鉭鈮鐵礦嵌布其中。

3.6 長(zhǎng)石和石英

礦石長(zhǎng)石主要為鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，長(zhǎng)石含量約占58%，石英約占26%。鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表12、13。

表12 鉀長(zhǎng)石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 12 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of potassium feldspar

表13 鈉長(zhǎng)石化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 13 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of Albite

從 表12、13 可 知， 鉀 長(zhǎng) 石 中 平 均 含Rb2O0.67%，鈉長(zhǎng)石中含Rb2O 0.10%。長(zhǎng)石單礦物分析：Li2O 0.006%，Rb2O 0.066%，Ta2O5＜0.001%，Nb2O5＜0.001%；石英單礦物分析：Li2O ＜0.005%，Rb2O 0.02%，Ta2O5＜0.005%，Nb2O5＜0.005%。本礦石中長(zhǎng)石含量較高，富集有一定的銣，若能從鉭鈮尾礦中提取出來(lái)，可作為長(zhǎng)石精礦銷售，可提高該礦的可利用價(jià)值。

3.7 黃玉 Al2[SiO4](F,OH)2

礦石中含有一定量的黃玉，占礦物總量的3.45%。黃玉呈短柱狀，無(wú)色透明，玻璃光澤，莫氏硬度為8，密度為3.5 ～ 3.7 g/cm3。黃玉化學(xué)組成能譜分析結(jié)果見(jiàn)表14。

表14 黃玉化學(xué)組成能譜分析結(jié)果/%Table 14 Energy spectrum analysis results of the chemical composition of topaz

黃玉為氣成熱液礦物，主要與石英、鐵鋰云母和長(zhǎng)石共生，常呈碎裂粒狀。

3.8 銀礦物

原礦多元素分析結(jié)果表明，原礦中含銀1.42 g/t。銀多與硫化礦物共生，可浮性也與硫化礦物相近，因而從硫化礦粗精礦中，采用MLA分析查明銀礦物，結(jié)果表明銀礦物種類較復(fù)雜，包括自然銀、碲銀礦、銀黝銅礦、硫鉍銅礦、螺狀硫銀礦和硫銅銀礦等，大多數(shù)銀礦物與鉛、鉍礦物緊密連生，少數(shù)與黃銅礦連生。

4 主要有價(jià)元素在礦石中的賦存狀態(tài)

4.1 鉭的平衡分配

鉭在礦石中的平衡分配見(jiàn)表15。

表15 鉭在各礦物中的平衡分配Table 15 Equilibrium distribution of tantalum in various minerals

由表15 可知，鉭主要以鉭鈮鐵礦和鈾細(xì)晶石的礦物形式存在，鉭的占有率分別為57.30%和21.95%，錫石中含鉭8.50%；分散于鐵鋰云母、長(zhǎng)石和石英中的鉭分別為6.63%、3.21%和2.42%。

4.2 鈮的平衡分配

鈮在礦石中的平衡分配見(jiàn)表16。

表16 鈮在各礦物中的平衡分配/%Table 16 Equilibrium distribution of niobium in various minerals

由表16 可知，鈮主要以鉭鈮鐵礦礦物形式存在，鉭鈮鐵礦中鈮的占有率達(dá)88.33%；賦存于鈾細(xì)晶石、錫石、黑鎢礦中的鈮分別為0.71%、0.66%和1.28%；分散于鐵鋰云母、長(zhǎng)石和石英中的鈮分別為6.01%、1.83%和1.18%。

4.3 鋰的平衡分配

鋰在礦石中的平衡分配見(jiàn)表17。

表17 鋰在主要礦物中的平衡分配Table 17 Equilibrium distribution of lithium in various minerals

由表17 可知，鋰主要賦存于鐵鋰云母中，鋰的占有率達(dá)98%，長(zhǎng)石和石英中基本不含鋰。

4.4 銣的平衡分配

銣在礦石中的平衡分配見(jiàn)表18 。

表18 銣在主要礦物中的平衡分配Table 18 Equilibrium distribution of rubidium in various minerals

由表18 可知，銣主要賦存于鐵鋰云母和長(zhǎng)石中，銣的占有率分別為50.35%和49.32%，石英和黃玉基本不含銣。

5 結(jié) 論

（1）礦石除鉭鈮為主要回收的元素外，鋰、銣也達(dá)到了工業(yè)品位，可考慮綜合回收，此外，銀含量1.42 g/t，可在硫化物精礦中綜合回收。

（2）鉭鈮礦物主要為鉭鈮鐵礦，次為鈾細(xì)晶石；鎢錫礦物以黑鎢礦和錫石為主；硫化礦物種類較多，可見(jiàn)黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦和輝鉍礦等；放射性礦物除了鈾細(xì)晶石之外，還有釷石；非金屬礦物以鈉長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、石英和鐵鋰云母為主，少量黃玉、白云母、綠泥石等以及高嶺石、蒙脫石等粘土礦物。

（3）礦物組成中約96%為密度＜3 g/cm3的長(zhǎng)石、石英、云母等輕礦物，重選丟尾有利于鉭鈮的富集。

（4）重礦物中除了硫化礦物之外，主要有黃玉、鋯石、釷石、鉭鈮鐵礦、細(xì)晶石、黑鎢礦、錫石等?；阢g鈮礦物含量低，重礦物種類繁多選礦難點(diǎn)在于鉭鈮精選，尤其是黑鎢礦與鉭鈮鐵礦密度、磁性以及浮選性質(zhì)均相近，物理選礦方法難以將兩者分離，需輔以水冶方法分離。

（5）礦石中鉭鈮鐵礦嵌布粒度主要分布0.01 ～0.16 mm 的粒級(jí)范圍內(nèi)，粒度+0.02 mm 的鉭鈮鐵礦約占83%；鈾細(xì)晶石嵌布粒度-0.01 mm 18%，+0.04 mm 40%，故鈾細(xì)晶石重選可選性較差；鐵鋰云母屬于成巖礦物，其嵌布粒度相對(duì)較粗，處于適合選礦的粒度范圍。

（6）鉭和鈮在650 mT 磁性范圍內(nèi)有較高的富集，鈮的回收率比鉭高，650 mT 以上磁性段鉭比鈮的回收率高，在1300 mT 場(chǎng)強(qiáng)可富集約79.17%的鉭和93.78%的鈮，非磁產(chǎn)品的產(chǎn)率達(dá)到86.83%。因此，可考慮強(qiáng)磁選拋尾，預(yù)先脫除約87%的脈石，但采用磁選拋尾，因鈾細(xì)晶石無(wú)磁性，尾礦中鉭的損失較大。

（7）鉭主要以鉭鈮鐵礦、鈾細(xì)晶石的礦物形式存在，賦存于錫石、鐵鋰云母、長(zhǎng)石和石英中鉭少量；鈮主要以鉭鈮鐵礦礦物形式存在，賦存于鈾細(xì)晶石、錫石、黑鎢礦中、鐵鋰云母、長(zhǎng)石和石英中的鈮少量。

（8）鋰主要賦存于鐵鋰云母中，鋰的占有率達(dá)98%，長(zhǎng)石和石英中基本不含鋰。銣主要賦存于鐵鋰云母和長(zhǎng)石中，銣的占有率分別為50.35%和49.32%。

（9）銀礦物包括自然銀、碲銀礦、銀黝銅礦、硫鉍銅礦、螺狀硫銀礦和硫銅銀礦等均具良好可浮性，且大多數(shù)銀礦物與鉛、鉍礦物緊密連生，少數(shù)與黃銅礦連生，可從硫化礦精礦中回收銀。