基于原礦礦物學基因特性的榴輝巖綜合利用技術研究

黃俊瑋 王守敬 吳會軍 李洪潮 劉 磊 雷晴宇 趙恒勤

（1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心，河南鄭州450006；3.自然資源部多金屬礦綜合利用評價重點實驗室，河南鄭州450006；4.河南建筑材料研究設計院有限公司，河南鄭州450006）

榴輝巖是一種區(qū)域變質(zhì)巖，是變質(zhì)巖中比重最大的巖石。一般認為是由基性、超基性巖漿巖在極大的壓力條件下變質(zhì)形成的，而溫度條件不限，低溫到高溫范圍內(nèi)都可形成［1，2］，因此，處在大別-蘇魯這條典型的超高壓變質(zhì)帶上的江蘇省東北部地區(qū)和山東省東南部地區(qū)是我國榴輝巖礦的主要產(chǎn)地［3-5］。榴輝巖礦中主要有用礦物為金紅石、石榴子石和綠輝石，有時含有可綜合利用的藍晶石、白云母等。江蘇省東北部地區(qū)和山東省東南部地區(qū)榴輝巖礦床具有規(guī)模大、礦體厚、易于勘探和開采、經(jīng)濟價值高等特點，是一類較易開發(fā)利用的礦產(chǎn)資源［6-9］。

基因礦物加工是由孫傳堯院士在2016年提出的全新礦物加工學術理念，即以礦床成因、礦石性質(zhì)、礦物物性等礦物加工的“基因”特性測試為基礎，快捷、高效、精準地選擇選礦工藝技術和裝備［10］。以大量歷史選礦試驗數(shù)據(jù)、工藝礦物學研究數(shù)據(jù)、設計數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等為基礎建立的數(shù)據(jù)庫則是基因礦物加工的核心［11］。本文對江蘇東海、山東日照及青海烏蘭的榴輝巖礦進行了詳細的工藝礦物學研究及選礦試驗評價，收集了不同產(chǎn)地榴輝巖礦的工藝礦物學、選礦工藝參數(shù)等基礎研究數(shù)據(jù)，分析了不同類型榴輝巖礦礦物學基因特征的差異及其對選礦工藝的影響，以期對不同類型榴輝巖礦選礦技術的研發(fā)提供借鑒［12-13］。

1 榴輝巖礦礦物學基因特性

1.1 主要化學成分及鈦物相對比分析

江蘇東海、山東日照及青海烏蘭三地的榴輝巖礦石主要化學成分分析列于表1，鈦物相分析結(jié)果列于表2。

由表1和表2可知：①三地榴輝巖礦石中主要有價成分均為TiO2，含量較低，在1.51%～3.46%之間；②均含有P、S等有害元素，需要去除；③三地榴輝巖礦石中的TiO2均主要以金紅石（分布率為51.31%～80.13%）和鈦鐵礦（分布率為13.25%～35.08%）的形式存在；④在選擇回收率為考查指標時，應以金紅石礦物回收率作為指標，而不是以TiO2回收率作為指標。

1.2 主要礦物相對含量對比分析

江蘇東海、山東日照及青海烏蘭三地的榴輝巖礦主要礦物相對含量列于表3。

由表3可知：①三地榴輝巖礦石中主要有用礦物均為金紅石、石榴子石和綠輝石，3種礦物含量合計在各地礦石中均超過75%；②含硫脈石礦物主要為黃鐵礦，含磷脈石礦物均主要為磷灰石；硫雜質(zhì)較易去除，可采用反浮選去除，磷灰石由于理化性能與金紅石類似，因此較難去除，需采用反浮選、電選或酸浸等方法去除。

1.3 主要礦物粒度分布特征對比分析

江蘇東海、山東日照、青海烏蘭三地榴輝巖主要礦物粒度分析見表4～表6。

分析表4～表6可知：江蘇東海、山東日照、青海烏蘭的榴輝巖礦石中主要有用和有害礦物粒度均較粗，這有助于有用礦物實現(xiàn)單體解離，對選礦而言是有利的。同時，也有利于獲得經(jīng)濟價值較高的粗粒級石榴子石和綠輝石精礦產(chǎn)品。

1.4 主要礦物嵌布特征對比分析

1.4.1 江蘇東海榴輝巖礦主要礦物嵌布特征

礦石中金紅石單礦物分析結(jié)果表明礦石TiO2含量為94.76%～98.01%，平均為96.62%，另含有少量鐵、硫的雜質(zhì)元素。金紅石多為他形粒狀或半自形粒狀晶形，多分布在石榴子石、綠輝石等礦物粒間，部分被石榴子石等礦物包裹，這對金紅石回收有一定的影響，部分金紅石與鈦鐵礦緊密共生（圖1），兩者很難單體解離。

礦石中石榴子石主要為鐵鋁榴石，少量的為鈣鋁榴石。石榴子石主要呈團塊狀、浸染狀分布，部分石榴子石中包裹金紅石等礦物（圖2）。大部分石榴子石與其他礦物接觸較平直，粒度較粗，有利于其單體解離。

礦石中綠輝石多具不規(guī)則狀晶形，部分則為半自形柱狀。綠輝石多呈浸染狀分布，多與其他礦物平直接觸，有利于其單體解離，部分綠輝石包裹金紅石等礦物。

1.4.2 山東日照榴輝巖礦主要礦物嵌布特征

金紅石單礦物分析結(jié)果表明TiO2含量為98.45%～100.00%，普遍含有少量鐵的類質(zhì)同象置換。其嵌布狀態(tài)分為2種：一是分布在石榴子石粒間、綠輝石粒間或石榴子石與綠輝石粒間（圖3）；二是被其他礦物包裹，主要被石榴子石和綠輝石包裹（圖4）。

礦石中的石榴子石主要是鐵鋁榴石，含少部分鈣鋁榴石。礦石中石榴子石分布較為均勻，顆粒間緊密相連，裂紋發(fā)育。礦石受蝕變和交代作用較輕，石榴子石退變質(zhì)作用不明顯，僅在個別粒間或裂隙中發(fā)生。

礦石中綠輝石呈半自形-他形粒狀分布，輝石式解理發(fā)育。次生變化主要轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色角閃石，或者與石榴子石一起經(jīng)后成合晶作用形成斜長石+角閃石+綠簾石。

1.4.3 青海烏蘭榴輝巖礦主要礦物嵌布特征

金紅石單礦物分析結(jié)果表明TiO2含量為97.27%～98.92%，普遍含有鐵、鈣等雜質(zhì)元素。顯微鏡觀察顯示礦石中金紅石主要呈浸染狀分布，多為他形粒狀，部分被鈦鐵礦交代（圖5）。礦石中金紅石多分布在石榴子石、綠輝石等礦物粒間，部分被石榴子石等礦物包裹（圖6），這對金紅石回收利用有一定的影響。

礦石中石榴子石為鐵鋁榴石，顯微鏡觀察顯示礦石中石榴子石主要呈團塊狀分布，石榴子石粒間多分布有綠輝石等。大部分石榴子石與其他礦物接觸較平直，粒度較粗，有利于其單體解離，同時，石榴子石碎裂明顯，晶體呈破裂結(jié)構(gòu)，在磨礦過程中易被磨細。

綠輝石多具不規(guī)則狀晶形，部分則為半自形柱狀。綠輝石多分布在石榴子石粒間。綠輝石多與其他礦物平直接觸，有利于其單體解離，部分綠輝石與金紅石等礦物緊密共生，對金紅石的選礦有一定的影響。部分綠輝石蝕變成綠泥石，這部分礦物易泥化，不利于選別。

1.5 主要有用礦物理化學性能對比分析

對江蘇東海、山東日照和青海烏蘭三地榴輝巖礦中主要有用礦物的密度、比磁化系數(shù)、可浮性進行了對比分析，為選礦工藝流程的制定提供依據(jù)，分析結(jié)果見表7。

分析表7可知：通過重選可以將比重較大的金紅石、石榴子石和比重較小的綠輝石進行初步分離（石榴子石和綠輝石仍需通過磁選進一步提純）；通過磁選可以將石榴子石和金紅石進行分離；通過浮選工藝可以進一步提純金紅石。

1.6 榴輝巖礦類型分析

根據(jù)榴輝巖礦礦物學基因特性及選礦試驗研究可知，原礦中以金紅石形式存在的二氧化鈦含量決定了金紅石精礦富集的難易程度；雜質(zhì)磷硫的含量決定了金紅石除雜的工藝流程（反浮選、電選或酸浸）；主要有用礦物的粒度大小決定了是否需要采用分級作業(yè)和能否獲得粗粒級精礦產(chǎn)品。綜合分析可將上述三地的榴輝巖礦分成3個類型，即高磷高硫高鈦粗粒型榴輝巖礦（江蘇東海）、低磷高硫低鈦粗粒型榴輝巖礦（山東日照）及高磷低硫低鈦細粒型榴輝巖礦（青海烏蘭）。

2 選礦工藝流程及分選指標

通過對不同類型榴輝巖礦的化學物相組成、主要礦物粒度分布、嵌布特征及理化性能等礦物學基因特性的分析，結(jié)合選礦試驗研究，確定了3種類型榴輝巖礦的選礦工藝流程及分選指標，結(jié)果見表8。

3 影響榴輝巖礦選礦工藝流程及分選指標的礦物學基因特性

將不同類型榴輝巖礦工藝礦物學特征與分選試驗結(jié)果結(jié)合加以分析，可知二者之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。影響榴輝巖選礦工藝流程及分選指標的礦物學基因特性見表9。金紅石單礦物純度、與其他礦物的嵌布關系是影響其選礦難易程度的主要因素；石榴子石和綠輝石的原生粒度、礦物內(nèi)部碎裂情況是決定能否獲得粗粒級石榴子石和綠輝石精礦的關鍵因素；硫、磷雜質(zhì)的含量及賦存狀態(tài)是影響金紅石除雜工藝的決定性因素。

4 結(jié)論

（1）榴輝巖礦中主要有用礦物為金紅石、石榴子石和綠輝石，金紅石含量一般較低，只有綜合回收石榴子石和綠輝石才能大幅提高經(jīng)濟效益。

（2）金紅石單礦物含雜、部分金紅石被石榴子石和綠輝石包裹、部分金紅石和鈦鐵礦緊密共生等礦物學基因特性是導致榴輝巖礦中金紅石難選的主要原因；礦石中石榴子石和綠輝石的粒度分布特性及礦物內(nèi)部碎裂情況是決定能否獲得經(jīng)濟價值較高的粗粒級石榴子石和綠輝石精礦的關鍵因素；硫、磷雜質(zhì)的含量及賦存形式是影響金紅石除雜工藝的決定性因素。

（3）重選預選、干式磁選精選優(yōu)先回收石榴子石和綠輝石；干式磁選非磁產(chǎn)品通過浮選回收金紅石是榴輝巖礦較為合適的選礦工藝流程。