華陽川鈾多金屬礦有用元素賦存狀態(tài)研究

王守敬

1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；

2.自然資源部多金屬礦綜合利用評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450006；

3.西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，陜西 西安 710054

華陽川鈾多金屬礦位于華陰市羅夫鎮(zhèn)。地質(zhì)上位于小秦嶺西段，是一個(gè)以鈾為主、伴生多種金屬元素的復(fù)雜多金屬礦，具有規(guī)模大、礦種多、品位低、埋深淺、易開采的特點(diǎn)。初步估算礦床已查明資源量鈾×萬t、鈮11萬t、鉛218萬t，伴生銀4 310 t、稀土55萬t，重晶石2 706萬t，天青石2 851萬t[1]。

目前多家研究單位已經(jīng)對華陽川鈾多金屬礦進(jìn)行過選礦試驗(yàn)和工藝礦物學(xué)研究[2-5]。確定了礦石中鈾、鈮、鉛和銀等有用元素的賦存狀態(tài)。均認(rèn)為鈮鈦鈾礦中的鈾和鈮、方鉛礦中的鉛可回收利用，而白鉛礦等礦物中的鉛綜合利用難度較大。但對于礦石中的稀土元素、鋇、鍶等元素是否可以利用還存在一定的爭議。

本次研究對華陽川鈾多金屬礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，確定礦石中鈾、鈮、鉛、稀土、鋇和鍶等主要有用元素的賦存狀態(tài)，為礦石的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 樣品的元素組成

本次研究分15個(gè)點(diǎn)采取了華陽川鈾多金屬礦坑道和地表樣品。對采集的樣品按比例混合后進(jìn)行詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究。

對混合樣的化學(xué)分析結(jié)果(表1)顯示樣品中鈾、鈮和鉛含量較高，是主要的有用元素。鉛的物相分析結(jié)果顯示(表2)，礦石中鉛氧化程度較高。

表1 混合樣化學(xué)分析結(jié)果

表2 鉛物相分析結(jié)果

2 樣品的礦物組成

本次研究采用MLA分析確定了礦石的礦物組成。分析結(jié)果顯示(表3)礦石中有用礦物主要為鈮鈦鈾礦和方鉛礦等礦物，含少量的晶質(zhì)鈾礦和鉛貝塔石等鈾礦物。

表3 主要礦物含量/%

3 主要礦物嵌布特征

3.1 主要礦物嵌布粒度

本次研究采用MLA分析等方法確定了礦石中主要有用元素的磨礦粒度，分析結(jié)果(表4)顯示，礦石中鈮鈦鈾礦、方鉛礦等有用礦物嵌布粒度較粗，而晶質(zhì)鈾礦等礦物嵌布粒度較細(xì)。

表4 主要礦物磨礦粒度/%

從分析結(jié)果可以看出，礦石中鈮鈦鈾礦、方鉛礦、白鉛礦、菱鍶礦和重晶石等礦物粒度很粗，而其他礦物粒度較細(xì)。

3.2 鈾、鈮礦物嵌布特征

礦石中鈾、鈮礦物主要有鈮鈦鈾礦、晶質(zhì)鈾礦、鉛貝塔石、釷石和褐釔鈮礦等礦物。

礦石中鈮鈦鈾礦多呈浸染狀分布在礦石中，與多與鉀長石、方解石等礦物伴生，另多見其包裹磷灰石等礦物(圖1)。

礦石中晶質(zhì)鈾礦、鉛貝塔石等礦物含量較低，多與鈮鉭鈾礦緊密共生(圖1)，可與鈮鈦鈾礦一起選別。釷石、褐釔鈮礦含量較低，多分布在褐簾石等礦物中(圖1)。

A：鉀長石包裹鈮鈦鈾礦；B：方解石包裹鈮鈦鈾礦；C：鈮鈦鈾礦包裹磷灰石；D：鈮鈦鈾礦與鉛貝塔石共生；E：鈮鈦鈾礦包裹晶質(zhì)鈾礦；F：褐簾石包裹釷石

3.3 鉛、銀礦物

礦石中含鉛礦物主要為方鉛礦和白鉛礦。

礦石中方鉛礦多呈浸染狀分布在碳酸鹽脈中。其粒度較粗(圖2)，與碳酸鹽等脈石礦物緊密共生(圖2)。部分方鉛礦已經(jīng)部分氧化，表面多蝕變?yōu)榘足U礦(圖2)，對礦石中鉛的回收影響較大。

圖2 鉛礦物照片

礦石中未見銀的獨(dú)立礦物，但對方鉛礦精礦的分析顯示，其銀含量達(dá)到630 g/t，因此推測其多呈微細(xì)粒銀礦物賦存在方鉛礦等礦物中。可以和鉛一同回收。

3.4 鍶、鋇礦物

礦石中鍶、鋇等元素主要賦存在重晶石等礦物中，還有部分鍶賦存在天青石、菱鍶礦等礦物中。

礦石中重晶石多分布在方解石石英脈中，與方解石等脈石礦物緊密共生(圖3)。其粒度較粗，有利于其單體解離。

礦石中天青石和菱鍶礦等礦物含量較低，多呈浸染狀分布在方解石脈中，與方解石等礦物緊密共生(圖3)。

圖3 鍶、鋇礦物照片

3.5 稀土礦物

礦石中稀土礦物主要為褐簾石以及少量的獨(dú)居石等礦物。

礦石中褐簾石多呈浸染狀分布在礦石中，與脈石礦物緊密共生(圖4)。褐簾石粒度較粗，可見其包裹獨(dú)居石和釷石等礦物(圖4)。

獨(dú)居石在礦石中含量較低，多呈浸染狀分布(圖4)，其粒度較細(xì)，單體解離難度較大。

圖4 稀土礦物照片

3.6 脈石礦物

礦石中巖石類型分為方解石石英脈、偉晶巖脈和片麻巖三類。脈石礦物主要為石英、長石、云母、角閃石和方解石等礦物。

石英方解石脈是礦石中鉛的主要賦礦巖石。其主要由方解石、石英、重晶石等礦物組成。石英方解石脈多呈網(wǎng)脈狀分布，一般脈體邊緣為方解石，中心為石英。

偉晶巖是礦石中鈾、鈮礦物的賦礦巖石。其主要由鉀長石、石英等礦物組成。其呈脈狀分布，被后期方解石石英脈改造嚴(yán)重，可見方解石脈中包裹交代殘留的鉀長石。

片麻巖是礦石中主要的賦礦圍巖，主要由云母、角閃石、斜長石和石英等礦物組成。其中云母、角閃石等礦物主要呈片狀定向分布。

4 礦石主要有用元素賦存狀態(tài)

4.1 主要礦物電子探針分析結(jié)果

本次研究采用電子探針分析了礦石中主要礦物的元素組成。電子探針型號為島津EPMA-1720，分析條件為AccV: 15.0 kV，BC: 10.0 nA，Beam Size: 5 μm，SC: 8.1 nA。分析結(jié)果見表5～表7。

表7 鍶鋇鉛礦物電子探針分析結(jié)果/%

表5 鈾礦物的電子探針分析結(jié)果/%

從分析結(jié)果可以看出礦石中鈮鈦鈾礦主要由鈮、鈦、鈾和鈣組成，其含量變化不大，其中CaO平均含量14.06%，UO2含量31.02%，Nb2O5含量30.28%，TiO2含量17.86%。鉛貝塔石與鈮鈦鈾礦元素組成相似，只是鉛含量較高，鈣含量低。

對褐簾石和獨(dú)居石的電子探針分析結(jié)果顯示其元素含量變化不大。其中稀土礦物均以輕稀土元素為主。褐簾石中稀土元素含量較低，平均僅為22.60%，獨(dú)居石中稀土元素含量較高，平均65.49%。

對重晶石的電子探針分析顯示其元素組成以鋇和硫?yàn)橹?，含少量的鍶，說明礦石中重晶石為含鍶重晶石。天青石的電子探針分析結(jié)果顯示其含有一定量的鋇。菱鍶礦元素組成以鍶為主，其他元素含量較低。

對白鉛礦的電子探針分析顯示其中含有一定量的鍶，說明礦石中方鉛礦氧化過程中有鍶的加入。

表6 稀土礦物電子探針分析結(jié)果/%

4.2 鈾鈮的賦存狀態(tài)

對礦石中鈾、鈮的金屬量平衡計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 鈾、鈮金屬量平衡計(jì)算結(jié)果/%

從分析結(jié)果可以看出，計(jì)算平衡系數(shù)較高，主要是礦石中鈾、鈮礦物含量低，分析結(jié)果誤差大造成的。礦石中90.99%的鈾和84.94%的鈮賦存在鈮鈦鈾礦中，其余的鈾賦存在鉛貝塔石、晶質(zhì)鈾礦等礦物中。

4.3 鉛的賦存狀態(tài)

對礦石中鉛的金屬量平衡計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 鉛金屬量平衡計(jì)算結(jié)果/%

從分析結(jié)果可以看出，礦石中46.15%的鉛賦存在方鉛礦中，只有這部分鉛是可利用的。而白鉛礦選礦難度較大，需經(jīng)過表面硫化處理后才能選別，且回收率也并不高[6,7]，選礦難度較大。

4.4 稀土元素的賦存狀態(tài)

礦石中稀土元素的金屬量平衡計(jì)算結(jié)果見表10。

表10 稀土元素金屬量平衡計(jì)算結(jié)果/%

從分析結(jié)果可以看出，礦石中92.55%的稀土元素賦存在褐簾石中。

4.5 鍶鋇的賦存狀態(tài)

礦石中鍶鋇的金屬量平衡計(jì)算結(jié)果見表11。

表11 鍶、鋇元素金屬量平衡計(jì)算結(jié)果/%

從分析結(jié)果可以看出，礦石中72.52%的鋇賦存在重晶石中，鍶賦存在菱鍶礦和天青石中，其分布較分散。

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

華陽川鈾多金屬礦中有用元素種類多，其鈾、鈮、鉛、稀土、鍶、鋇、銀等元素含量均比較高，但并不是所有元素均能綜合利用。

以稀土元素為例，礦石中稀土總量為811×10-6，本次研究顯示其以輕稀土元素為主，且絕大部分賦存在褐簾石中。眾所周知目前利用的稀土礦中稀土主要賦存在獨(dú)居石、氟碳鈰礦等磷酸鹽、碳酸鹽礦物中或以離子吸附狀態(tài)分布。這些稀土礦物和吸附狀態(tài)的稀土元素均很容易提取。而褐簾石屬于硅酸鹽礦物，其中的稀土元素含量較低，且其穩(wěn)定性很高，很難提取，目前還沒有關(guān)于褐簾石中稀土提取工藝的報(bào)道和應(yīng)用實(shí)例。因此華陽川鈾多金屬礦中稀土元素較難綜合利用。

根據(jù)以上研究我們認(rèn)為，礦石中有用元素的確定不能僅根據(jù)其含量判斷，而要根據(jù)其含量和賦存狀態(tài)綜合判斷。

5.2 結(jié)論

(1)礦石中鈾、鈮、鉛是主要的有用元素，銀可以綜合利用，稀土、鋇、鍶綜合利用難度較大。

(2)礦石中90.99%的鈾和84.94%的鈮賦存在鈮鈦鈾礦中，集中系數(shù)較高。其他的鈾和鈮賦存在鉛貝塔石等礦物中，且這些礦物與鈮鈦鈾礦緊密共生，可以一起選別，有利于其選礦富集。

(3)礦石中46.15%的鉛賦存在方鉛礦中，52.74%的鉛賦存在白鉛礦中，說明部分方鉛礦已經(jīng)氧化成白鉛礦，不利于其選礦富集。礦石中未見銀的獨(dú)立礦物，多賦存在方鉛礦中，可以和鉛一起回收。

(4)礦石中92.55%的稀土賦存在褐簾石中，由于褐簾石中稀土含量低不易提取，綜合利用價(jià)值不大。鋇、鍶含量較低、分布較分散，綜合利用價(jià)值不大。

(5)鈮鈦鈾礦粒度粗、比重大，建議通過重選等方法提取。