礦床成礦地質(zhì)特征與礦物分離的關(guān)系研究——以夜長坪鉬鎢礦為例

馬馳，常學(xué)勇，趙平，張艷嬌

(中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

選礦和冶金過程中礦物與元素的分離是礦床形成的逆向過程，礦床形成時的成礦地質(zhì)特征是決定礦物分選的最本質(zhì)因素。包括礦石的礦物組成、嵌布特性、結(jié)晶粒度、礦物的晶體結(jié)構(gòu)、元素信息、化學(xué)鍵信息、晶格信息、缺陷信息等，是由礦床成因及工業(yè)類型，礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成，礦物的共伴生組合和鑲嵌特性等決定的，并直接影響碎磨、重選、磁選、浮選等加工特性。2018年，孫傳堯院士提出了基因礦物加工工程的理念和思路，認為“礦床、礦石和礦物的基因特性決定了礦石的可選性”[1]，趙中偉等也認為礦床地球化學(xué)與冶金學(xué)科具有相似的物理化學(xué)基礎(chǔ)，其相關(guān)理論和現(xiàn)有研究成果，對冶金過程新工藝的開發(fā)具有重要的借鑒意義[2-3]。

河南夜長坪鉬礦現(xiàn)在采用自然崩落法開采，所采礦石為矽卡巖和斑巖型的混合礦石，隨著礦石開采，二者比例不斷變化，引起礦石入選品位、鉬氧化率和礦物組成的大幅變化。該礦長期以來面臨以下問題（1）礦石的鉬氧化率較高，且在礦體中分布不均，變化較大；（2）有用礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜，且礦石中蛇紋石、滑石、石膏、粘土礦物和碳酸鹽礦物嚴重影響氧化鉬的浮選；（3）礦山由于場地受限無法進行配礦作業(yè)，導(dǎo)致入選原礦性質(zhì)波動較大，選礦過程難以穩(wěn)定運行。本文從礦石類型、成礦期次與礦物分離關(guān)系的角度出發(fā)，重點研究了兩種礦石類型和不同成礦期次的礦物嵌布特征、組成和礦物粒度分布情況，揭示了礦床地質(zhì)特征與礦物分離之間的內(nèi)在關(guān)系。

1 成礦地質(zhì)特征

1.1 礦石類型

河南夜長坪鉬礦為大型多金屬礦床，是以鉬為主伴生鎢、鐵和螢石的隱伏斑巖-矽卡巖型礦床，已探明鉬金屬量44.45萬t，礦體主要賦存于中元古界官道口群龍家園組白云巖與隱伏斑巖體接觸帶的矽卡巖巖中，其次賦存于斑巖體中[4-5]。河南夜長坪鉬礦以矽卡巖型礦石為主，斑巖型次之。礦體呈穹窿狀，即中間凸起，向四周及深部延伸后分支復(fù)合，II-2 號斑巖型鉬礦層侵蝕、占據(jù) 1號矽卡巖型鉬礦層，呈瓦狀波狀起伏，III-1號礦 層與III-2號斑巖型鉬礦層互層、穿插[5]。總之，矽卡巖型礦石和斑巖型礦石互相穿插、互層，礦山采用自然崩落法導(dǎo)致兩種礦石類型混合，所以無法實現(xiàn)分采分選。

矽卡巖型礦石表現(xiàn)為磁鐵礦-白鎢礦-螢石型礦物組合（見表1），輝鉬礦及其他硫化礦物含量較少；白鎢礦呈粒狀分布，結(jié)晶較好，與脈石礦物易于單體解離，粒度相對較粗-0.074 mm 69.62%；磁鐵礦呈微細粒狀浸染狀分布，其中-0.074 mm 93.4%，與白鎢礦密切共生。而斑巖型礦石表現(xiàn)為輝鉬礦-石英-黃鐵礦的礦物組合（見表1），白鎢礦含量相對較低，不含磁鐵礦，輝鉬礦以細脈狀產(chǎn)出為主，粒度較細，當(dāng)細度為-0.074 mm 85%時單體解離度僅80%，相對不易單體解離。

表1 不同礦石類型的礦物組合形式Table 1 Mineral assemblages of different ore types

1.2 成礦期次研究

礦石礦化蝕變復(fù)雜多樣，呈現(xiàn)多期多階段性，根據(jù)成礦作用、礦物共生組合特點，成礦過程大致分為四個礦化階段（圖1）。

圖1 夜長坪鉬礦的成礦期次Fig.1 Metallogenic stages of Yechangping molybdenum deposit

矽卡巖階段：早期矽卡巖階段以形成透輝石、硅灰石等矽卡巖礦物，晚期矽卡巖階段以白鎢礦生成，呈星散狀分布，多生成磁鐵礦、透輝石、透閃石（圖2a）；氧化物階段：生成主要是白鎢礦、蛇紋石等；石英-硫化物階段（中高溫?zé)嵋浩冢捍穗A段持續(xù)時間長，礦液多次脈動，形成大量輝鉬礦、黃鐵礦等金屬硫化物，并見硫化物與石英、方解石、螢石等組合形成的各種細脈充填于裂隙中（圖2b），此階段為主要成礦期。表生期階段表現(xiàn)為褐鐵礦化、高嶺土化和蒙脫石化為主要特征（圖2c，2d）。由此可以看出，透輝石、透閃石、白鎢礦和磁鐵礦同形成在于矽卡巖化階段，而輝鉬礦、石英、方解石、金屬硫化物形成與石英—硫化物階段，也就是白鎢礦和輝鉬礦主要成礦期次不同，導(dǎo)致二者在空間分布不緊密，但是白鎢礦與磁鐵礦為同期生成且緊密共生，當(dāng)然這些也在礦石顯微結(jié)構(gòu)的得到體現(xiàn)。

圖2 不同成礦期次礦物組合和結(jié)構(gòu)Fig.2 Mineral assemblages and structures of different metallogenic stages

2 鉬、鎢的賦存狀態(tài)對礦物分離的影響

（1）該礦中主要含鉬礦物為輝鉬礦、鎢鉬鈣礦、鉬鈣礦，鎢主要以白鎢礦和鉬鎢鈣礦的形式存在。白鎢礦中W、Mo呈完全類質(zhì)同象產(chǎn)出，為白鎢礦Ca[WO4]-鉬鎢鈣礦Ca[MoO4]系列礦物（以下稱“白鎢礦”），WO的含量從0.00 ～ 76.58%，而MoO3的含量是從0.58% ～ 67.15%之間變化[6]。且該礦鉬的氧化率非常高，一般在20% ～ 65%之間。

（2）白鎢礦主要呈粒狀分布，結(jié)晶較好，與脈石礦物易于單體解離，粒度相對較粗，-0.074 mm 69.62%；輝鉬礦以細脈狀產(chǎn)出為主，粒度較細，當(dāng)細度為-0.074 mm 85%時單體解離度僅80%，相對不易單體解離。可見，二者最好分磨分選。

（3）影響白鎢礦選別的含鈣脈石礦物（白云石、方解石、石膏）和粘土礦物[7]，磁鐵礦與白鎢礦緊密共生，且主要分布在矽卡巖中。輝鉬礦主要分布在斑巖型礦石中，且成礦時間晚于白鎢礦。

綜上，可以利用礦石中具有磁性的磁鐵礦，將白鎢礦富集在磁性產(chǎn)品中；將輝鉬礦和影響白鎢礦選別的含鈣脈石礦物[8-9]、粘土礦物等有害礦物富集在非磁性產(chǎn)品中，從而一是可以減弱有害礦物對白鎢礦浮選干擾，二是可以實現(xiàn)白鎢礦和輝鉬礦的分磨分選。

3 磁選分離實驗研究

對-25 mm樣品進行干式磁選分離實驗（表2），可以看出，干式磁選可以有效的將白鎢礦富集于磁性產(chǎn)品中，輝鉬礦富集于非磁性產(chǎn)品中，同時兩種物料中鉬的氧化率也存在較大差異，故可以確定采用干式磁選可以實現(xiàn)鎢的初步富集以及硫化鉬與氧化鉬的分離。采取不同鉬氧化率的產(chǎn)品經(jīng)過磁選后，磁性產(chǎn)品的鉬氧化率遠遠高于非磁性產(chǎn)品（表3），說明白鎢礦明顯富集在磁性產(chǎn)品中。通過對磁選產(chǎn)品的主要礦物含量進行對比（表4），發(fā)現(xiàn)非磁性產(chǎn)品主要富集礦物為輝鉬礦、石膏、白云石、石英、長石、高嶺土、蒙脫石，磁性產(chǎn)品富集的礦物為白鎢礦、磁鐵礦、蛇紋石、滑石和方解石，磁選對螢石含量影響不大。

表2 干式磁選實驗Table 2 Dry magnetic separation test

表3 磁性產(chǎn)品與非磁性產(chǎn)品中鉬氧化率Table 3 Molybdenum oxidation rate of magnetic products and non-magnetic products in samples

表4 非磁性物與磁性物的礦物含量的比Table 4 Ratio of mineral content of non-magnetic products to magnetic products

采用該工藝進行了100 t/d工業(yè)實驗，六天連續(xù)運轉(zhuǎn)實驗取得較好的選礦指標(biāo)，達到了預(yù)期目的，實現(xiàn)了原礦含Mo 0.167%、WO30.142%，鉬氧化率42.70 %，得到了鉬精礦品位49.08%，鉬鎢混合精礦含Mo 14.23%、WO323.75%，Mo總回收率達74.07%、WO3總回收率54.20%，較以前的工藝相比Mo總回收率和WO3總回收率分別提升了20個百分點。

4 結(jié) 論

（1）通過對夜長坪鉬鎢礦的成礦地質(zhì)特征和礦物的賦存狀態(tài)研究，提出磁選預(yù)分離工藝，實現(xiàn)硫化礦和氧化礦的分離，將影響白鎢選別易泥化的蒙脫石、綠泥石、蛇紋石和含鈣脈石礦物石膏分離到非磁性部分，而恰恰這些礦物對輝鉬礦的選別影響不大，達到了分磨分選的目的，降低選礦藥劑用量，提高了分選效率，使用現(xiàn)有采礦方法，解決了入選礦石性質(zhì)波動對選礦過程的嚴重影響。

（2）礦物之間的共生關(guān)系是由礦床的地質(zhì)特征（包括礦床成因、成礦期次、蝕變類型）決定的，這些因素直接影響礦物的賦存狀態(tài)，也決定礦石分選工藝的選擇，同時，在選礦預(yù)選分離效果研究中不僅僅應(yīng)重視有用礦物的走向，還應(yīng)更加重視對選礦有著不利影響的礦物在預(yù)選分離過程的走向。

（3）礦床的地質(zhì)特征、礦物賦存狀態(tài)與礦物分離的關(guān)系研究是工藝礦物學(xué)研究一個非常重要的方向，特別是多期成礦作用形成的多金屬復(fù)雜共生礦床，應(yīng)多關(guān)注礦石的成礦期次以及礦物形成、分布與成礦期次的關(guān)系，這為解決復(fù)雜多期次成礦的礦床選礦問題提供一個新的思路。