某螢石礦工藝礦物學(xué)特征研究*

曹陽(yáng)陽(yáng)，梁 歡，何東升，宋國(guó)平

(1.武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430073；2.孝感市生態(tài)環(huán)境局應(yīng)城市分局，湖北 應(yīng)城 432400)

0 引言

螢石又名氟石，化學(xué)成分為CaF2，是一種重要的非金屬礦物材料[1]。目前全球發(fā)現(xiàn)了大量的螢石礦床，已探明的螢石礦儲(chǔ)量約為5億t[2-4]。我國(guó)螢石礦資源位居世界第三，占世界總儲(chǔ)量的10%，其中華東、華北和華中3個(gè)地區(qū)的礦山數(shù)量占全國(guó)的85%以上，而開(kāi)采礦石總量約占全國(guó)總采礦量的80%[5-7]。螢石礦床的類(lèi)型可分為單一型螢石礦床和伴(共)生型螢石礦床。單一型螢石礦床的礦石組成以螢石、石英為主，脈石礦物為方解石、白云石、磁鐵礦、磷灰石和硫化物等。伴(共)生型螢石礦床中的螢石是該礦床的脈石礦物，而其最主要的礦物為方解石、金屬硫化物和磁鐵礦，因此伴(共)生型螢石礦床中的螢石是隨著主要礦物的開(kāi)采而被回收利用的。我國(guó)目前螢石礦的主要來(lái)源是單一型螢石礦床，伴(共)生型螢石礦床的開(kāi)發(fā)水平比較落后[8]。

螢石是自然界含氟量最高的礦物，是氟化工的主要礦物原料，同時(shí)也被用于新能源、新材料等一些新興產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，螢石的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，在氟化、制冷、航空、醫(yī)藥和原子能等行業(yè)也得到了應(yīng)用[9-10]。螢石在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用是作為鋼鐵工業(yè)的熔劑，用于增加熔融礦物的流動(dòng)性，從而降低冶煉溫度，減少能源的消耗。螢石在化工領(lǐng)域可作為制備氫氟酸及其衍生物的原料，在塑料工業(yè)中使用可使塑料的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性大幅度提高。我國(guó)豐富的螢石資源促進(jìn)了氟化工行業(yè)的飛速發(fā)展，也促進(jìn)了新能源、新材料等一些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，螢石礦資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展具有越來(lái)越重要的戰(zhàn)略意義[11-12]。

1 礦石的化學(xué)成分

礦石樣品采自甘肅某礦，均勻混合后破碎、篩分、對(duì)輥細(xì)碎至-1 mm，裝袋制成樣品后用于工藝礦物學(xué)研究。

礦石樣品中的主要元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 螢石礦樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果 單位：%

由表1可知，該礦石的主要有用礦物為CaF2，其品位為5.10%，屬于典型的低品位螢石礦，主要雜質(zhì)為SiO2、CaO、MgO、Fe2O3。

2 礦石的礦物組成

礦石樣品的主要礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2。

表2 礦石樣品的主要礦物組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

由表2可知，礦石樣品中所含礦物種類(lèi)較多，礦石中含量最多的脈石礦物為石英，而主要的有用礦物為螢石，其余脈石礦物主要為方解石、白云石、磁鐵礦，此外還含有微量的鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和重晶石等礦物。

礦石樣品中鈣元素的分配比見(jiàn)表3。由表3可知，鈣元素主要分配于氟化物礦物和碳酸鹽礦物中，其中螢石的占有率為60.63%，方解石的占有率為25.87%，白云石的占有率為13.08%。礦石中含有較多的碳酸鹽礦物，在浮選中尤其要注意脫除方解石和白云石，否則會(huì)增加螢石的分選難度。

表3 礦石樣品中鈣元素的分配比 單位：%

3 主要礦物的嵌布特征

利用AMICS對(duì)具有代表性的主要礦物進(jìn)行表面微觀形貌和微區(qū)成分分析。圖1為螢石與石英共生的嵌布形態(tài)。由圖1可知：一部分螢石以單體顆粒的形式存在，晶體完整，但結(jié)晶顆粒均較細(xì)；一部分螢石呈自形或半自形結(jié)構(gòu)不均勻分布在脈石礦物之間，結(jié)晶顆粒呈致密塊狀，不完全解離，粒度一般在30～50 μm，少量的螢石(>50 μm)與石英緊密共生，周邊多鑲嵌細(xì)粒石英，顯示螢石與石英的成因關(guān)系密切。

圖1 螢石與石英共生的嵌布形態(tài)

圖2為螢石與白云石共生的嵌布形態(tài)。

圖2 螢石與白云石共生的嵌布形態(tài)

由圖2可知：白云石呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)包裹于螢石集合體中，結(jié)晶顆粒非常細(xì)，粒度在5～10 μm；白云石主要呈自形、半自形粒狀結(jié)構(gòu)，并且以不均勻粒狀或致密塊狀分布于礦石基質(zhì)內(nèi)，少量白云石與石英緊密共生或與次生石英共生于晶洞，粒度一般在15～30 μm；方解石呈顯微球粒單晶分布于石英集合體的邊緣位置，或以網(wǎng)脈狀分布于基質(zhì)中，結(jié)晶顆粒較粗，粒度一般在25～35 μm。

圖3為螢石與磁鐵礦共生的嵌布形態(tài)。由圖3可知：磁鐵礦以緊密粒狀和不規(guī)則粒狀分散在基質(zhì)中，一部分鑲嵌于螢石內(nèi)，與石英、螢石形成共生關(guān)系，粒度一般在20～25 μm；石英呈不規(guī)則塊狀或粒狀，一部分與白云石緊密共生或與螢石、磁鐵礦共生，多數(shù)石英與螢石形成復(fù)雜的浸染、鑲嵌共生關(guān)系，粒度一般在25～50 μm。

圖3 螢石與磁鐵礦共生的嵌布形態(tài)

表4為螢石與脈石礦物的嵌布特征。由表4可知，通過(guò)AMICS測(cè)試礦石樣品得到的螢石單體解離度為67.60%。螢石主要與石英、方解石、白云石、磁鐵礦等礦物共生，其中與螢石共生最多的礦物為石英，共生體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計(jì)為15.11%，而螢石與白云石共生體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計(jì)為4.67%，可以通過(guò)細(xì)磨進(jìn)一步提高礦石中螢石的單體解離度，以降低脈石礦物之間的連生體對(duì)螢石分選指標(biāo)的影響。

表4 螢石與脈石礦物的嵌布特征 單位：%

由AMICS測(cè)定螢石礦過(guò)程示意圖(見(jiàn)圖4)可知，多數(shù)螢石礦與石英以毗鄰的形式共生，共生邊界較不規(guī)則，部分細(xì)粒狀螢石包裹于石英中，也有部分較細(xì)粒的石英包裹于螢石礦中。白云石大多呈細(xì)微粒狀，部分與螢石連生，相對(duì)于石英礦物的解離情況較好。

圖4 AMICS測(cè)定螢石礦過(guò)程示意圖

綜上所述，螢石礦的單體解離度比較高，達(dá)到了67.60%，共生比較多的脈石礦物為石英。礦石樣品中石英與螢石的解離較差，并且兩者均含有微細(xì)礦物顆粒，這樣不僅增加了螢石的分選難度，也會(huì)造成螢石礦資源的浪費(fèi)。

4 主要礦物的粒度分布特征

AMICS測(cè)得的主要礦物的粒度分布見(jiàn)圖5和表5。

圖5 螢石礦物的粒度分布

表5 螢石礦物的粒度分布

由圖5可知，隨著顆粒粒徑的增大，螢石礦的單體顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大。結(jié)合表5可知：該樣品屬于細(xì)粒螢石礦，樣品中粒徑大于26.52 μm的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.03%；螢石礦中螢石單體礦物-75 μm粒級(jí)的總占比為100%，而螢石的最佳浮選粒級(jí)為10～100 μm[13]，其中-22.30 μm粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大。

螢石礦物單體顆粒按面積排列圖見(jiàn)圖6。由圖6可知，螢石礦浸染狀構(gòu)造中，礦石礦物的分布雜亂，沒(méi)有固定的方向，并且礦石的粒度相對(duì)較細(xì)，因此在選別過(guò)程中無(wú)需細(xì)磨。

圖6 螢石礦物單體顆粒按面積排列圖

5 結(jié)論

a.本研究礦石樣品中的主要有用礦物為螢石，主要脈石礦物為石英，其次為方解石、白云石等。

b.螢石在礦石中的存在形式主要為細(xì)粒狀和致密塊狀，與方解石、白云石、石英、磁鐵礦等脈石礦物有較復(fù)雜的共生關(guān)系。

c.螢石礦的單體解離度為67.60%，部分與磁鐵礦、石英共生，部分包裹著白云石。礦石中的螢石屬于中細(xì)粒嵌布,其中11.15～63.07 μm粒級(jí)中細(xì)微粒占83.48%，-11.15 μm粒級(jí)的微細(xì)粒占14.74%，因10～100 μm粒級(jí)是螢石的最佳浮選粒級(jí)，因此該礦石無(wú)需細(xì)磨。