山東蒙陰地區(qū)金伯利巖工藝礦物學(xué)研究

高存山 朱成河 商祥鴻 肖丙建 曹和才 劉淑楨

（1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院；2.山東省地礦局金剛石成礦機(jī)理與探測重點(diǎn)實驗室；3.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院；4.臨沂市羅莊區(qū)自然資源局）

山東省蒙陰地區(qū)為全國金剛石采選的重要基地，素有“中國金剛石之都”之稱。金伯利巖是金剛石的主要含礦母體，蒙陰地區(qū)金伯利巖由以雁列狀排列的常馬、西峪和坡里3個巖帶組成［1］。受研究深入程度和經(jīng)濟(jì)效益的影響，目前從該地區(qū)金伯利巖中僅回收金剛石礦物，而對鈣鈦礦、磷灰石、鉻鐵礦等其他有用礦物并未回收，因而礦石的綜合利用水平很低。

前人雖曾對該地區(qū)金伯利巖的綜合利用進(jìn)行過粗略分析，但是分析內(nèi)容主要集中在礦石化學(xué)成分、鈣鈦礦單礦物化學(xué)成分及稀土含量等方面，但未曾進(jìn)行過詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究，礦石中鈣鈦礦、磷灰石、鉻鐵礦等礦物的含量、粒度分布、嵌布特征等均不明了［2］。

為實現(xiàn)該金伯利巖中鈣鈦礦、磷灰石、鉻鐵礦、稀土等礦物的綜合回收［3-5］，并為選礦工藝流程的確定提供技術(shù)依據(jù)，采用顯微鏡觀測、MLA分析和電子探針分析等手段對該金伯利巖代表性礦石進(jìn)行了詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究［6-7］。

1 礦石成分分析

1.1 礦石主要化學(xué)成分分析

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

注：Th、U、REE的含量單位為g/t。

由表1可知，礦石的Ti、P及伴生稀土元素含量較高，可以考慮綜合利用。

1.2 礦石的礦物組成

礦石的礦物組成分析結(jié)果見表2。

由表2可知，礦石中主要有用礦物為鈣鈦礦、磷灰石和鉻鐵礦，其他礦物綜合利用價值不大；主要脈石礦物為蛇紋石、橄欖石、金云母，其次為透閃石、鈣鐵榴石、透輝石、褐鐵礦、角閃石等。

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石主要構(gòu)造類型為塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造，未見成層性和定向性；礦石的結(jié)構(gòu)類型為斑狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)。礦石中大部分鈣鈦礦、磷灰石等有用礦物呈浸染狀分布在主體巖石中；礦石中可見蛇紋石交代其他礦物，具有交代結(jié)構(gòu)。

3 主要有用礦物的嵌布特征

（1）鈣鈦礦。鈣鈦礦是礦石中的最主要有用礦物，可廣泛應(yīng)用于太陽能電池行業(yè)［3］，礦物含量為2.86%。礦石中鈣鈦礦粒度較細(xì)，多小于75μm（圖1（a）），多呈半自形粒狀晶形（圖1（b））；鈣鈦礦多呈浸染狀分布在礦石中（圖1（a）），與脈石礦物平直接觸（圖1（c））。磨礦產(chǎn)品中部分鈣鈦礦已單體解離（圖1（d）），但大部分因粒度細(xì)而被脈石礦物緊密包裹（圖1（e））。稀土元素及鈮、鉭等主要分布在鈣鈦礦中，與鈦成類質(zhì)同象，稀土總含量為675 g/t，鈮鉭總含量為300 g/t。電子探針分析的鈣鈦礦成分分析結(jié)果見表3。

（2）磷灰石。磷灰石是礦石中的主要有用礦物之一，含量為2.03%。礦石中的磷灰石粒度較細(xì)，多小于75μm（圖2（a）），與脈石礦物共生關(guān)系緊密，晶形大多不規(guī)則狀（圖2（b）），主要呈浸染狀分布（圖2（c）），多與脈石礦物緊密共生（圖2（d））。磨礦產(chǎn)品中部分磷灰石已單體解離（圖2（e）），大部分與脈石礦物連體（圖2（f））。

（3）鉻鐵礦。鉻鐵礦也是礦石中的主要有用礦物，含量為0.69%。礦石中的鉻鐵礦多呈浸染狀分布（圖3（a）），粒度極細(xì)，一般小于38μm（圖3（b）），晶形多不規(guī)則（圖3（c）），與脈石礦物緊密共生（圖3（d））。在磨礦樣品中部分鉻鐵礦已經(jīng)單體解離（圖3（e）），大部分與脈石礦物連體（圖3（f））。礦石中鉻鐵礦粒度極細(xì)，與脈石礦物緊密共生，單體解離難度較大。

4 主要有用礦物的粒度分布及解離特性

采用MLA分析等方法測定的主要礦物嵌布粒度見表4，磨礦細(xì)度為-75μm占39.06%時的單體解離度見表5。

由表4可知，礦石中主要有用礦物粒度極細(xì)，其中鉻鐵礦和鈣鈦礦主要分布在-38μm，磷灰石主要分布在-75μm。

由表5可知，礦石在磨礦細(xì)度為-75μm占39.06%情況下的單體解離度較低，磷灰石相對較高，也僅為24.08%，鉻鐵礦與鈣鈦礦貧連生體分布率高達(dá)70%以上。

5 影響選礦的工藝礦物學(xué)因素

（1）礦石中主要有用礦物鈣鈦礦、磷灰石和鉻鐵礦的含量雖然都達(dá)到了綜合利用的最低要求，礦物含量均不高，因此，選別難度較大。

（2）鈣鈦礦和磷灰石的粒度多小于75μm，鉻鐵礦的粒度更細(xì)，多小于38μm，因此，這些礦物的單體解離難度較大，因而不利于獲得較高的回收率。

（3）對于該礦石而言，確定合適的磨礦細(xì)度至關(guān)重要，既要保證大部分有用礦物單體解離，又要防止因過磨泥化帶來選別難度增大問題。

（4）稀土及鈮、鉭等主要分布在鈣鈦礦中，與鈦以類質(zhì)同象形式存在，這些有益組分將通過選礦富集鈣鈦礦的方式富集，稀土和鈮鉭的分離只有通過冶金工藝實現(xiàn)。

6 結(jié)論與建議

（1）山東蒙陰地區(qū)金伯利巖的Ti、P及伴生稀土等具有綜合利用價值，主要有用礦物為鈣鈦礦、磷灰石和鉻鐵礦，TiO2含量為2.06%%，P2O5含量為0.98%，Cr2O3含量為0.14%，稀土總含量為675 g/t。

（2）礦石主要構(gòu)造類型為塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造，礦石的結(jié)構(gòu)主要為斑狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)。礦石中大部分鈣鈦礦、磷灰石等有用礦物呈浸染狀分布在主體巖石中，蛇紋石交代其他礦物，構(gòu)成交代結(jié)構(gòu)。

（3）鈣鈦礦含量為2.86%，粒度多小于75μm，呈半自形粒狀、浸染狀分布在礦石中，有的與脈石礦物平直接觸；磷灰石含量為2.03%，粒度多小于75μm，與脈石礦物共生關(guān)系緊密，晶形大多不規(guī)則，主要呈浸染狀分布；鉻鐵礦含量為0.69%，多呈浸染狀分布，粒度極細(xì)，一般小于38μm，晶形多不規(guī)則，與脈石礦物緊密共生。

（4）礦石中主要有用礦物粒度極細(xì)，其中鉻鐵礦和鈣鈦礦多小于38μm，磷灰石多小于75μm；礦石在磨礦細(xì)度為-75μm占39.06%情況下，鈣鈦礦、磷灰石和鉻鐵礦的單體解離度均較低，磷灰石相對較高，也僅為24.08%，鉻鐵礦與鈣鈦礦貧連生體分布率高達(dá)70%以上。

（5）礦石中鈣鈦礦、磷灰石和鉻鐵礦的含量低，嵌布粒度細(xì)均會增大選別的難度，要獲得理想的選別指標(biāo)，合適的磨礦細(xì)度至關(guān)重要；稀土及鈮、鉭等主要分布在鈣鈦礦中，與鈦以類質(zhì)同象形式存在，這些有益組分將通過選礦富集鈣鈦礦的方式富集，稀土和鈮鉭的分離只有通過冶金工藝實現(xiàn)。

（6）礦石在選別金剛石后，首先應(yīng)考慮磷的綜合回收，然后研判鉻鐵礦、鈣鈦礦的綜合回收。其中，磷灰石采用浮選法回收，鉻鐵礦采用磁選法回收，鈣鈦礦采用重選法回收。