川西九龍打槍溝鋰鈹?shù)V石特征及其銣元素賦存狀態(tài)和分布規(guī)律研究

賴楊，鄧偉

（中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都 610041）

我國擁有豐富的稀有、稀土等礦產資源，但近年來隨著我國經濟高速發(fā)展，礦產品的需求量逐年增加，特別是某些戰(zhàn)略性、關鍵性稀有金屬礦產資源不能自給自足，供需矛盾日漸突顯。而我國大多稀有礦產資源是以共（伴）生的形式產出，某些礦種雖然儲量很大，但由于品位偏低或選冶困難而無法被利用，急需運用新技術、新工藝，提高礦產資源節(jié)約與綜合利用水平[1-2]。本文通過對川西九龍打槍溝鋰鈹?shù)V礦石特征研究，查明礦石中稀有金屬銣元素的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律，為今后礦床的勘探、開發(fā)以及礦產資源綜合利用提供基礎參考資料。

1 地質概況

九龍縣打槍溝鋰鈹?shù)V位于四川省甘孜州九龍縣乃渠鄉(xiāng)新山溝-打槍溝一帶，大地構造位置屬于松潘-甘孜造山帶主體的雅江被動陸緣中央褶皺推覆帶內[3]。礦區(qū)出露地層有三疊系上統(tǒng)件倭組（T3zh），其巖性為灰色具條紋，條帶構造的變質粉砂巖、板巖互層，偶夾變質砂巖，爛碉一帶為變質細-粉砂巖偶夾千枚巖；以及三疊系上統(tǒng)新都橋組（T3xn）灰-深灰色板巖為主，偶夾多層同生礫巖，是礦區(qū)偉晶巖的圍巖之一。巖漿巖主要為正長巖、石英閃長巖等侵入巖，呈漸變過渡關系，礦區(qū)西側和西南不遠處分別分布有二云母花崗巖體和二云母花崗巖（株）脈[4]。礦體產于石英閃長巖體節(jié)理中及三疊系新都橋組黑云石英片巖節(jié)理中，主要以脈狀、似層狀為主，少數(shù)呈透鏡狀，與偉晶巖脈的產狀變化具有一致性的特點。礦區(qū)共圈定鋰鈹共生礦體1個，鋰礦體5個，鈹?shù)V體8個，已探獲（331+332+333）類Li2O資源量共計4萬余噸，伴生BeO資源量共計0.52萬t，伴生Rb2O資源量共計0.36萬t，礦床規(guī)模已達中型以上[4-5]。

2 礦石組構特征

礦石組構是礦石結構、構造的統(tǒng)稱。礦石結構是組成礦石的礦物結晶程度、顆粒的形狀、大小及其空間上的相互關系；礦石構造是指礦石中各種礦物集合體的形狀、大小和空間分布關系[6]。礦石的結構、構造決定礦石內各礦物或礦物集合體之間的嵌布特征，查清礦石結構構造特征，對選礦工作具有重要的指導意義。

2.1 礦石結構

礦石標本經切割制片，在偏光顯微鏡下觀察鑒定，該礦石結構主要有自形晶結構、半自形晶結構、嵌晶結構、他形晶結構、揉皺結構等，主要礦石結構簡述如下：

（1）自形晶結構：白云母以及部分鉀、鈉長石礦物顆粒按照一定的結晶習性形成完整的自形晶粒，白云母沿兩向延長方向生長形成片狀礦物，鈉長石沿兩向延長方向生長形成板狀礦物（圖1a）。

（2）半自形晶結構：部分鉀、鈉長石晶粒只有部分平直晶面，其余晶面為平緩無定形的曲面，礦物晶粒間為緊密鑲嵌關系（圖1b）。

（3）嵌晶結構：粗大的鉀長石（格子狀微斜長石）晶粒中包含細粒半自形-他形晶狀石英顆粒（圖1c）。

（4）他形晶結構：石英晶粒充填于長石、鋰輝石等礦物晶粒間，只顯示他形而不顯示自形或半自形晶（圖1d）。

圖1 礦石偏光顯微鏡下照片F(xiàn)ig.1 Microscopic characteristics of ore

2.2 礦石構造

根據(jù)礦石手標本肉眼觀察可知，礦石構造主要有塊狀構造、稀疏星點狀構造、浸染狀構造、團塊狀構造、似條帶狀構造等，主要礦石構造簡述如下：

1、塊狀構造：粗粒狀長石、石英礦物顆粒緊密嵌布連生，且分布較均勻，構成塊狀構造。

2、稀疏星點狀構造：細粒暗色礦物（黃鐵礦、錫石等）呈分散星點狀分布于礦石中，布局可見紅褐、灰褐色鐵質浸染。

3、團塊狀構造：灰白色、白色中細粒鱗片狀白云母呈團塊狀集合體分布于礦石中，構成團塊狀構造。

4、似條帶狀構造：礦石塊樣中偶見石英集合體呈似條帶狀嵌布于粗大長石晶粒間。

3 礦石物質組成

3.1 化學組成

采用多元素化學分析，對原礦綜合樣進行化學組成分析，分析結果見表1。

表1 礦石化學分析結果/%Table 1 Chemical analysis of ores

由表1可知，礦石中伴生Rb2O的品位為0.20%，達到機選0.2%的最低工業(yè)品位（伴生型一般工業(yè)指標）[7]；礦石中Li2O品位0.44%，達到機選Li2O的最低邊界品位（0.4%）；礦石中BeO品位為0.082%，達到機選BeO的最低工業(yè)品位（0.08%）；礦石中Nb2O5+Ta2O5品位為0.0137%，達到Nb2O5+Ta2O5的最低邊界品位（0.012%）；其他伴生有價元素主要為銫、鎵、錫等，均未達到最低工業(yè)品位，但鋰、鈹、鈮、鉭等有價元素可考慮綜合回收利用。

3.2 礦物組成

通過手標本觀察，礦石光、薄片的顯微鏡觀察研究，原礦綜合樣的X射線衍射分析（圖2），掃描電鏡微區(qū)能譜分析，AMICS礦物自動分析等測試手段，確定了礦物中主要礦物組成。礦石中礦物含量的測定是以礦石綜合樣為準，制取AMICS測試樣品，采用AMICS礦物全自動分析儀測定，測定結果見表2。

從表2可以知，原礦綜合樣主要由堿性長石（微斜長石+正長石）、鈉長石、石英組成，含量分別為31.35%、23.75%、30.33%，長英質礦物含量合計約85.43%；次要礦物為白云母和鋰輝石；少量礦物為黏土礦物、磷灰石等；以及合計約0.27%的其他微量礦物。

表2 原礦綜合樣礦物組成Table 2 Mineral composition of ore samples

4 主要礦物的工藝特征

4.1 長石類

長石是分布最廣泛、最重要的一類造巖礦物，是含K、Na、Ca和Ba的架狀硅酸鹽礦物，同時有少量Li、Rb、Cs等元素周期表中ⅠA族元素以類質同象的形式代替Na和K元素。該原礦中長石類礦物主要為堿性長石中的微斜長石和正長石，以及斜長石亞族中的鈉長石。堿性長石和斜長石的物理、化學性質極其相似（表3），僅在晶體結構上存在較為明顯的單斜、三斜晶系之分，目前暫時無法利用二者物理性質的差異來分離鉀、鈉長石。

表3 堿性長石與斜長石物理性質對比Table 3 Comparison of physical properties between alkaline feldspar and plagioclase

4.1.1 堿性長石

微斜長石和正長石都是堿性長石亞族中富鉀的變種礦物（可統(tǒng)稱為鉀長石），原礦中含量合計31.35%。二者在化學成分上差異不大，主要區(qū)別在于晶體結構及光學性質上；微斜長石屬三斜晶系礦物，在偏光顯微鏡下常見格子狀雙晶（圖3a、3b）；正長石屬單斜晶系礦物，在偏光顯微鏡下常見卡巴斯雙晶（圖3a）。其他相同的特征為：肉眼觀察鉀長石呈灰白色，玻璃光澤，晶粒粗大，粒徑主要集中于0.5～5 mm，亦可見少量粒徑大于10 mm，板柱狀，呈半自形-它形晶結構產出；單偏光顯微鏡下呈無色，負低突起，表面因具有黏土化蝕變而顯渾濁（圖3a、圖3b）；正交偏光顯微鏡下干涉色呈一級灰-灰白。堿性長石（鉀長石）晶粒自形程度總體要低于鈉長石，鉀、鈉長石多呈鑲嵌連生、包含包裹等結構產出，對鉀、鈉長石選礦分離有較大的影響。

圖3 長石類礦物偏光顯微鏡下照片F(xiàn)ig.3 Microscopic characteristics of feldspar minerals

為了查明堿性長石（鉀長石）礦物中主、微量元素的含量（特別是銣元素），通過電子探針微區(qū)分析（表4），結果顯示：鉀長石中主要組分及平均值分別為SiO2（64.125%）、Al2O3（18.605%）、K2O（16.341%）、Na2O（0.296%）；微量組分及平均值分別為：Rb2O（含量范圍：0.135%～0.774%，平均值0.389%）、Cs2O（0.22%）、P2O5（0.069%）、FeO（0.012%）、MnO（0.002%）、CaO（0.003%）等。

表4 堿性長石電子探針微區(qū)分析結果/%Table 4 Micro-analysis results of alkaline feldspar electron probe

4.1.2 斜長石

鈉長石是斜長石亞族中富鈉的變種礦物，原礦中含量23.75%，屬三斜晶系，灰白色，具玻璃光澤，解理發(fā)育，晶體多呈板狀，具半自形-自形晶結構，粒徑主要集中于0.2～3 mm，亦可見少量粒徑大于10 mm，肉眼下鉀、鈉長石不易辨別；薄片中為無色透明，負低突起，干涉色一級灰白，常見黑白相間的聚片雙晶現(xiàn)象（圖3c、圖3d）。鈉長石晶粒自形程度總體要高于鉀長石，鉀、鈉長石多呈鑲嵌連生、包含包裹等結構產出。

為了查明斜長石（鈉長石）礦物中主、微量元素含量（特別是銣元素），通過電子探針微區(qū)分析（表5），結果顯示：斜長石中主要組分及平均值分別為SiO2（68.313%）、Al2O3（19.590%）、K2O（0.112%）、Na2O（11.176%）；微量組分及平均值分別為：Rb2O（0.001%）、Cs2O（0.004%）、P2O5（0.089%）、FeO（0.016%）、MnO（0.008%）、CaO（0.084%）等。

表5 斜長石電子探針微區(qū)分析結果/%Table 5 Micro-analysis results of plagioclase electron probe

4.2 石英

石英（SiO2）是原礦中主要礦物之一，含量約30.33%，僅次于鉀長石，略高于鈉長石。石英在礦石樣品中具它形晶結構，粒徑主要分布于0.8～3 mm，多以粒狀集合體產出，無色透明，部分因鐵質混染顯淺棕黃色，具油脂光澤。偏光顯微鏡下顯無色、透明，表面干凈，干涉色一級灰白（個別薄片略厚，顯橙黃），平行消光，個別晶粒受應力作用出現(xiàn)波狀消光（圖1b、1d）。它形粒狀石英多以單體或粒狀集合體嵌布于長石、云母等礦物粒間，彼此緊密毗連鑲嵌（圖3c）。

為了查明石英中微量元素的含量（特別是銣元素），在實體顯微鏡下挑選2.41g石英單礦物，純度＞99%，經單礦物微量元素分析可知：Rb2O含量為0.003%，Li2O含量0.037%，BeO含量0.147%。石英中一般不含Be，但單礦物分析結果顯示其含有少量的Be，可能是單礦物中混入了含Be的礦物包裹體造成的。

4.3 白云母

本礦石樣品中云母的含量為8.44%，以白云母為主，另含少量金云母、黑云母。白云母呈珍珠白色，具珍珠光澤，一組極完全解理，呈不規(guī)則片狀，片經一般1～3 mm，少量細粒片徑為0.01～0.02 mm，多以片狀集合體產出，集合體粒度一般0.5～5 mm。偏光顯微鏡下呈無色，閃突起明顯，正低-中突起，解理紋多見，近平行消光，干涉色鮮艷，顯藍綠、橙紅色（圖3c、圖3d），偶見云母受應力作用具揉皺結構。云母主要以集合體形分布于長石、石英粒間，另有少量細粒鱗片狀云母嵌布于鈉長石粒間。

為了查明云母中微量元素的含量（特別是銣元素），通過電子探針微區(qū)分析（表6），結果顯示：云母中主要組分及平均值分別為SiO2（44.929%）、Al2O3（34.693%）、K2O（11.915%）、Na2O（0.252%）；微量組分及平均值分別為：Rb2O（含量0.231%～0.88%，平均0.581%）、Cs2O（0.041%）、P2O5（0.004%）、FeO（2.507%）、MnO（0.173%）、CaO（0.069%）等。

表6 白云母電子探針微區(qū)分析結果/%Table 6 Micro-area analysis results of muscovite electron probe

在實體顯微鏡下挑選1.51 g云母單礦物，純度＞99%，經單礦物微量元素分析可知：Rb2O含量為0.734%，Li2O含量1.081%，BeO含量0.008%。

由于云母單礦物中Rb2O含量值與電子探針微區(qū)分析Rb2O含量值相比，單礦物Rb2O含量值更接近于真實值，故在計算Rb元素平衡配分時選用云母單礦物中Rb2O含量值0.734%。

4.4 鋰輝石

鋰輝石（LiAl[Si2O6]）是富鋰花崗偉晶巖的特征礦物，是提取鋰的重要原料。鋰輝石的化學成分較穩(wěn)定，常有少量Fe3+和Mn3+代替Al3+，Na+代替Li+，并含有K、Ca、Mg、Fe、Cr等雜質。

本礦石樣品中鋰輝石的含量約5.17%，呈無色略帶淡黃色，短柱狀或板狀，粒徑一般為0.2～1 mm，偶見＞2 mm，具半自形-自形晶結構，晶面縱紋發(fā)育，解理完全；偏光顯微鏡下顯無色，正高突起，干涉色一級橙黃至二級藍，斜消光（圖1d）。鋰輝石主要分布于長石、石英粒間，與長石、石英呈毗連鑲嵌產出，偶見鋰輝石晶粒包含它形粒狀石英，形成嵌晶結構。

為了查明鋰輝石中微量元素的含量（特別是銣元素），在實體顯微鏡下挑選0.28 g鋰輝石單礦物，純度＞99%，經單礦物微量元素分析顯示：Rb2O含量為0.009%，Li2O含量6.459%，BeO含量0.002%。

5 銣元素賦存狀態(tài)及分布規(guī)律

自然界中沒有獨立的銣礦物，銣常分散在載體礦物中。為了查清本礦石中銣的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律，本文開展如下研究工作：

原礦綜合樣經AMICS礦物自動分析儀測試獲得綜合樣中主要礦物含量（表2）；由于實體顯微鏡下很難辨別鉀、鈉長石，無法挑選較純的鉀長石、鈉長石單礦物，故通過制作原礦薄片（探針片），經偏光顯微鏡下鑒定圈出鉀、鈉長石以及白云母，并通過電子探針微區(qū)分析，測定鉀長石、鈉長石以及白云母中主、（部分）微量元素含量（特別是銣元素的含量）；通過在實體顯微鏡下挑選獲得石英、白云母、鋰輝石的單礦物，通過電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）分析，獲得微量元素含量（特別是銣元素的含量）。由以上數(shù)據(jù)計算，獲得各含銣礦物中Rb2O的配分量及配分比，并計算出了銣元素的平衡配分系數(shù)為5.00%（表7）。

表7 原礦綜合樣中銣元素配分Table 7 Distribution of rubidium element in the comprehensive sample of raw ore

由表7可知，原礦綜合樣中堿性長石（鉀長石）中Rb2O的配分比為65.77%，云母類中Rb2O的配分比為33.36%，以上二者配分比合計99.13%，其余0.87%的Rb2O分散在石英、鋰輝石、鈉長石等其他礦物中，說明銣元素主要分布于堿性長石（鉀長石）和云母類礦物中。

堿性長石（鉀長石）（K[AlSi3O8]）和云母（K{Al2[AlSi3O10](OH)2}）都是富鉀礦物，鉀元素和銣元素為元素周期表中ⅠA族相鄰元素，二者化學性質相近，Rb+離子以類質同象形式替代K+離子形成含銣的礦物。鈉長石中陽離子以Na+為主，同時含有少量Ca2+、Ba2+、K+等，Rb+陽離子同樣可以以類質同象形式替代K+陽離子形成含銣的礦物，故鈉長石中Rb2O的含量很低。石英、鋰輝石等礦物中分散賦存極少量的銣，該部分呈分散狀的Rb2O占比低，可視作合理損失的Rb2O。

從以上結果可知，本原礦綜合樣中銣元素的載體礦物為堿性長石（鉀長石）和白云母，即為選礦環(huán)節(jié)的主要回收目標礦物；銣元素主要以類質同象的形式賦存于富鉀的礦物中，銣元素與鉀元素的關系較密切，二者含量具有正相關性。

6 結 論

（1）根據(jù)礦石中銣元素的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律研究可知，銣元素主要分布于鉀長石和白云母中，二者分布配分比合計為99.13%，銣元素在其他礦物中也有少量分布。因此，在選礦過程中主要回收目的礦物為鉀長石和白云母。

（2）鉀長石和鈉長石的物理、化學性質極其相似，僅在晶體結構上存在較為明顯的單斜、三斜晶系之分，目前暫時無法利用二者物理性質的差異來分離鉀、鈉長石，所以想要通過選礦手段將鉀、鈉長石分離，難度巨大，在富集銣精礦時不可避免帶入大量鈉長石，勢必降低銣的選礦指標。

（3）礦石綜合樣中白云母的含量約8.44%，白云母呈片狀且具有弱磁性，而石英、鉀長石、鈉長石、鋰輝石等主要礦物（含量合計約90.6%）呈粒狀且均無磁性，白云母與石英、鉀長石、鈉長石、鋰輝石等主要礦物具有形態(tài)差異和磁性差異，白云母具有良好的分選性。白云母可在強磁作業(yè)下充分分離富集，獲得白云母精礦，對提高銣的選礦指標，意義重大。

（4）該原礦屬偉晶巖型礦石，礦物晶粒較粗大，礦石經磨礦后礦物單體解離度一般較好，綜合以上分析認為白云母分離富集相對容易，但鉀長石分離富集相對困難。