河南某地锡锂铍铌钽矿石矿物学特征及可选性研究.pdf
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1、2023年第5期doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2023.05.001河南某地锡锂铍铌钼矿石矿物学特征及可选性研究有色金属(选矿部分)杜晓冉1,顾茗心1,李菊红,王(1.河南省岩石矿物测试中心,郑州450 0 12;2.河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院,郑州450 0 0 0;3.南阳市产品质量检验检测中心,河南南阳47 30 0 0)真1,杨兆青1,周晶,孟珂”摘要:为查清河南某地锡锂铍锯钼矿石性质,通过化学分析、X衍射、扫描电镜分析、能谱分析等岩矿测试技术手段,对该矿石的化学组成、矿物组成、矿物粒度和嵌布特征,以及锡锂铍锯钼元素的赋存状态进行了详细的矿物
2、学研究。结果表明,该矿石的矿物组成极为复杂,矿物共生关系多样,粒度大小不一。有用矿物成分主要为锂辉石、绿柱石、锯钼铁锰矿、细晶石、锡石等,非金属矿物成分主要为石英、长石等。通过强磁选、重选和浮选的工艺流程,可对该矿产资源中有用成分进行综合回收利用。关键词:锡锂铍锯钼矿石;矿物学特征;可选性中图分类号:TD91Mineralogical Characteristics and Washability of a Sn-Li-Be-Nb-Ta Ore in Henan ProvinceDUXiaoran,GUMingrin,LI Juhong,WANG Zhen,YANG Zhaoqing,ZHOU
3、Jing,MENGKe3(1.Henan Provincial Testing Center for Rocks and Minerals,Zhengzhou 450012,China;2.Henan Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and DevelopmentNo.4 Institute of Geology and Mineral Resources Survey,Zhengzhou 450000,China;3.Nanyang Product Quality Inspection and Te
4、sting Center,Nanyang 473000,Henan,China)Abstract:In order to find out the properties of the Sn-Li-Be-Nb-Ta ore in a certain place in Henanprovince,a detailed mineralogical study was carried out on the chemical composition,mineral composition,mineral size,and distribution characteristics of the ore a
5、nd the occurrence state of Sn-Li-Be-Nb-Ta elementsby means of chemical analysis,X-ray diffraction,scanning electron microscope analysis and energyspectrum analysis.The results showed that the mineral composition of the ore was extremely complex,themineral symbiosis relationship was diverse,and the p
6、article size was different.The useful mineralcomponents were mainly spodumene,beryl,niobium tantalum ferromanganese,fine crystal,cassiterite,and so on.The non-metallic mineral components were mainly quartz,feldspar,and so on.Through thetechnological process of high-intensity magnetic separation,grav
7、ity separation,and flotation,the usefulcomponents in the mineral resources can be comprehensively recycled.Key words:Sn-Li-Be-Nb-Ta ore;mineralogical characteristics;washability锡是人类最早发现和使用的金属之一,随着科技发展,锡被应用于光伏产业、绿色材料PVC阻燃等新型材料。锂是稀有金属,又是最轻的碱金属。锂及其化合物是国防尖端科技和民用高新技术领域极其重要的原料。铍是最轻的金属之一,具有耐腐蚀性、良好的辐射透过性、吸热
8、能力强、机械性能稳文献标志码:A文章编号:16 7 1-9492(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 9定等特性,铍金属和铍铜合金在国防工业、航空航天和核工程领域发挥重要作用1-2。锯钼元素的丰度值较低,是稀有矿资源,钮、钜金属具有延性好、耐腐蚀、耐高温、焊接性能好等优良特性,广泛应用于冶金工业、原子能工业、航空航天工业、超导材料等方面3-41。收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 5基金项目:河南省国土资源科研项目(豫国土资发2 0 143号)作者简介:杜晓冉(197 3-),河南洛阳人,学士,高级工程师,珠宝质检师,主要从事工艺矿物学、岩矿鉴定等研究。2中国的稀有金属矿物资源相对贫
9、乏,其中的有用金属含量较低,尤其是锯、钼、铍、锡、锂等稀有成分,这些成分的共生矿物和伴生矿物的物理特性相似,分离十分困难5-6。共伴生关系复杂的锡锂铍锯钼矿,大多都具有较高的综合回收利用价值,采用重选一磁选一浮选一化学选矿等联合选矿工艺流程,可实现多种有用矿物的综合回收7。河南某地锡锂铍铌钼稀有金属矿,多种稀有金属共生和伴生,伴生矿物有电气石、长石、石英和云母等。为了充分利用该稀有矿产资源,使其Table 1 Main chemical composition analysis results of the ore成分Li20含量9.717X10-6成分Cao含量1.691.2矿石矿物成分含量
10、分析矿石类型为伟晶岩型锡锂铍锯钼矿石。利用光学显微镜、XRD、SEM、ED S等多种鉴定分析手段对矿石光片、薄片、粉末等进行分析研究,确定组成矿石的矿物成分多达二十余种,有用矿物为锂辉石、绿柱石、锯钼铁锰矿、细晶石、锡石。主要矿物成分为石英、斜长石、高岭石、白云母和钾长石,次要矿物成Table 2 Main mineral composition analysis and relative content of the ore有用矿物锂辉石L5磷铝锂石1绿柱石少钼铁锰矿少细晶石少锡石少2矿石结构图1为矿石结构图。1)粒状结构。矿石中大多矿物呈粒状分布,细晶石、磷铝锂石以及长石、石英等成分均呈粒
11、状,少部分绿柱石、锯钼铁锰矿、锡石呈粒状,不均匀分布(图 la、b、c、j)。2)柱状结构。锂辉石大多呈半自形柱状外形,部分颗粒粗大,可达数十毫米。部分电气石、角闪石呈柱状晶形(图1f、g)。3)自形、半自形晶结构。部分锡石呈自形晶,边有色金属(选矿部分)发挥最大价值,对其开发利用研究提供详细的基础性支撑,对有代表性的样品进行了矿物学特征研究。依据矿物学特征对多种稀有金属的可选性特性进行分析,为选矿工艺的研究提供数据8-9。1矿石物质组成1.1矿石化学多元素分析矿石化学元素分析结果见表1。由表1可知,矿石中有回收价值的元素为Li、Be、Nb、T a 和Sn。表1矿石主要化学成分分析结果BeON
12、b205614X10-696.38X10-6MgOSiO20.3474.98表2 矿石主要矿物组成及含量分析结果主要矿物0.5石英35斜长石22高岭石15白云母11钾长石82023年第5期/%Ta2OsSn172X10-60.05K20Na202.493.60分为方解石、磷灰石、绿泥石、角闪石、电气石、菱铁矿、黑云母等,见表2。该矿石矿物种类较多,组成复杂,矿物共生关系多样,选矿分离的重点和难点在于:一是锯钼铁锰矿与锡石、电气石的分选富集;二是锂辉石与绿柱石的分选富集。/%次要矿物少量(微量)矿物方解石磷灰石0.5绿泥石0.5角闪石0.5电气石0.5菱铁矿0.5界平直,晶形完好。部分锯钼铁锰矿
13、呈半自形板状晶形。部分绿柱石、角闪石、电气石呈半自形柱状晶形(图 1a、i)。4)它形晶结构。部分细晶石、绿柱石、磷灰石、磷铝锂石等呈他形晶结构。大多石英呈它形晶结构(图 1b、c、f、j)。5)聚粒状结构。锯钼铁锰矿、细晶石、电气石等常常数个颗粒聚集,局部不均匀分布(图1b、e、h)。6)包裹结构。部分颗粒较大的石英、斜长石、白云母、磷铝锂石中包裹有锯钼铁锰矿、细晶石、电气石、绿柱石等小包体(图1d)。P2Os1.06Al2O3TiO213.780.023黑云母萤石锆石黄铁矿磁铁矿 黄铜矿锐钛矿赤铁矿Fe2O30.35Mno0.0782023年第5期杜晓冉等:河南某地锡锂铍锯钼矿石矿物学特征
14、及可选性研究绿柱石锡石细晶石250m(a)自形粒状锡石200m(b)粒状细晶石1000 m(c)粒状绿柱石磷铝锂石绿柱石斜长石(d)斜长石中包裹绿柱石500um500m(e)粒状磷铝锂石锂辉石锂辉石电气石1000um()结晶粗大的锂辉石1000m(g)结晶粗大的锂辉石500um(h)聚粒状电气石钼锯铁锰矿钼锯铁锰矿500m()粒状、半自形板状钼锯铁锰矿图1矿石结构特征Fig.1SStructural characteristics of the ore3主要矿物特征3.1锯钽铁锰矿锯钼铁锰矿化学组成:为AB,O型氧化物。其中Fe与Mn可完全类质同象、Nb与Ta可完全类质同象,故各组分含量变化极
15、大。常有Ti、Sn、W、Zr、A l、U、T R、Y、Ce 等其他组分的混入,最多可达约10%。根据Fe、M n、Nb、T a 原子数目不同分为四个不同亚种:铁矿、锯锰矿、钼铁矿、钼锰矿,自然界中多为过渡500um()半自形板状钼锯铁锰矿类型。晶体呈板状,也有呈针状。铁黑色至褐黑色。解理平行(0 10)中等,(10 0)不完全。比重5.36 8.17。偏光显微镜下:铌铁锰矿的颜色变化范围较大,从浅黄色、浅红褐、褐色到黑色。反光显微镜下:灰色略带棕色,具弱非均质性,具明显的黄棕色、深红色内反射色,大多呈板状或粒状,粒径大小不一,为0.0 2 0.8 5mm,大多颗粒粒度细小。锯钼铁锰矿多分布于长
16、石、石英间,少部分呈小包体状分布于长石、石英中(图1i)。4对钼铁锰矿进行扫描电镜和能谱分析,结果见图2 和表3。能谱分析结果表明,铌和钼含量相当,含量范围变化较大,锯含量为11.6 2%59.18%,含量为15.2 8%56.0 8%。铁含量低于锰含量,有色金属(选矿部分)锰含量为7.48%17.36%。铁含量为1.34%7.42%。铁的含量相对较低,锯铁锰矿的磁性会相对减弱,影响磁性效果,需对磁选强度进行试验调整。2023年第5期NbNMnTNL02图2 钽铁锰矿扫描电镜和能谱图Fig.2SEM and EDS analysis of the columbite-tantalite表3锯钼
17、铁锰矿能谱分析结果Table 3SEM-EDS analysis results of the columbite-tantalite序号Nb129.46215.09311.62428.32540.74659.18741.72836.17919.181038.31平均31.983.2细晶石细晶石化学式为(Ca,Na)(Nb,T a),O(O,O H,F),化学成分较为复杂,Ta2OsNb2Os,含有少量U和TR。晶形为八面体、四角三八面体等晶形特征。颜色为浅黄、黄褐色。比重5.96.4。偏光显微镜下略带浅黄色调、浅绿色调,含有放射性元素U,使其颜色加深,颗粒边缘有明显的放射晕圈。略透明,明显高
18、正突起。细晶石呈粒状,粒径4TaMn34.6213.6553.589.8152.598.1835.287.4828.2417.3615.2810.2420.7114.8128.1116.6556.0810.0425.2312.8634.9712.116Fe7.424.954.642.743.181.143.272.131.343.42大小为0.0 10.15mm,粒度较细小。局部细晶石颗粒聚集分布,大多细晶石分散分布于长石、石英粒间,少部分细晶石呈小包体状分布于长石、石英中(图1b)。对细晶石进行扫描电镜和能谱分析,结果见图3和表4。能谱分析结果表明,细晶石中有用成分主要为钼,钼的含量远高于锯
19、的含量,钼的含量为46.56%51.91%,锯的含量为5.54%7.54%,铀的含量为16.8 7%2 2.15%。81012E/keVNa14.540.3116.3922.4125.8810.4413.9519.4916.9414.5322.1417.671416A10.180.150.130.150.040.07一0.170.120.170.131820/%Ca0.280.150.140.19TaNaTaUCaTaU1200um0SEMAG:100 xHV:20.0kVWD:10.5mmPx:2.24m图3细晶石扫描电镜和能谱图Fig.3SEM and EDS analysis of th
20、e microlite246810121416E/keV18202023年第5期序号Ta151.91248.67348.43446.56550.91平均49.303.3绿柱石绿柱石化学式为BesAl(SiO)6,Be O 含量14.1%。绿柱石中含有Na、K、Li、Cs、Rb 等碱金属。晶体常呈长柱状。纯绿柱石为无色透明。常见的颜色有带白色、浅蓝等。比重2.6 2.9。偏光显微镜下,绿柱石无色,透明,具中正突起,切面上混浊不清,最高干涉色为一级灰白色,平行消光,负延长符号。绿柱石呈半自形柱状、粒状,粒径大杜晓冉等:河南某地锡锂铍锯钼矿石矿物学特征及可选性研究表4细晶石能谱分析结果Table 4
21、SEM-EDS analysis results of the microliteNbU5.5419.427.5416.876.9817.847.3222.156.3818.12.6.7518.885/%0Na20.071.3619.521.5921.391.3219.631.0121.16一20.351.32小不一,为0.0 2 1.2 0 mm,个别颗粒结晶粗大。绿柱石大多分布于长石、石英粒间,极少部分绿柱石粒度细小,且呈小包体状分布于长石、石英中,小包体状的绿柱石不利于单体解离和分选(图1c、d)。对绿柱石进行扫描电镜和能谱分析,结果见图4和表5。绿柱石中铍元素属于轻元素,能谱未能分析检
22、测,故元素中无铍元素的含量。能谱分析结果表明,绿柱石中不含有锯、钼等成分。Ca1.212.541.472.292.982.10F一0.920.38一0.450.45Si0.492.352.191.04一1.52AIONASi1200mSEMAG:117HV:20.0kVWD:12.8mmPx:0.95m图4绿柱石扫描电镜和能谱图Fig.4SEM and EDS analysis of the beryl表5绿柱石能谱分析结果Table 5SEM-EDS analysis results of the beryl序号0154.23253.94352.09455.71552.12平均53.623.
23、4锂辉石锂辉石化学式为LiAl(SizO。),Li z O 含量5.8%8.1%。含稀有元素、稀土元素和艳的混入物。晶体常呈柱状。比重3.0 33.2 2。偏光显微镜下,锂辉石无色,解理发育,两组解理夹角8 7 切面上略显混浊,颗粒内部裂纹较多,具简单和聚片双晶。锂辉石颗粒结晶粗大,粒径0.550mm。锂辉石大多呈柱状外形,部分颗粒结晶完0Si32.3731.7433.1829.1933.4131.982好,少部分呈粒状。锂辉石大多分布于长石和石英间。少部分粗大的锂辉石中有长石、石英等小包体成分。少部分锂辉石边缘与长石、石英混杂,边界呈弯曲状交互分布(图1f、g)。对锂辉石进行扫描电镜和能谱分
24、析,结果见图5和表6。锂辉石中锂元素属于轻元素,能谱未能分析检测,故元素中无锂元素的含量。能谱分析结果表明,锂辉石中含有少量,不含锯、钼等成分。46A112.3513.8414.5513.0812.8413.338E/keV10121416Na1.050.480.182.021.631.071820/%6有色金属(选矿部分)2023年第5期CAIONaSiCS1200m0SEMAG:117xHV:20.0kVWD:12.8mmPX:0.95m图5锂辉石扫描电镜和能谱图Fig.5SEM and EDS analysis of the spodumene表6 锂辉石能谱分析结果Table 6SEM
25、-EDS analysis results of the spodumene序号0157.13256.58356.97457.54557.31平均57.113.5磷铝锂石磷铝锂石化学式为LiAIPO,(O H,F),Liz O含量为5.8%8.1%,P,O;含量为47.41%,Na可置换部分Li。晶形常呈板状或粒状,解理(0 0 1)完全。比重3.0 0 3.12。偏光显微镜下,磷铝锂石呈无色透明,低正中正突起,最高干涉色可达二级橙红色,常见简单双晶和聚片双晶,切面上被黏土矿物交代而较为混浊。磷铝锂石呈粒状晶形,粒径大小不一,为0.15.0 mm。磷铝锂石不均匀分散分布于长石、石英粒间,局部可
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