矿产综合利用
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
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吉林某铌钽多金属矿石中元素的赋存状态及对选矿工艺的影响
吕燕，周家云，惠博，田恩源
1
2
2
2
（1.四川旅游学院，四川 成都 610100；2. 中国地质科学院矿产综合利用研究所，中国
地质调查局金属矿产资源综合利用技术研究中心，四川 成都 610041）
摘要：本文利用矿相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱探针和化学分析等手段对某斑岩型铜矿的工艺矿物学特征进行了研究，重点分析了铌钽的赋存状态，讨论了影响铌、钽、锆、钇和钾回收的矿物学因素。结果表明铌和钽没有独立的工业矿物，二者分散分布，铌以类质同象形式集中分布在辉石中，相对集中系数81.118%。因此，可以通过富集辉石来回收矿石中的铌元素。如果全部回收辉石的话，铌的理论回收率为81.118%；矿物鉴定和定量分析表明，矿石中的碱性辉石含量为52.3%，碱性长石为43.2%，铁氧化物为1.5%，其它矿物为1.5%。矿石中未发现钪的独立矿物。粒度统计结果显示，矿石嵌布紧密，粒度微细，难以解离。由于矿石为碱性岩石，富钾，且铌品位超过了工业品位，因此建议应该在充分利用钾的基础上，综合回收利用铌，提高经济效益，达到矿石的综合利用。根据矿石的矿物组成以及各矿物的物理化学性质，建议采用选矿和冶金联合工艺对有价元素进行回收。
关键词：铌钽；赋存状态；综合利用；选矿影响因素
doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2019.02.017
中图分类号：TD952 文献标志码：A 文章编号：1000-6532（2019）02-0083-05
矿石中有用和有害元素的赋存状态是拟定选矿试验方案的重要依据。因此，研究元素的赋存状态是矿石物质组成特性研究中必不可少的一个组成部分，也是一项细致而又复杂的工作。有用和有害元素在矿石中的赋存状态可分为如下三种主要形式：独立矿物、类质同象和吸附形式[1-2]。我国是世界上钽、铌稀有金属矿产资源最丰富的国家。钽、铌矿的储量在世界上分别居第一和第二位。其特点为钽、铌矿床规模小，大规模露天
开采的矿山较少，矿石品位低，钽、铌资源中的Ta2O5、Nb2O5 品位几乎没有一个超过0.02％，嵌布粒度细而分散，多金属伴生，造成难采、难分、难选，回收率低[3-7]。
1 物质组成
1.1 化学组成
原矿化学多项分析结果见表1。
表 1 原矿化学多项分析结果/%
Table 1 Chemical analysis results of the studying ore
Nb2O5*Ta2O5*Rb2OCaO31217.50.0361.24
*单位为10-6。
MgOK2ONa2OAl2O3MnO0.0625.236.5418.840.14TFe0.29TREOCs2O*Ag*0.0694.691.47Ga*35.7Y2O3*CuS83.30.000560.0099
1.2 矿物组成
通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）对矿石进行了详细鉴定。从
矿物的基本性质和工艺角度考虑，将矿物划分为硅酸盐矿物、金属氧化物、金属硫化物和其他矿物四大类。矿物组成及含量见表2。
收稿日期：2018-12-26
基金项目：MLA技术应用于四川钒钛磁铁矿综合利用中的关键问题研究，四川省应用基础研究计划项目（2012JY0099）资助
作者简介：吕燕（1982-），女，硕士，讲师，主要从事旅游地学研究。
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矿产综合利用
2019年
表 2 矿物定量统计结果
Table 2 Mineral quantitative statistical results矿物含量/%辉石52.300 长石43.200 角闪石1.511 磁铁矿1.351 赤铁矿0.124 褐铁矿0.025 榍石0.195 锆石0.362 磷灰石0.048 氟碳铈矿0.041 钛铁矿0.132 方解石0.012 石英0.424 火山玻璃0.002 黄铁矿0.033 黄铜矿0.018 辉钼矿0.011 云母0.121 绿泥石0.032 粘土
0.051
2 矿物学特征
2.1 辉石类矿物
本次研究的辉石大部分为正辉石亚族，其是由顽火辉石和正铁辉石两个端员组分构成的完全类质同象系列，其中间成员为古铜辉石和紫苏辉石。辉石硬度为 5 ~ 6；比重：随含Fe量的增高而增大，顽火辉石在3.15左右，紫苏辉石3.3 ~ 3.6，古铜辉石介于两者之间，至于正铁辉石则可达3.9；解理：（210）解理完全，有平行柱状的两组解理，交角为87度。单偏光镜下除少数碱性辉石和紫苏辉石外一般无色，无多色性。紫苏辉石多色性：Np=淡红，Nm=淡黄，Ng=淡绿。正高突起，糙面显著。正交镜下干涉色级Ⅰ顶到Ⅱ级。斜方辉石为平行消光，少见斜消光；单斜辉石平行b轴切面平行消光，其他切面斜消光，消光角30 ~
54°。
辉石类矿物与长石类矿物紧密共生，是矿石的主要组成端元。辉石类矿物穿插在长石类矿物形成孔隙中，二者紧密交织，关系密切。粒度主要集中在1 mm ~ 0.075 mm之间（表3），整体粒度偏细，加之其纤维状晶体形态，辉石类矿物解离难度较长石类矿物要大，且容易泥化。
2.2 长石类矿物
长石的类质同象替代很发育，可划分为两个类质同象系列：碱性长石系列和斜长石系列。其硬度为3～3.5，比重2.95。长石晶体多数主要呈板状或沿某一结晶轴延伸的板柱状。双晶现象十分普遍，双晶律多达20多种。常见的有钠长石律、曼尼巴律、巴温诺律、卡斯巴律和肖钠长石律双晶。它们分别存在于三斜晶体或单斜与三斜晶体中。光学鉴定特征：透射偏光镜下，薄片无色透明。低正突起，呈三组相互正交的假立方体解理。干涉色低，最高干涉色一级灰—一级黄。平行消光，延长符号可正可负。二轴晶，正旋旋旋光性。
长石矿物相对辉石矿物粒度较粗，且结晶形态较好，因此相互交织形成了矿石的基本骨架，粒度主要集中在0.075 ~1 mm之间，粒度偏细，但由于长石主要为短柱状形态，这种情况下矿物的形态特征会对矿物的解离度形成较大影响，因此我们认为长石类矿物解离难度较大。2.3 磁铁矿类
矿石中的可利用铁矿物为钛磁铁矿，具有固溶体分离结构。黑色，半金属至金属光泽。不透明。无解理硬度5.5~6。相对密度4.9~5.2。具强磁性。磁铁矿的粒度主要集中在-0.075 mm，整体粒度极细，部分呈包裹体形态，因此其解离难度较大，需要强化细磨。2.4 角闪石类
本次研究的主要为单斜角闪石，摩氏硬度5 ~
6，比重3.0 ~ 3.4。外观为绿黑至黑色，但条痕则
为浅灰绿色，具玻璃光泽，且两组柱面解理完全，交角为124°和56°。角闪石和嵌布特征和辉石的特征完全一致，角闪石夹杂在辉石中间，穿插于长石晶体形成的孔隙中，粒度主要集中在0.075 ~ 1mm之间，整体粒度偏细，与辉石类矿物的形态相似，因此其解离难度也较大，也容易泥化。2.5 其他矿物类
在整个矿石总占比低于1.5%，其分散分布于长石和辉石组成的交织缝隙中或者包裹于其中，其粒度分布为：0.2 ~ 0.1 mm占比4.13%，0.1 ~ 0.075 mm 8.12%，
0.075 mm以下 7.23%。粒度主要集中在0.075 mm以下，
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吕燕等：吉林某铌钽多金属矿石中元素的赋存状态及对选矿工艺的影响
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整体粒度极细，加之其形态因素，该类型矿物整体难以解离，容易随主要矿物流失。
在区间粒度统计的基础上，对矿物的累计粒度进行了统计，由此来观察各个矿物类别之间的粒度特征。
第一，长石类矿物、辉石类矿物和角闪石类矿物的粒度接近，长石整体略高；
第二，铁氧化物类矿物和其他类矿物粒度显著低于长石类、辉石类和角闪石类矿物。
第三，铁氧化物类矿物和其他矿物粒度区间高度集中于-0.075 mm，这与其他主要矿物形成强烈对比。
表3 矿物工艺粒度统计/%
Table 3 Mineral process particle size statistics
粒度/mm+2-2+1-1+0.5-0.2+0.2-0.2+0.1-0.1+0.075-0.075
长石类区间粒度0.58.69
22.3
35.617.568.127.23长石类累计粒度0.59.1931.4967.0984.6592.77100.00辉石类区间粒度04.6520.7833.616.515.548.93辉石类累计粒度04.6525.4359.0375.5391.07100.00角闪石类区间粒度04.4421.4535.617.3116.145.06角闪石类累计粒度04.4425.8961.4978.894.94100.00铁氧化物区间粒度00001.459.7188.84铁氧化物累计粒度00001.4511.16100.00其它矿物区间粒度00004.133.6892.19其他矿物累计粒度
0
0
0
0
4.13
7.81
100.00
3 元素的赋存状态及理论回收率
由于元素的赋存状态不同，处理方法及其难易程度都不一样。因此采用岩矿鉴定分析手段，X射线衍射分析手段（XRD）、X射线能谱分析手段（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）以及化学浸出手段，分析了主要元素的赋存状态，重点对铌元素进行平衡配分，指出了铌的理论品位和理论回收率。
3.1 岩矿鉴定手段下的赋存状态分析
光学显微镜鉴定结果表明，矿石中并未发现铌钽的独立矿物见表4，初步判断：
（1）未发现铌（Nb）和钽（Ta）的独立工业矿物，因此铌钽主要以分散形式存在；
（2）锆（Zr）以锆石形式存在；
（3）未发现钇（Y）独立矿物，因此以分散形式存在。
表 4 矿物定量统计结果
Table 4 Mineral quantitative statistical results矿物比重含量/%辉石3.5652.300长石2.5743.200角闪石3.301.511磁铁矿5.241.351赤铁矿5.120.124褐铁矿4.100.025榍石3.400.195锆石4.600.362磷灰石3.180.048氟碳铈矿5.100.041钛铁矿4.720.132方解石2.720.012石英2.650.424火山玻璃2.650.002黄铁矿5.000.033黄铜矿4.200.018辉钼矿5.000.011云母4.400.121绿泥石2.700.032粘土
2.60
0.051
3.2 X射线衍射下的赋存状态分析
根据矿石物质组成研究的结果，结合矿物的物理性质，用磁选选矿和重选的办法将原矿进行分离，得到五个相对富集的产品：弱磁性轻部分，弱磁性重部分，非磁性轻部分，非磁性重部分，强磁性部分，分别对他们进行X射线衍射分析（图
1）。必须强调的是原矿原生粒度非常细，无法挑
选单矿物，目前的这种方法可以近似的替代单矿物分析，通过对各个部分产品的分析，可以达到实验的效果。
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2019年
图1 X射线衍射分析
Fig .1 X-ray diffraction analysis
A-和辉石原矿)X射线衍射分析(原矿的主要物质组成为钾长石射线衍射分析(该部分的主要矿物为辉石、正长石、磁铁矿；B-弱磁性轻部分X，其余的为干扰峰)；C-弱磁性重部分X射线衍射分析（该部分的主要矿物为辉石，其余的为干扰峰）；D-非磁性轻部分X射线衍射分析(该部分的主要矿物为钾长石，其余的为干扰峰)；E-非磁性重部分X射线衍射分析（该部分的主要矿物为钾长石，其余的为干扰峰）；F-强磁性部分X射线衍射分析（该
部分的主要矿物为磁铁矿，其余的为干扰峰）
针对矿物分离试验中通过能谱分析（EDS）和扫描电子显微镜背散射（BSE）分析，对矿石进行了全面检测，结果表明，矿石的主要矿物组成为碱性长石，碱性辉石，碱性角闪石和磁铁矿，并未发现铌钽的独立矿物，表明铌钽主要以分散形式存在。通过能谱点分析，说明：①铌元素主要在辉石中集中；②钾元素在长石中集中；③铁元素在磁铁矿中集中（图2）。
图 2 典型矿物特征能量谱线
Fig .2 Characteristic energy spectrum of typical minerals
3.3 化学浸出试验下的赋存状态分析
一般认为，可以通过浸出试验来验证类质同象形式的赋存状态：随着浸出时间的增长，类质同象元素的浸出率会呈正相关变化。
试验考察不同的浸出时间对铌浸出率的影响，分别选择4 h、6 h、8 h、10 h、12 h不同的浸出时间试验。其余浸出条件为：硫酸用量40%；萤石用量10%；浸出温度90℃；浸出液固比4:1。试验结果见图3。数据表明，随着浸出时间的延长，铌的浸出率越来越高，且当浸出时间大于8 h时，其浸出率的增加不明显。综合考虑，认为铌应该为类质同象形式赋存于辉石中。
图 3 铌浸出时间和浸出率的关系
Fig .3 Relationship between leaching time and leaching rate of
niobium
3.4 赋存状态综合分析
针对原矿和各部分产品，采用岩矿鉴定分析手段，X射线衍射分析手段、X射线能谱分析手段、扫描电子显微镜以及化学浸出手段，分析了主要元素的赋存状态，并尝试对铌元素进行平衡配分。由于本次采用能谱探针数据进行配分，为了与传统的单矿物平衡配分相区别，采用相对集中系数这个概念来表示分散元素的分布规律，相对集中系数即理论回收率。结论如下：
(1)铌(Nb)和钽(Ta)：铌和钽没有独立的工业矿物，二者分散分布，铌以类质同象形式集中分布在辉石中，相对集中系数81.118%，绝对集中系数127.397%（表5）。因此，可以通过富集辉石来回收矿石中的铌元素。如果全部回收辉石的话，铌的理论回收率为81.118%。
(2)锆(Zr)：集中分布在锆石中，但由于其矿
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吕燕等：吉林某铌钽多金属矿石中元素的赋存状态及对选矿工艺的影响
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物量锆石在矿石中的含量仅仅为0.362%，属于极微量矿物。其粒度微细，常常呈包裹体或者微细粒状嵌布在其他脉石矿物中，只有通过电子显微镜才能发现。因此，锆石不具备可选性，更不具备经济价值；
(3)钇(Y)：含量未达到工业利用指标，以分散形式存在，故不具备可选性。
(4)钾(K)：具有独立的矿物，集中分布在钾长石中，可以考虑综合回收利用。
4 结 语
（1）矿石的基本性质。通过化学分析、矿物鉴定和矿石的结构构造，分别应用TAS化学分析和QAPF矿物分析，确定矿石为碱性中性岩之碱长粗面岩型铌钽矿石。参照国标该类型矿石为一种新类型的铌钽矿石。
（2）矿石物质组成。矿物鉴定和定量分析表明，矿石中的碱性辉石含量为52.3%，碱性长石为
43.2%，铁氧化物为1.5%，其它矿物为1.5%。特
别说明锆石含量为0.362%。
表 5 铌的相对集中系数/%
Table 5 Relative concentration coefficient of niobium矿物矿物相对集绝对集含量铌含量分布率
中系数中系数辉石
52.30.076 0.040 81.118 127.397 长石43.20.018 0.008 15.869 24.923 角闪石1.5110.070 0.001 2.159 3.390 磁铁矿1.3510.079 0.001 2.178 3.421 赤铁矿0.1240.000 0.000 0.000 0.000 褐铁矿0.0250.000 0.000 0.000 0.000 榍石0.1950.000 0.000 0.000 0.000 锆石0.3620.000 0.000 0.000 0.000 磷灰石0.0480.000 0.000 0.000 0.000 氟碳铈矿0.0410.000 0.000 0.000 0.000 钛铁矿0.1320.000 0.000 0.000 0.000 方解石0.0120.000 0.000 0.000 0.000 石英0.4240.000 0.000 0.000 0.000 火山玻璃0.0020.000 0.000 0.000 0.000 黄铁矿0.0330.000 0.000 0.000 0.000 黄铜矿0.0180.000 0.000 0.000 0.000 辉钼矿0.0110.000 0.000 0.000 0.000 云母0.1210.000 0.000 0.000 0.000 绿泥石0.0320.000 0.000 0.000 0.000 粘土0.0510.000
0.000 0.000 0.000 综合
100.00
/
0.049
100.000 157.051
（3）矿石空间结构。矿石的主要构造为块状构造，常见类型包括：风化构造、隐晶状构造和斑状构造三种；常见的结构包括斑状结构和粗面结构；工艺粒度特征表现为，长石类矿物、辉石类矿物和角闪石类矿物的粒度接近（0.5 mm-0.1 mm），长石整体略高；铁氧化物类矿物和其它矿物粒度区间高度集中于0.075 mm以下，这与其它主要矿物形成强烈对比。
（4）矿物学特征。采用岩矿鉴定分析手段，X射线衍射分析手段（XRD）、X射线能谱分析手段（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）以及化学浸出手段，分析了主要元素的赋存状态：①铌（Nb）和钽（Ta）。铌和钽没有独立的工业矿物，二者分散分布，铌以类质同象形式集中分布在辉石中，相对集中系数81.118%。因此，可以通过富集辉石来回收矿石中的铌元素。如果全部回收辉石的话，铌的理论回收率为81.118%；②锆（Zr）。集中分布在锆石中，但由于其矿物量锆石在矿石中的含量仅仅为0.362%，属于极微量矿物。其粒度微细，常常呈包裹体或者微细粒状嵌布在其他脉石矿物中，只有通过电子显微镜才能发现。因此，锆石不具备可选性，更不具备经济价值；③钇（Y）。含量未达到工业利用指标，以分散形式存在，故不具备可选性；④钾（K）。具有独立的矿物，集中分布在钾长石中，可以考虑综合回收利用。
（5）综合利用建议。矿石为碱性岩石，富钾，且铌品位超过了工业品位，因此应该在充分利用钾的基础上，综合回收利用铌，提高经济效益，达到矿石的综合利用利用。根据矿石的矿物组成以及各矿物的物理化学性质，建议采用选矿和冶金联合工艺对有价元素进行回收。
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The Occurrence State of Elements in a Nb-Ta Polymetallic Ore and its
Influence on Mineral Processing in Jilin Province
Lv Yan1,Zhou Jiayun1,2,Hui Bo1,2,Tian Enyuan1
（1. Sichuan Tourism College, Chengdu, Sichuan, China;2. Instiute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Research Center of Multiparpose Utilization of Metal Mineral Resources of China
Geological Survey Chengdu, Sichuan, China）
Abstract: In this paper, the process mineralogy of a porphyry copper deposit have been studied by means of metallographic microscope, scanning electron microscope, x-ray energy spectrum probe and chemical analysis, the occurrence of niobium and tantalum elements are analyzed emphatically, and the mineralogical factors affecting the recovery of niobium, tantalum, zirconium, yttrium and potassium elements are discussed. The results show that niobium and tantalum have no independent industrial minerals and they are dispersed. niobium is concentrated in pyroxene in the form of isomorphism with a relative concentration coefficient of 81.118%.Therefore, niobium can be recovered from ore by enrichment of pyroxene. If all pyroxene is recovered, the theoretical recovery of niobium is 81.118%. Mineral identification and quantitative analysis show that the contents of alkaline pyroxene, alkaline feldspar, iron oxide and other minerals are 52.3%, 43.2%, 1.5% and 1.5% respectively. No independent mineral of scandium was found in the ore. The results of particle size statistics show that the ore is closely embedded and fine in size, so it is difficult to be dissociated. Because the ore is alkaline rock, rich in potassium, and the grade of niobium exceeds the industrial grade, it is suggested that the comprehensive utilization of niobium should be achieved on the basis of making full use of potassium in order to improve the economic benefit and achieve the comprehensive utilization of ore. According to the mineral composition and the physicochemical properties of each mineral, it is suggested that the valuable elements should be recovered by the combined mineral processing and metallurgy process.
Keywords: Niobium and tantalum; Occurrence state; Comprehensive utilization; Influence factors of mineral processing
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