周 雄，楊 磊，劉飛燕，徐 鶯

（中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都610041）

鈧（Sc）是典型的稀散親石元素，在上地殼中的平均豐度為11×10－6[1]，與稀土元素性質(zhì)有著顯著的差別，但由于其常與稀土元素伴生且某些性質(zhì)相似，因此習(xí)慣上將鈧列為稀土元素。其獨(dú)立礦物少見，與800多種礦物分散存在，含量很少，故又稱之為稀散元素。

自然界中，鈧大多以類質(zhì)同象的形式廣泛賦存于鈦鐵礦、釩鈦磁鐵礦、鋯英石、鋁土礦、等礦物中[2]。鈧的獨(dú)立礦物極為少見，目前發(fā)現(xiàn)的有鈧釔礦、水磷鈧礦、鈹硅鈧礦、鈦硅酸稀金礦。鈧具有良好的物理化學(xué)性能[3]，能制備有優(yōu)異性能的新型材料[4]，在電光源、宇航、電子工業(yè)、核技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)等重要領(lǐng)域獲得應(yīng)用[5]。但由于鈧含量低、復(fù)雜的提純工藝導(dǎo)致鈧的產(chǎn)量不大，價(jià)格昂貴，對(duì)鈧的研究程度仍然處于起步階段。

本文擬通過對(duì)云南盈江縣某地花崗偉晶巖中鈧的賦存狀態(tài)研究，查明花崗偉晶巖中主要的含鈧礦物，為從花崗偉晶巖中提取鈧礦物提供理論依據(jù)，也為在該地區(qū)尋找鈧礦提供一定的找礦方向。

1 樣品特征

研究所用樣品主要來自含鈧花崗偉晶巖。花崗偉晶巖樣品顏色以灰色為主色調(diào)，塊狀樣品局部或部分可見灰白色、黃綠色、灰綠色等，以致密塊狀為主，具花崗偉晶結(jié)構(gòu)、塊狀（圖1（a））及條帶狀構(gòu)造。肉眼可見粗大的白色石英晶體，以及層狀、條帶狀分布的粗大黑云母片狀集合體，纖維狀綠泥石等。樣品有一定程度的偉晶巖化、片麻巖化、硅化、綠簾石化、綠泥石化、褐鐵礦化等蝕變及礦化現(xiàn)象。

石英呈粒狀，粒度一般為0.1～1.2mm，少量細(xì)粒石英呈集合體嵌布于粗粒石英、黑云母及長石顆粒粒間，粒度一般介于0.025～0.1mm之間，嵌布于長石內(nèi)的蠕石英粒度多為0.01～0.05mm。黑云母呈片狀，徑長一般為0.4～1.3mm。長石粒度差別較大，大者徑長可達(dá)2mm以上，小者徑長不足0.03mm。少量樣品中黑云母有細(xì)晶巖化現(xiàn)象。

石英：顆粒較為粗大的石英晶體常與黑云母、長石等礦物毗鄰緊密鑲嵌，粒度略細(xì)者常呈集合體嵌布于長石、黑云母等礦物粒間。另外，花崗偉晶巖樣品中常見長石礦物顆粒粒間、邊緣有蠕蟲狀，偏光鏡下具同時(shí)消光性質(zhì)的蠕石英嵌布。由于石英性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生蝕變，一般晶體完好。此外，在單體石英粒間有少量絹云母顆粒嵌布。

長石：花崗偉晶巖原生礦樣品中的長石有斜長石、鉀長石、微斜長石、透長石。其中斜長石常發(fā)育致密的聚片雙晶，鉀長石具卡斯巴雙晶，微斜長石具格子雙晶。長石主要嵌布在石英、黑云母粒間，少數(shù)長石中包裹近渾圓粒狀的石英、黑云母包體。樣品中長石的蝕變類型主要為絹云母化以及高嶺土化，但蝕變強(qiáng)度較弱。絹云母化程度略高于高嶺土化，蝕變形成的絹云母呈細(xì)小鱗片狀。絹云母、高嶺土主要沿長石裂隙縫以及解理縫嵌布；黑云母：黑云母呈片狀晶體，主要嵌布在長石及石英顆粒粒間，極少數(shù)顆粒呈近渾圓片狀包裹于長石顆粒內(nèi)。部分黑云母邊緣、解理裂隙中具綠泥石化；其他礦物：石英、長石顆粒邊緣、裂隙可見到有細(xì)片狀金云母、細(xì)粒高嶺石以及透閃石、綠泥石、鈦鐵礦、褐鐵礦等少量微量礦物嵌布。

對(duì)花崗偉晶巖進(jìn)行了多項(xiàng)分析（表1）。由表1可見，花崗偉晶巖的w（SiO2）較高（56.40%），富 Ca（8.06%）貧 K（2.96%）富Zr（13.2×10－6），具有較高的Sc含量（18.9×10－6）。

表1 花崗偉晶巖化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果

2 礦石特征

2.1 礦石組構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要有花崗偉晶結(jié)構(gòu)、自形晶結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu)、蠕蟲結(jié)構(gòu)。

花崗偉晶結(jié)構(gòu)：局部石英、長石、黑云母結(jié)晶粗大構(gòu)成黑白相間的花崗偉晶結(jié)構(gòu)。

自形晶結(jié)構(gòu)：少量石英具自形粒狀結(jié)構(gòu)（圖1（b）），部分黑云母具自形片狀結(jié)構(gòu)（圖1（c））。

半自形－它形結(jié)構(gòu)：長石主要呈半自形－它形板柱狀結(jié)構(gòu)（圖1（d））。

它形粒狀結(jié)構(gòu)：大多數(shù)石英為它形粒狀結(jié)構(gòu)（圖1（e）），少量自形－半自形粒狀。

蠕蟲結(jié)構(gòu)：巖石中在斜長石和鉀長石的邊緣、粒間可見蠕蟲狀的石英嵌布。

礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、顯微鏡下研究見到脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。

塊狀構(gòu)造：樣品整體呈由石英、長石、黑云母黑白顆粒構(gòu)成的致密塊狀（圖1（f）），局部有鐵染現(xiàn)象。

條帶狀構(gòu)造：主要由石英、長石、黑云母呈條帶狀分布，構(gòu)成黑白相間的條代。條帶狀構(gòu)造的樣品中黑云母定向排列明顯。

脈狀構(gòu)造：顯微鏡下可見呈脈狀分布的石英。

浸染狀構(gòu)造：黃鐵礦、鈦鐵礦、螢石、榍石等微量礦物主要呈浸染狀分布于石英、長石、黑云母粒間。

圖1 花崗偉晶巖礦石構(gòu)造（a）及礦物顯微照片（b－f，正交偏光）

2.2 礦物成分

按照主要礦物、次要礦物、少量及微量礦物對(duì)樣品中礦物進(jìn)行分類，主要礦物為石英、云母，次要礦物為長石類和高嶺石，少量及微量礦物為蛇紋石、綠簾石、透閃石、褐鐵礦、綠泥石、螢石、榍石、鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、白鎢礦、鎢華、鈮鉭鐵礦、鎂鋁榴石、錫石、鋯石、黃鐵礦、磷灰石、一水鋁石、滑石等。

礦物含量的測(cè)定是以花崗偉晶巖原生礦綜合樣為準(zhǔn)，制備砂光片在顯微鏡下以線法逐粒統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2可見，樣品中主要礦物為石英、云母類、長石類、黏土礦物4大類，共占礦物總量的97.2%，其他礦物含量甚微，合計(jì)占礦物總量的2.8%。

表2 花崗偉晶巖中的礦物含量／%

2.3 礦物化學(xué)成分

為了查明鈧在不同礦物中的分布情況，我們對(duì)樣品中主要礦物進(jìn)行單礦物分離，并分別進(jìn)行了化學(xué)分析，以確定鈧在不同礦物種的含量，結(jié)果見表3。由表3可以看出，花崗偉晶巖原生礦中含鈧礦物主要為云母類礦物（鈧含量為44.80×10－6）；其次為黏土礦物（為19.20×10－6，包括高嶺石、綠泥石、蛇紋石等）、長石類礦物（0.25×10－6）、鈦鐵礦、榍石、透閃石、磁鐵礦、褐鐵礦等。石英中鈧含量最低，幾乎不含鈧（低于檢測(cè)限）。

3 鈧的賦存狀態(tài)

為了查明花崗偉晶巖原生礦中鈧的存在形式，我們對(duì)樣品進(jìn)行了大量的電子探針分析及電鏡掃描，研究過程中無法確定獨(dú)立鈧礦物的存在。前文研究結(jié)果表明，鈧呈分散狀態(tài)存在于云母類、長石類、高嶺石、綠泥石、透閃石、鈦鐵礦等礦物中，而黑云母則為主要含鈧礦物（表3），為此我們對(duì)黑云母進(jìn)行了電子探針分析，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，少量黑云母片狀晶體中鈧含量在電子探針的檢測(cè)限以下（如黑云母1、2、3、4等），黑云母8－1、8－2為同一云母顆粒上兩個(gè)不同位置的測(cè)試結(jié)果，顯示同一黑云母顆粒的不同部位鈧的含量亦不同，由此說明黑云母中鈧含量不均勻但普遍含鈧。在檢測(cè)限以內(nèi)，鈧的變化范圍為30×10－6～440×10－6，最高可達(dá)440×10－6。

表3 花崗偉晶巖單礦物分析結(jié)果／%

表4 黑云母的電子探針分析結(jié)果／%

4 討論

通過以上研究，我們無法確認(rèn)花崗偉晶巖中有鈧獨(dú)立礦物的存在，只能確定其分散存在于云母類礦物、長石類礦物、閃石類礦物、黏土礦物、榍石、鈦鐵礦等礦物中，而黑云母則為主要含鈧礦物，其他含鈧礦物如云母類礦物、長石類礦物含鈧量則較低?？紤]到樣品中云母類以黑云母占絕大多數(shù)，一般晶體粗大，結(jié)晶完好，在破碎后的樣品中主要呈單體狀態(tài)。少量絹云母主要以集合體形式存在，部分與粒狀石英、長石連生，但集合體粒度較粗解離較易。長石在破碎后的樣品中主要單體狀態(tài)存在，少量長石晶體裂隙邊緣有絹云母、黏土礦物嵌布。黏土礦物普遍粒度細(xì)小，在破碎后的樣品中主要呈黏土礦物集合體形式存在，少量粘連在黑云母、長石、石英裂隙、邊緣。因此可考慮通過分選花崗偉晶巖中的黑云母來提取鈧。

目前，提取鈧主要有3種方法：萃取法、離子交換法和沉淀法[6]，相對(duì)比較成熟的提鈧工藝有5種：從鈦白廢液中提取鈧、從赤泥中回收鈧[7]、從原生礦中回收鈧、從渣中回收鈧、從處理液中回收鈧[8]，對(duì)于從黑云母中提取鈧幾乎是一個(gè)空白。普遍存在的一個(gè)難題是：鈧的提取技術(shù)不夠，導(dǎo)致成本太高而回收率低。那么，如何尋找一種高效的鈧提取工藝，降低成本，達(dá)到鈧的高效利用，是目前選礦工作者所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，但同時(shí)也是一種機(jī)遇。

5 找礦前景探討

鈧的獨(dú)立礦物少見，目前國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)的鈧礦床也鮮有報(bào)道：1987年發(fā)現(xiàn)的湖南益將石英閃長巖風(fēng)化殼型稀土鈧礦，屬鈧礦床的新類型，是中國找到的第一個(gè)大型鈧礦床[9]，國外僅有澳大利亞在昆士蘭州原有的鎳礦內(nèi)發(fā)現(xiàn)世界最大的鈧礦[10]?；◢弬ゾr中又通常富集鈮、鉭、鈧、鋯、鉿等有用元素[11]。從前文研究可知，云南盈江某地的花崗偉晶巖中含有較高的Sc（原生礦中含量18.9ppm，表1；單礦物分離后云母中含量44.80ppm，表3；黑云母最高可達(dá)440ppm，表4），指示該地區(qū)花崗偉晶巖具有較好的找鈧前景，因此在該地區(qū)可進(jìn)一步整合資源勘查類型，加大勘查力度，拓展資源加工和利用范疇，從而使該地區(qū)成為鈧工業(yè)的加工和生產(chǎn)基地。

6 結(jié)論

1）查明了花崗偉晶巖原生礦中含鈧礦物主要為云母類礦物（鈧含量為44.80×10－6），其次為黏土礦物（為19.20×10－6）、長石類礦物（0.25×10－6）、鈦鐵礦。確認(rèn)了鈧主要分散存在于云母類礦物、長石類礦物、閃石類礦物、黏土礦物、榍石、鈦鐵礦等礦物中，而黑云母則為主要含鈧礦物。電子探針結(jié)果顯示，花崗偉晶巖中普遍含鈧（最高可達(dá)440×10－6），可考慮通過分選花崗偉晶巖中的黑云母來提取鈧。

2）鑒于目前選礦工藝水平，選礦工作者應(yīng)積極尋找一種高效的鈧提取工藝，降低成本，達(dá)到鈧的高效利用。同時(shí)，也應(yīng)積極探索從花崗偉晶巖中提取鈧的工藝。

3）該地的花崗偉晶巖中含有較高的Sc，指示該地區(qū)花崗偉晶巖具有較好的找鈧前景，因此在該地區(qū)可進(jìn)一步整合資源勘查類型，加大勘查力度，拓展資源加工和利用范疇，從而使該地區(qū)成為鈧工業(yè)的加工和生產(chǎn)基地。

[1]Taylor S.R，McLennan S.M.The Continental Crust：Its Composition and Evolution[M].Oxford：Blackwell，1985：pp312.

[2]池如安，王淀佐.稀土選礦與提取技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，1996：293.

[3]李關(guān)云，劉文軍，游超，等.稀土元素鈧及其應(yīng)用[J].廣東化工，2013，40（14）：107－108.

[4]李漢廣，尹志民.鈧的發(fā)展動(dòng)態(tài)和發(fā)展戰(zhàn)略[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，1996，（124）：47－51.

[5]廖春生，徐剛，賈江濤，等.新世紀(jì)的戰(zhàn)略資源—鈧的提取與應(yīng)用[J].中國稀土學(xué)報(bào)，2001，19（4）：289－297.

[6]朱敏杰，沈春英，丘泰.稀有元素鈧的研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào)，2006，20（zk）：379－381.

[7]張忠寶，張宗華.鈧的資源與提取技術(shù)[J].云南冶金，2006，35（5）：23－25，42.

[8]王普蓉，戴惠新，高利坤，等.鈧的回收及提取現(xiàn)狀[J].稀有金屬，2012，36（3）：501－506.

[9]中國礦床發(fā)現(xiàn)史·湖南卷編委會(huì).中國礦床發(fā)現(xiàn)史·湖南卷[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[10]春筍編譯.澳大利亞在昆士蘭州發(fā)現(xiàn)世界最大的鈧礦[J].稀土信息，2011（11）：28.

[11]鄒天人，徐建國.論花崗偉晶巖的成因和類型的劃分[J].地球化學(xué)，1975（3）：161－174.