段先哲 時(shí) 皓 孫 嘉 譚凱旋 謝焱石 馮志剛 胡 楊

(1.南華大學(xué)核資源與工程學(xué)院；2.湖南省核燃料循環(huán)技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所；4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所)

石灰窯大型銣礦床中銣礦石可選性試驗(yàn)*

段先哲1，2時(shí) 皓3孫 嘉4譚凱旋1謝焱石1馮志剛1胡 楊1

(1.南華大學(xué)核資源與工程學(xué)院；2.湖南省核燃料循環(huán)技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所；4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所)

內(nèi)蒙錫林浩特石灰窯花崗巖型銣多金屬礦床Rb2O平均品位為0.163%，總金屬量超過87萬t，為提高該礦床的工業(yè)利用價(jià)值，對(duì)其進(jìn)行了銣礦石可選性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：銣元素主要賦存于鐵鋰云母和微斜長(zhǎng)石中；濕法磁選試驗(yàn)的效果優(yōu)于搖床重選試驗(yàn)；銣精礦主要物相為鐵鋰云母，可用于提取K2O、Li2O、Rb2O、Cs2O；尾礦主要物相為石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，其中微斜長(zhǎng)石中Rb2O的含量為0.9%左右，K2O的含量在16%以上，品位很高，具有較高的工業(yè)利用價(jià)值。

石灰窯 花崗巖型銣多金屬礦床 可選性 濕法磁選 搖床重選 銣精礦

銣?zhǔn)欠浅Ｖ匾南∮薪饘僦唬粌H用于玻璃、陶瓷等民用工業(yè)領(lǐng)域，而且對(duì)于航天航空、能源、國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用價(jià)值[1-9]。與國(guó)外資源相比，我國(guó)銣資源具有分布范圍廣、規(guī)模小、品位低、難開發(fā)利用等特點(diǎn)[10-11]。我國(guó)目前正處于國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)階段，對(duì)礦產(chǎn)品需求不斷加大，特別是加入世貿(mào)組織后，開始融入世界的主流，這種變化給我國(guó)地勘業(yè)和礦產(chǎn)生產(chǎn)企業(yè)帶來極大影響和極好的發(fā)展機(jī)遇。因此，加強(qiáng)銣資源勘探力度和提取工藝研究意義重大[12-16]。為此，針對(duì)內(nèi)蒙古錫林浩特石灰窯花崗巖型銣多金屬礦床進(jìn)行了可選性試驗(yàn)，試驗(yàn)最終獲得了滿意的試驗(yàn)指標(biāo)。

1 原礦性質(zhì)分析

石灰窯銣多金屬礦床采集礦樣，質(zhì)量約100 kg，礦樣為灰白色，中粗粒，顯晶質(zhì)，可見有珍珠光澤的云母片，其中云母含量較高。選取5 kg樣品，經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎、圓盤式振動(dòng)磨細(xì)碎、試驗(yàn)型球磨機(jī)粉磨1 h，制得銣礦原礦粉體試樣。原礦粉體X射線熒光化學(xué)分析、微量元素成分ICP-MS分析和主要礦物相的電子探針分析結(jié)果見表1～表3，銣礦石X射線粉晶衍射圖見圖1。

表1 銣礦石化學(xué)成分X射線熒光分析結(jié)果 %

成分SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnO含量75.960.01710.760.943.630.782成分MgOCaONa2OK2OP2O5燒失含量0.0680.0581.084.090.0070.59

注：所選樣品銣礦石化學(xué)成分X射線熒光分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究所完成。

表2 銣礦石微量元素含量分析結(jié)果 ×10-6

元素LiBeRbCsNbTaSn含量6415449.14870219143.983.1456.18

注：所選樣品銣礦石微量元素含量分析在中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所完成。

由表1可知，礦石主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、FeO和Fe2O3，其他氧化物組分含量甚微。

表3 銣礦石主要礦物相化學(xué)成分電子探針分析結(jié)果 %

礦物相SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2ORb2OCs2O總量D1-1Mus46.3722.2013.561.810.070.040.2710.4394.74D1-2Mus47.3221.8212.971.880.010.2610.040.290.0594.63D2-1Mus47.7221.7811.413.410.020.2510.200.260.0695.10D2-1Mus51.9520.239.362.540.010.180.2010.500.2495.21D3-1Mus46.7421.6113.281.820.2310.550.360.0794.66D3-1Mus48.0626.277.701.110.030.190.1310.990.7095.17D3-1Mus46.3821.814.021.980.010.080.2710.100.430.1595.21D3-1Mus48.1122.0313.122.050.040.1510.530.340.0596.43D4-1Mus46.070.2221.4513.731.850.080.040.1310.180.5094.23D5-1Mus45.8626.629.660.870.040.2710.910.6194.85D5-1Mus46.5928.526.800.760.080.060.3210.770.5294.44D1-2kf63.9917.420.070.3016.680.9099.36D1-2kf64.1417.360.220.060.050.080.2416.660.9699.77D2-1kf64.4417.340.040.4216.530.7699.53D3-1kf64.8717.510.060.020.3316.690.95100.43D4-1kf64.1017.430.160.040.050.2716.700.8599.62D1-1Pl68.350.0318.710.040.0611.670.1599.01D3-1Pl68.6518.900.100.060.1511.410.1999.46D5-1Pl68.8118.920.090.010.0911.600.1599.68D4-1Gao47.0137.470.610.040.240.140.1885.69

注：銣礦石電子探針化學(xué)成分分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)電子探針室完成。

由表2可知，礦石中Nb、Ta、Li、Rb、Be、Cs的品位高，其中Rb2O品位為0.53%，具有較高的工業(yè)利用價(jià)值。

圖1 銣礦石(BRB01)X射線粉晶衍射圖

由圖1可見，其主要礦物相均為鐵鋰云母、石英、微斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，其中鐵鋰云母含量較高。

根據(jù)表3中主要礦物相的電子探針分析結(jié)果，采用以陰離子為基準(zhǔn)的氫當(dāng)量法計(jì)算各礦物相的離子系數(shù)，得礦物晶體化學(xué)式如下：

依據(jù)物質(zhì)平衡原理，采用LINPRO.FOX程序計(jì)算，礦樣中各礦物含量為石英51.5%，鐵鋰云母33.7%，鈉長(zhǎng)石8.6%，微斜長(zhǎng)石4.3%，其他礦物1.9%。

綜上分析，Rb、Cs主要賦存于鐵鋰云母和微斜長(zhǎng)石中，Li主要賦存于鐵鋰云母。

2 銣礦石可選性試驗(yàn)研究

為有效分離石灰窯銣礦石中的鐵鋰云母、石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，設(shè)計(jì)了搖床重選和濕法磁選選礦試驗(yàn)。選取礦樣20 kg，送至華北理工大學(xué)礦物加工試驗(yàn)室進(jìn)行礦石可選性試驗(yàn)。

采用圖2所示流程對(duì)銣礦進(jìn)行粉碎和混勻縮分，即先將全部礦樣用PC125×150型顎式破碎機(jī)粗碎至-50 mm，再用PC60×100型顎式破碎機(jī)中碎至-15 mm，篩出-2 mm粒級(jí)后的粗粒用200 mm×125 mm對(duì)輥破碎機(jī)閉路細(xì)碎至-2 mm。將所有-2 mm細(xì)粉混勻后，縮分出平行小試樣每份 1 000 g，以備檢測(cè)、分析和選礦條件試驗(yàn)。

圖2 銣礦石(BRB01)粉碎制樣流程

2.1 銣礦石磨礦粒度試驗(yàn)

選礦試驗(yàn)首先要將不同礦物通過粉碎進(jìn)行解離，然后再利用其性質(zhì)不同，確定選礦分離方案。磨礦粒度試驗(yàn)的目的是確定礦物的最佳粉碎解離條件。試驗(yàn)采用濕法棒磨進(jìn)行銣礦樣的粉磨。首先取1 000 g礦樣，加水1 000 mL，磨礦濃度為50%，在棒磨機(jī)中棒磨，磨礦時(shí)間分別為1、2、3、5、7、10 min，通過沉淀磨細(xì)礦樣，在 105 ℃下烘干至恒重。取烘干礦樣50 g左右，通過200目水篩，取篩上物在 105 ℃ 下烘干至恒重后，稱重，計(jì)算礦樣粉體的粒度，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同磨礦時(shí)間條件下礦樣-74 μm粒度分析結(jié)果

由表4可知，隨著磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，礦樣-74 μm 粒級(jí)含量增大，但由于銣礦屬中粗粒結(jié)構(gòu)，磨礦時(shí)間為5 min時(shí)，鐵鋰云母與石英已經(jīng)解離，超過5 min后，粒度過細(xì)，不利于后續(xù)選礦試驗(yàn)。因此，選取前4組樣品進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 銣礦石搖床重選試驗(yàn)

搖床重選試驗(yàn)的目的是利用鐵鋰云母、石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石的比重和結(jié)晶形態(tài)不同，通過重選將其分離。搖床重選試驗(yàn)流程見圖3。搖床重選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖3 銣礦石搖床重選流程

表5 銣礦石搖床重選試驗(yàn)結(jié)果 %

選取搖床試驗(yàn)CT-4得到的精礦、中礦1、中礦2和尾礦樣品，進(jìn)行X射線粉晶衍射分析。分析結(jié)果表明：搖床尾礦和中礦2的主要物相為鐵鋰云母、石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石(見圖4、圖5)；搖床中礦1、精礦的主要物相為石英、鐵鋰云母、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石(見圖6、圖7)。由此可見，搖床重選可將鐵鋰云母與石英、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石部分分離，但無法實(shí)現(xiàn)石英、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石之間的分離。

2.3 銣礦石強(qiáng)磁選試驗(yàn)

選取CT-3試樣，在濕法棒磨磨礦時(shí)間為3 min、磨礦濃度為50%、磨礦粒度為-74 μm 38.14%、磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 273.89 kA/m的條件下進(jìn)行2次掃選濕法強(qiáng)磁選條件試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 銣礦石(CT-3)濕法強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果%

產(chǎn)品名稱精礦1精礦2尾礦總量產(chǎn)率23.688.9867.34100.00

圖4 銣礦CT-4試樣搖床重選尾礦X射線粉晶衍射圖

圖5 銣礦CT-4試樣搖床重選中礦2X射線粉晶衍射圖

圖6 銣礦CT-4試樣搖床重選中礦1X射線粉晶衍射圖

圖7 銣礦CT-4試樣搖床重選精礦X射線粉晶衍射圖

圖8 銣礦石濕法強(qiáng)磁選流程

由表6可知，銣礦石濕法磁選精礦1產(chǎn)率為23.68%，精礦2產(chǎn)率為8.98%，尾礦產(chǎn)率為67.34%。

對(duì)銣礦石濕法磁選樣品進(jìn)行X射線粉晶衍射分析，結(jié)果表明精礦1和精礦2的主要物相為鐵鋰云母(見圖9、圖10)；尾礦的主要物相為石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石(見圖11)。由此可見，濕法磁選可將鐵鋰云母與石英、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石較好的分離，但同樣無法實(shí)現(xiàn)石英、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石之間的分離。

圖9 銣礦CT-3試樣濕法強(qiáng)磁選精礦1X射線粉晶衍射圖

圖10 銣礦CT-3試樣濕法強(qiáng)磁選精礦2X射線粉晶衍射圖

圖11 銣礦CT-3試樣濕法強(qiáng)磁選尾礦X射線粉晶衍射圖

銣礦石濕法磁選樣品微量元素成分ICP-MS分析結(jié)果見表7，銣礦CT-3試樣強(qiáng)磁選結(jié)果見表8。

由表7可知，試驗(yàn)所得精礦1的Li2O品位為3.26%、Rb2O品位為1.14%、Cs2O品位為477.51×10-6；精礦2的Li2O品位為2.42%、Rb2O品位為

表7 銣礦CT-3試樣微量元素成分分析結(jié)果

×10-6

注：銣礦試樣(CT-3)的微量元素成分由中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所分析；其中Li、Mn、Rb含量單位為“%”。

0.87%、Cs2O品位為339.37×10-6；尾礦的Li2O品位為0.57%、Rb2O品位為0.25%、Cs2O品位為85.26×10-6。

表8 銣礦CT-3試樣強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果 %

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率品位Li2ORb2OCs2O回收率Li2ORb2OCs2O精礦123.683.261.1447856.2252.2756.27精礦28.982.420.8733915.8315.1315.16尾礦67.340.570.258527.9532.6028.57合計(jì)100.001.370.52200100.00100.00100.00

注：Cs2O含量單位為10-6。

由表8可知，精礦1產(chǎn)率為23.68%，其中Li2O的回收率為56.22%、Rb2O的回收率為52.27%、Cs2O的回收率為56.27%；精礦2產(chǎn)率為8.98%，其中Li2O的回收率為15.83%、Rb2O的回收率為15.13%、Cs2O的回收率為15.16%；尾礦產(chǎn)率為67.34%，其中Li2O的回收率為27.95%、Rb2O的回收率為32.60%、Cs2O的回收率為28.57%；經(jīng)過濕法磁選后，Li2O、Rb2O和Cs2O在精礦1和精礦2中實(shí)現(xiàn)富集。

3 結(jié) 語

(1)石灰窯銣多金屬礦床中銣礦石原礦分析結(jié)果表明，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、FeO和Fe2O3，富含Li2O、Rb2O、Cs2O等堿金屬氧化物；其主要物相為鐵鋰云母、石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，Li2O主要賦存于鐵鋰云母中，Rb2O、Cs2O主要賦存于鐵鋰云母和微斜長(zhǎng)石中，具有較高的工業(yè)利用價(jià)值。

(2)石灰窯銣礦石選礦試驗(yàn)結(jié)果表明，濕法磁選試驗(yàn)的效果優(yōu)于搖床重選試驗(yàn)。銣礦石濕法磁選選礦的建議工藝條件為，磨礦時(shí)間為濕法磨棒 3 min，磨礦濃度為50%，磨礦細(xì)度為-74 μm 38.14%，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 273.89 kA/m的條件下進(jìn)行2次掃選。

(3)銣礦精礦1主要物相為鐵鋰云母，Li2O品位為3.26%、Rb2O品位為1.14%、Cs2O品位為477.51×10-6；精礦2主要物相為鐵鋰云母， Li2O品位為2.42%、Rb2O品位為0.87%、Cs2O品位為339.37×10-6；尾礦物相為石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，Li2O品位為0.57%、Rb2O品位為0.25%、Cs2O品位為85.26×10-6。

(4)精礦1產(chǎn)率為23.68%，其中Li2O的回收率為56.22%、Rb2O的回收率為52.27%、Cs2O的回收率為56.27%；精礦2產(chǎn)率為8.98%，其中Li2O的回收率為15.83%、Rb2O的回收率為15.13%、Cs2O的回收率為15.16%；尾礦產(chǎn)率為67.34%，其中Li2O的回收率為27.95%、Rb2O的回收率為32.60%、Cs2O的回收率為28.57%。經(jīng)過濕法磁選后，Li2O、Rb2O、Cs2O在精礦1和精礦2實(shí)現(xiàn)富集，但富集率僅為70%。

(5)精礦1和精礦2主要物相為鐵鋰云母，可用于提取K2O、Li2O、Rb2O、Cs2O；尾礦主要物相為石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，其中微斜長(zhǎng)石中Rb2O的含量為0.9%左右，K2O的含量16%以上，品位很高，具有較高的工業(yè)利用價(jià)值。

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Experimental Study on the Rubidium Ore Beneficiation of a large scale of Rubidium Polymetallic Deposit from Shihuiyao Region, Inner Mongolia

Duan Xianzhe1,2Shi Hao3Sun Jia4Tan Kaixuan1Xie Yanshi1Feng Zhigang1Hu Yang1

(1. The School of Nuclear Resource Engineering, University of South China; 2. Cooperative Innovation Center for Nuclear FuelCycle Technology and Equipment, Hunan Province;3. Inner Mongolia Institute of Mineral Experiment; 4. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences)

Shihuiyao rubidium polymetallic deposit, which is one large scale of rare metal deposit with an initially explored rubidium of total amount of >870 000 tons and average grade of 0.163%, has been recently found in Xilinhot city, Inner Mongolia, China. In order to improve the industrial utilization value of this deposit, an experimental research on the rubidium ore beneficiation of this deposit was conducted in this study. The experimental results can demonstrate the following issues: Rubidium mainly occurs in zinnwaldite and microcline; the experiment of wet magnetic separation is more efficient than that of shaker gravity tabling; the main phase of rubidium concentrate ores is zinnwaldite, and thus can be used for the extraction of K2O, Li2O, Rb2O, Cs2O, whereas that of tailings is quartz, albite, and microcline; in the microline, the content of Rb2O and K2O are 0.9% and 16%, respectively. These indicate that this deposit potentially has much high grades of these metal oxides and satisfactory industrial utilization values.

Shihuiyao region, Granitic rubidium polymetallic deposit, Ore beneficiation, Wet magnetic separation, Shaker gravity tabling, Rubidium concentrate

*內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查專項(xiàng)資金、國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41503016)；國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：B3720110004)；南華大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(編號(hào)：2014XQD08)；湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目(編號(hào)：15B201)和南華大學(xué)“蒸湘學(xué)者計(jì)劃”聯(lián)合資助。

2015-09-16)

段先哲(1985—)，男，博士，講師，421001 湖南省衡陽市常勝西路28號(hào)。