劉瑞斌 呂 杰

(1.山西工程技術(shù)學(xué)院地質(zhì)與環(huán)境工程系；2.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院)

螢石是一種重要的工業(yè)原料，其工業(yè)用途非常廣泛。在冶金工業(yè)中，能夠降低難溶物質(zhì)的熔點，使礦渣和金屬很好地分離，作為助溶劑應(yīng)用于鈦合金生產(chǎn)和有色金屬冶煉；在化學(xué)工業(yè)中，是生產(chǎn)各種有機(jī)和無機(jī)氟元素的關(guān)鍵原料，用來生產(chǎn)氟化鈉、人造冰晶石、冷凍劑、航天噴氣燃料推進(jìn)劑及其他含氟抗癌藥物等；在建材工業(yè)中，螢石也廣泛應(yīng)用于水泥、陶瓷、玻璃等生產(chǎn)制造中[1]。

螢石是內(nèi)蒙古重要的非金屬礦產(chǎn)之一，其礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的螢石礦產(chǎn)大約有167處，廣泛分布于各盟和地級市，螢石礦產(chǎn)資源潛力巨大[2]。內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗某螢石礦床屬于火山碎屑巖建造充填交代型礦床，工業(yè)類型為石英-螢石型礦床[3]。本文在對該礦床地質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上，針對該螢石礦的特點進(jìn)行了大量的試驗研究，并確定了合理的工藝流程，獲得了滿意的試驗指標(biāo)。

1 礦床地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要以二疊系中統(tǒng)方山口組為主，少量二疊系下統(tǒng)雙堡塘組及第四系。二疊系中統(tǒng)方山口組第一巖段下部出露于勘查區(qū)中部，主要是灰色、灰褐—黃褐色角礫狀凝灰熔巖。巖石中多發(fā)育溶洞，形態(tài)不規(guī)則，個別稍大。溶洞內(nèi)發(fā)育方解石微晶，呈半充填狀，少數(shù)溶洞中發(fā)育螢石礦脈。鏡下觀察，巖石具角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。以-2.00 mm的凝灰質(zhì)為主，2.00～14.00 mm的火山角礫次之。該巖性層是礦區(qū)最主要的賦礦層位，目前發(fā)現(xiàn)的螢石礦體和礦化體全部賦存在該地層內(nèi)。

勘查區(qū)內(nèi)北東向斷裂既是區(qū)內(nèi)儲礦構(gòu)造，又是區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造。受北東向為主的斷裂控制，派生出許多北東向次級小斷裂及局部褶皺，螢石礦體多沿北東及近東西向次級斷裂構(gòu)造充填產(chǎn)出。礦區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系密切的是二疊紀(jì)閃長巖。正是由于大面積分布的閃長巖侵入到方山口組(P2f)地層內(nèi)，后期含礦組分的汽水熱液沿北東向斷裂構(gòu)造及派生的次一級小斷裂充填富集，加上區(qū)域變質(zhì)作用和火山噴發(fā)作用，最終為勘查區(qū)內(nèi)螢石礦體的形成創(chuàng)造了條件。

1.2 礦體分布特征

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)9個螢石礦體，其中2個為隱伏礦體。分別編號ⅠFI-1、ⅡFI-1、ⅢFI-1、ⅢFI-2、ⅢFI-3、ⅢFI-4、ⅢFI-5、ⅢFI1-1、ⅢFI2-1，其中ⅠFI-1、ⅢFI-1、ⅢFI-2、ⅢFI-3為主礦體；ⅢFI1-1、ⅢFI2-1為隱伏礦體；這9個螢石礦體分別賦存在呈三角形分布的3個區(qū)塊內(nèi)，總厚度29.86 m。與螢石礦體相伴產(chǎn)出的還有多個小礦(化)體。礦體全部賦存在二疊系方山口組第一巖段下部灰—黃褐色角礫狀凝灰熔巖及其發(fā)育的次級斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，礦體形態(tài)呈脈狀、似板狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向以北東為主，個別礦體為北西、北東走向，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向一致，沿傾斜方向楔狀尖滅。礦體圍巖在三個區(qū)塊基本相同，巖性主要為角礫凝灰熔巖，個別礦體為閃長巖和粉砂質(zhì)板巖。

2 礦石質(zhì)量特征

2.1 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

該礦床礦石為火山碎屑巖建造充填交代成因的石英脈型螢石礦。根據(jù)礦物的結(jié)晶形態(tài)和交代情況，三個區(qū)塊內(nèi)礦石的主要結(jié)構(gòu)有半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。有用礦物螢石呈半自形、他形粒狀不均勻分布，可見兩組菱形解理，部分呈集合體團(tuán)塊狀沿網(wǎng)脈狀裂隙分布，均質(zhì)性好。脈石礦物石英、髓石有交代螢石現(xiàn)象，表明礦物是在多期次熱液作用的環(huán)境下形成。礦石構(gòu)造以浸染狀構(gòu)造為主，塊狀構(gòu)造次之。有用礦物螢石及部分金屬礦物微晶粒度較小，在0.01～0.05 mm，呈星點狀均勻—較均勻分布，稠密浸染狀分布的礦石致密度較高。浸染狀構(gòu)造，是該螢石礦床中礦石的最普遍構(gòu)造特征。

2.2 礦石的物質(zhì)組成及其鏡下特征

該區(qū)螢石礦床的礦物組分比較簡單，主要由礦石礦物螢石、脈石礦物石英、玉髓等組成，伴生有金屬礦物黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦。

螢石以無色—紫色為主，呈八面體或立方體的自形—半自形粒狀產(chǎn)出，粒徑一般0.1～0.3 mm，少數(shù)0.3～1.20 mm，部分小于0.01 mm，呈星點狀分布于礦石中。脈石礦物有石英、髓石和絹云母。石英呈純白色、他形粒狀，粒徑一般小于0.07 mm，少量達(dá)到0.1 mm，不均勻分布在螢石晶隙間，含量達(dá)到40%～52%。髓石為隱晶質(zhì)，脈狀、纖維狀，與石英連生，交代螢石，使螢石晶粒局部呈凸灣狀。絹云母呈細(xì)小鱗片狀，分布于螢石及石英礦物的晶隙。

黃鐵礦為淡黃白色，半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑一般在0.02～0.05 mm，呈零散狀分布在螢石及石英晶粒之間，含量0.10%～0.50%。褐鐵礦以集合體呈皮殼狀交代黃鐵礦礦物單晶，似黃鐵礦假象，少數(shù)呈塵點狀、粉末狀分布，含量0.30%～2.00%。赤鐵礦呈星點狀細(xì)小微粒，粒徑0.01～0.03mm，含量0.01%左右。

為了解礦石中螢石的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律，分別在IZK501、ⅢZK003、ⅢZK201、ⅢZK601 4個鉆孔中的礦體部位采集樣品，磨片后在光學(xué)顯微鏡下觀察，其特征見圖1。

圖1 礦石鏡下鑒定特征

2.3 礦石的化學(xué)成分特征

為了解礦床中螢石礦的綜合化學(xué)成分，利用礦體中組合分析樣的副樣，進(jìn)行了兩件化學(xué)多元素分析測試，測試結(jié)果見表1。

由表1可知，CaF2含量在35.85%～51.39%，平均品位為43.62%，稍低于礦床平均品位47.06%，是礦石中的主要組分；SiO2含量在40.15%～45.30%，平均品位為42.73%；S元素平均含量為0.02%；P元素平均含量為0.03%；其他元素含量均較低。

礦床在普查和詳查階段，共采取基本分析樣995件，分析項目只有CaF2，其他元素未做測試，礦床平均品位47.06%。視礦床開采后的用途不同，其有益組分和有害組分的要求也不相同。將礦石做溶劑使用，SiO2和S為有害雜質(zhì)；做陶瓷和化工配料使用，SiO2和CaCO3是有害雜質(zhì)；作玻璃配料使用，則Fe2O3和P為有害雜質(zhì)。目前，市場上大多將螢石礦石作溶劑使用。從分析結(jié)果可知，SiO2、S、P為有害元素，其中S 0.02%、P 0.03%，含量較小，均低于貧-富礦對有害雜質(zhì)的指標(biāo)要求，同時不具有綜合回收利用價值，對礦石的選冶利用影響不大；SiO2平均含量42.73%，高于一般工業(yè)指標(biāo)中富礦對SiO2的含量要求，降低了該礦床礦石的工業(yè)利用品級。該礦床為單一CaF2螢石貧礦床。

表1 螢石礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

注：As含量單位為10-4。

3 選礦工藝研究

通過配礦將原礦CaF2含量為42.67%的選礦樣作為試驗礦樣。根據(jù)礦石性質(zhì)，采用浮選工藝分選該礦石。選礦條件試驗主要包括磨礦細(xì)度試驗、礦漿溫度、水玻璃用量、捕收劑用量等，以確定最佳的工藝條件。

3.1 磨礦細(xì)度條件試驗

磨礦細(xì)度直接影響螢石的單體解離度，從而對螢石精礦的品位產(chǎn)生影響。在水玻璃用量800 g/t、油酸用量100 g/t、礦漿溫度25 ℃的條件下考察磨礦細(xì)度對螢石浮選效果的影響，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表2。

圖2 螢石礦磨礦細(xì)度條件試驗流程

由表2可知，當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm 65%時，粗選螢石精礦的品位與回收率均較低；當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%時，粗選螢石精礦的品位與回收率提高至83.32%和84.55%；當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm 95%時，螢石精礦品位稍有降低，回收率增加很少；因此，磨礦細(xì)度-0.074 mm 85%時較適宜，此時精礦中CaF2品位和回收率均較理想。

表2 磨礦細(xì)度條件試驗結(jié)果 %

3.2 礦漿溫度條件試驗

螢石的浮選一般用油酸作捕收劑，但由于油酸在水中的溶解度極易受溫度的影響[4]。為此，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量800 g/t、油酸用量100 g/t的條件下考察溫度對粗選精礦指標(biāo)的影響。試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 礦漿溫度條件試驗結(jié)果

由圖3可見，隨著礦漿溫度的升高，精礦品位和回收率增加，當(dāng)?shù)V漿溫度超過35 ℃后，精礦品位和回收率增加幅度不大；綜合考慮，確定礦漿溫度35 ℃為宜。

3.3 水玻璃用量條件試驗

該次浮選試驗的原礦樣為石英型螢石礦，主要脈石礦物為石英，選礦難度較低，采用水玻璃作為脈石礦物的抑制劑，同時水玻璃也具有一定的分散作用[5]。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%、油酸用量100 g/t、礦漿溫度35 ℃的條件下進(jìn)行水玻璃用量條件試驗，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表3。

表3 水玻璃用量條件試驗結(jié)果

由表3可知，當(dāng)水玻璃用量在≤1 000 g/t時，精礦螢石品位提高，回收率相對降低；當(dāng)水玻璃用量為1 200 g/t時，粗精礦中螢石品位為85.22%，品位幾乎無變化，回收率為85.26%，略微下降；綜合考慮，粗精礦中CaF2品位和回收率，確定水玻璃用量為1 000 g/t。

3.4 捕收劑用量條件試驗

試驗所用捕收劑為油酸，其用量直接影響生產(chǎn)成本。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量1 000 g/t、礦漿溫度35 ℃的條件下進(jìn)行油酸用量條件試驗，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表4。

表4 捕收劑用量條件試驗結(jié)果

由表4可知，當(dāng)油酸用量低于120 g/t時，螢石粗精礦回收率從84.69%增至87.66%，隨油酸用量的增加回收率大幅提高；當(dāng)油酸用量超過120 g/t后，CaF2回收率略微降低至87.50%，同時螢石粗精礦品位隨油酸用量增加而減??；綜合考慮，螢石精礦的品位與回收率，確定油酸用量120 g/t較適宜。

3.5 開路試驗

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量1 000 g/t、油酸用量120 g/t、溫度35 ℃的最佳試驗條件下采用1粗4精2掃的浮選工藝流程進(jìn)行開路試驗，試驗流程及藥劑制度見圖4，結(jié)果見表5。

圖4 綜合開路試驗流程

表5 開路試驗結(jié)果 %

由表5可知，開路試驗可得到品位為98.61%、回收率為41.34%、產(chǎn)率為17.89%的螢石精礦，精礦品位較高，但回收率和產(chǎn)率明顯較低。

3.6 閉路試驗

在開路試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗，閉路試驗采用1粗4精2掃，中礦循環(huán)返回的工藝流程，具體閉路浮選試驗流程及藥劑制度見圖5，試驗結(jié)果見表6。

圖5 閉路試驗結(jié)果

表6 閉路試驗結(jié)果 %

由表6可知，閉路試驗得到螢石精礦品位為98.22%、回收率為88.33%、產(chǎn)率為38.37%。相對于開路試驗，精礦品位幾乎不變，但精礦產(chǎn)率和回收率均得到大幅度提升。因此，推薦該螢石礦選擇閉路浮選流程。

對閉路試驗精礦進(jìn)行多元素化學(xué)分析，測定結(jié)果見表7。

表7 螢石精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表7可知，閉路浮選試驗流程可得到CaF2含量為98.22%，SiO2含量為0.49%，CaCO3含量為0.61%，MgCO3含量為0.30%，F(xiàn)e2O3含量為0.25%， P含量為0.018%、S、As含量均小于0.01%的高品質(zhì)螢石精礦。

4 結(jié) 論

(1)某螢石礦屬于火山碎屑巖建造充填交代型礦床，工業(yè)類型為石英-螢石型礦床。目前，發(fā)現(xiàn)的螢石礦體和礦化體全部賦存在二疊系中統(tǒng)方山口組第一巖段下部的角礫狀凝灰熔巖中。

(2)該螢石礦礦石物質(zhì)組成研究表明：礦石礦物主要為螢石，脈石礦物主要有石英、髓石和絹云母，金屬礦物主要有黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦，其他少見。礦床中CaF2平均品位為47.06%，SiO2、S、P為有害元素，含量較小，均低于貧-富礦對有害雜質(zhì)的指標(biāo)要求，同時不具有綜合回收利用價值，對礦石的選冶利用影響不大。

(3)針對該礦石性質(zhì)，選礦試驗在最佳試驗條件下采用1粗4精2掃的浮選工藝流程，得到了CaF2品位為98.22%、回收率為88.33%的高品質(zhì)螢石精礦。