石灰窯大型銣礦床中銣礦石可選性試驗*

段先哲 時 皓 孫 嘉 譚凱旋 謝焱石 馮志剛 胡 楊

(1.南華大學核資源與工程學院；2.湖南省核燃料循環技術與裝備協同創新中心；3.內蒙古自治區礦產實驗研究所；4.中國地質科學院礦產資源研究所)

石灰窯大型銣礦床中銣礦石可選性試驗*

段先哲1，2時 皓3孫 嘉4譚凱旋1謝焱石1馮志剛1胡 楊1

(1.南華大學核資源與工程學院；2.湖南省核燃料循環技術與裝備協同創新中心；3.內蒙古自治區礦產實驗研究所；4.中國地質科學院礦產資源研究所)

內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利用價值，對其進行了銣礦石可選性試驗研究。試驗結果表明：銣元素主要賦存于鐵鋰云母和微斜長石中；濕法磁選試驗的效果優于搖床重選試驗；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、鈉長石和微斜長石，其中微斜長石中Rb2O的含量為0.9%左右，K2O的含量在16%以上，品位很高，具有較高的工業利用價值。

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

銣是非常重要的稀有金屬之一，不僅用于玻璃、陶瓷等民用工業領域，而且對于航天航空、能源、國防工業領域中都有著重要的應用價值[1-9]。與國外資源相比，我國銣資源具有分布范圍廣、規模小、品位低、難開發利用等特點[10-11]。我國目前正處于國民經濟高速增長階段，對礦產品需求不斷加大，特別是加入世貿組織后，開始融入世界的主流，這種變化給我國地勘業和礦產生產企業帶來極大影響和極好的發展機遇。因此，加強銣資源勘探力度和提取工藝研究意義重大[12-16]。為此，針對內蒙古錫林浩特石灰窯花崗巖型銣多金屬礦床進行了可選性試驗，試驗最終獲得了滿意的試驗指標。

1 原礦性質分析

石灰窯銣多金屬礦床采集礦樣，質量約100 kg，礦樣為灰白色，中粗粒，顯晶質，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，經顎式破碎機粗碎、圓盤式振動磨細碎、試驗型球磨機粉磨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 銣礦石化學成分X射線熒光分析結果 %

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成分X射線熒光分析在核工業北京地質研究所完成。

表2 銣礦石微量元素含量分析結果 ×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科學院青藏高原研究所完成。

由表1可知，礦石主要化學成分為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成分電子探針分析結果 %

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成分分析在中國地質大學(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%，具有較高的工業利用價值。

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、微斜長石和鉀長石，其中鐵鋰云母含量較高。

根據表3中主要礦物相的電子探針分析結果，采用以陰離子為基準的氫當量法計算各礦物相的離子系數，得礦物晶體化學式如下：

依據物質平衡原理，采用LINPRO.FOX程序計算，礦樣中各礦物含量為石英51.5%，鐵鋰云母33.7%，鈉長石8.6%，微斜長石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石中，Li主要賦存于鐵鋰云母。

2 銣礦石可選性試驗研究

為有效分離石灰窯銣礦石中的鐵鋰云母、石英、鈉長石和微斜長石，設計了搖床重選和濕法磁選選礦試驗。選取礦樣20 kg，送至華北理工大學礦物加工試驗室進行礦石可選性試驗。

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

圖2 銣礦石(BRB01)粉碎制樣流程

2.1 銣礦石磨礦粒度試驗

選礦試驗首先要將不同礦物通過粉碎進行解離，然后再利用其性質不同，確定選礦分離方案。磨礦粒度試驗的目的是確定礦物的最佳粉碎解離條件。試驗采用濕法棒磨進行銣礦樣的粉磨。首先取1 000 g礦樣，加水1 000 mL，磨礦濃度為50%，在棒磨機中棒磨，磨礦時間分別為1、2、3、5、7、10 min，通過沉淀磨細礦樣，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，計算礦樣粉體的粒度，試驗結果見表4。

表4 不同磨礦時間條件下礦樣-74 μm粒度分析結果

由表4可知，隨著磨礦時間的延長，礦樣-74 μm 粒級含量增大，但由于銣礦屬中粗粒結構，磨礦時間為5 min時，鐵鋰云母與石英已經解離，超過5 min后，粒度過細，不利于后續選礦試驗。因此，選取前4組樣品進行后續試驗。

2.2 銣礦石搖床重選試驗

搖床重選試驗的目的是利用鐵鋰云母、石英、鈉長石和微斜長石的比重和結晶形態不同，通過重選將其分離。搖床重選試驗流程見圖3。搖床重選試驗結果見表5。

圖3 銣礦石搖床重選流程

表5 銣礦石搖床重選試驗結果 %

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

2.3 銣礦石強磁選試驗

選取CT-3試樣，在濕法棒磨磨礦時間為3 min、磨礦濃度為50%、磨礦粒度為-74 μm 38.14%、磁場強度為1 273.89 kA/m的條件下進行2次掃選濕法強磁選條件試驗，試驗流程見圖8，試驗結果見表6。

表6 銣礦石(CT-3)濕法強磁選試驗結果%

產品名稱精礦1精礦2尾礦總量產率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 銣礦石濕法強磁選流程

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

對銣礦石濕法磁選樣品進行X射線粉晶衍射分析，結果表明精礦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、鈉長石和微斜長石(見圖11)。由此可見，濕法磁選可將鐵鋰云母與石英、鈉長石、微斜長石較好的分離，但同樣無法實現石英、鈉長石、微斜長石之間的分離。

圖9 銣礦CT-3試樣濕法強磁選精礦1X射線粉晶衍射圖

圖10 銣礦CT-3試樣濕法強磁選精礦2X射線粉晶衍射圖

圖11 銣礦CT-3試樣濕法強磁選尾礦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分析結果見表7，銣礦CT-3試樣強磁選結果見表8。

由表7可知，試驗所得精礦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果

×10-6

注：銣礦試樣(CT-3)的微量元素成分由中國科學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試樣強磁選試驗結果 %

產品名稱產率品位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%；經過濕法磁選后，Li2O、Rb2O和Cs2O在精礦1和精礦2中實現富集。

3 結 語

(1)石灰窯銣多金屬礦床中銣礦石原礦分析結果表明，其主要化學成分為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、鈉長石和微斜長石，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石中，具有較高的工業利用價值。

(2)石灰窯銣礦石選礦試驗結果表明，濕法磁選試驗的效果優于搖床重選試驗。銣礦石濕法磁選選礦的建議工藝條件為，磨礦時間為濕法磨棒 3 min，磨礦濃度為50%，磨礦細度為-74 μm 38.14%，在磁場強度為1 273.89 kA/m的條件下進行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、鈉長石和微斜長石，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%。經過濕法磁選后，Li2O、Rb2O、Cs2O在精礦1和精礦2實現富集，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、鈉長石和微斜長石，其中微斜長石中Rb2O的含量為0.9%左右，K2O的含量16%以上，品位很高，具有較高的工業利用價值。

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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

*內蒙古地質勘查專項資金、國家自然科學基金(編號：41503016)；國防基礎科研計劃項目(編號：B3720110004)；南華大學博士科研啟動基金(編號：2014XQD08)；湖南省教育廳優秀青年項目(編號：15B201)和南華大學“蒸湘學者計劃”聯合資助。

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。