江西某蝕變花崗巖鋰礦工藝礦物學研究

胡 金,呂 偉,朱明波,余志瑋,張淑嫻

(1.玉溪師范學院,云南 玉溪 653100;2.江西省自然資源事業發展中心,江西 南昌 330025)

0 引言

鋰是自然界最輕的金屬,具有密度低、壓縮性小,硬度大和熔點高等特征,被廣泛應用于新能源汽車、航空、核工業、醫療、玻璃、陶瓷、光電、冶金等行業領域中。當前隨著新能源產業的的發展,鋰礦市場需求量大增[1-6]。目前含鋰資源的礦床主要有鹵水型、硬巖型和黏土型[7-11],市場上開采的鋰礦是以偉晶巖礦床為代表的硬巖型鋰礦,其含鋰礦物鋰輝石是鋰礦的主要礦物來源。隨著近十年的鋰礦勘查,硬巖型鋰礦從單一的花崗偉晶巖型到蝕變花崗巖型、偉晶巖型、角礫巖筒型、沉積型等多種類型并重[12],特別是蝕變花崗巖型,其礦床規模往往比較大,品位低,其主要含礦礦物鋰云母提鋰技術逐漸受到關注[13-15]。江西某鋰礦是近年來地質勘查新發現的一大型鋰礦床,是江西巖漿熱液蝕變作用形成的典型蝕變花崗巖型鋰礦床之一,其含鋰礦物主要為鋰云母。本文對該礦床礦石開展工藝礦物學研究,闡明鋰元素的賦存狀態、礦物的嵌布特征和鋰云母的嵌布粒度和單體解離度,為鋰礦石的選礦工藝提供科學依據。

1 礦床地質概況

1.1 礦體概況

礦區位于江南隆起帶九嶺逆沖隆起南緣古陽寨巖體東部,區內鋰礦賦礦母巖為白云母花崗巖,圍巖為含鋰量偏低的白云母花崗巖或二云母二長花崗巖體,具有明顯的成礦專屬性。礦區共有5條鋰礦體,呈似層狀平緩產出,均賦存于中細粒白云母花崗巖中,為大型礦床,估算Li2O大于30萬t,平均品位0.44%。3條主礦體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)分布在同一空間,Ⅰ號礦體出露于地表,埋深較淺,向深部依次分布Ⅱ號和Ⅲ號礦體(圖1),相互垂直間距10～110 m不等,3個礦體特征較為相似。Ⅰ號礦體規模最大,似層狀,走向近SN,傾向W,傾角約15°,走向長1 381 m,傾向延深819 m,平均厚度21.93 m,平均品位0.44%。另外2條礦體與主礦體特征相似,但規模較小。

1.2 礦石概況

礦石為中細粒鈉長石化花崗巖,呈灰白色-灰色,最常見的構造為塊狀構造、團粒狀構造和星散狀構造;細-中?；◢徑Y構,分為半自形晶粒結構、他形晶粒狀結構和交代殘余結構。

圖1 礦區某剖面示意圖

2 樣品采集與分析方法

試驗樣品根據各礦體的資源量占比布置采樣點采集巖心樣,選擇最具代表性的樣塊制備光薄片和電子探針樣品,采用偏光顯微鏡、掃描電鏡分析礦石主要礦物組合、結構構造特征嵌布粒度和能譜微區成分。余樣用鄂式和對輥破碎破碎至-2 mm后篩分、混勻配礦縮分后采用X熒光光譜分析、X射線衍射和MLA礦物自動定量系統進行化學分析、礦物組成和相對含量分析。

3 分析結果

3.1 化學成分

礦石中LiO2含量0.42%,為選礦回收的主要組分;K2O含量為3.86%、Na2O含量為3.60%,主要賦存于長石等礦物中,可隨長石礦物富集回收;Ta2O5、Nb2O5、Rb2O、Cs2O品位均較低,回收價值不大,選礦需要排除的雜質組分為Fe2O3,主要元素的化學成分分析結果見表1。

表1 礦石多元素分析結果

3.2 礦物組成

經鏡下鑒定、X射線衍射分析和MLA礦物自動定量系統分析,礦石中有用礦物為鋰云母,脈石礦物為鉀長石、斜長石、鈉長石、石英、白云母、方解石及少量的黑云母、磷灰石、磁鐵礦、黃鐵礦、赤(褐)鐵礦、鈮鉭鐵礦、鋯石、螢石、獨居石、黃玉、榍石、陽起石、鈦鐵礦、綠簾石等,各礦物的相對含量見表2。

3.3 礦石中鋰元素賦存狀態

為查明礦石中鋰云母的賦存狀態,挑選淺色云母(鋰云母和白云母)、長石和石英單礦物進行化學分析,Li2O的分析結果分別為3.57%、0.05%和0.01%,結合淺色云母的含量,鋰在淺色云母中的分布率為92.10%,鋰主要分布在淺色云母中(表3)。

為查明云母的微區化學成分特征,采用掃描電鏡對鋰云母和白云母進行了能譜微區成分測定。測定結果表明,鋰云母的主要成分為K、Al、Si和F(圖2、表4),平均含量分別為10.36%,29.24%、49.48%和2.25%,另外鋰云母中含有極少量Rb、Cs、Mg、Mn等元素,其中K含量遠高于原礦中的含量,結合礦物含量計算,約有27.46%的K隨鋰云母走向一致,但鋰云母中Rb、Cs平均含量較低,其中Rb含量為0.028%、Cs含量為0.018%左右,結合礦物含量計算,約1.59%的Rb及4.60%的Cs隨鋰云母走向一致。白云母能譜微區成分測定結果表明(表5),Rb、Cs在白云母中亦未有效富集,僅0.045%的Rb及0.01%的Cs隨白云母走向一致,難以隨云母的浮選富集而回收。

表2 礦物組成分析結果

表3 礦石中鋰的平衡分配計算結果

圖2 鋰云母的X射線能譜成分圖

表4 鋰云母的能譜微區成分(%)分析

表4(續)

表5 白云母的能譜微區成分/%分析

4 礦石礦物的嵌布特征與嵌布關系

4.1 云母

礦石中云母多呈半自形葉片狀、鱗片狀等形態分布,片徑在0.5～2.0 mm范圍,具多色性,白色、淺玫瑰色-淺褐色,部分為黑云母蝕變而成,解理縫可見殘存黑云母假象,局部有鈉長石交代并與長石緊密鑲嵌,解理發育(圖3a);沿(001)面可剝成無數薄片,有的薄,有的被鐵質渲染,并呈包裹體形態分布;部分鐵鋰云母以鱗片狀分布于長石和石英粒間(圖3b),交代長石與石英;另有少數白云母片徑在0.1～0.2 mm,含量稀少,邊緣附有白色黏土礦物。

4.2 脈石礦物

長石:多為白色、淡粉色,主要有鉀長石、鈉長石和斜長石,其中斜長石呈半自形板狀,長徑1.0～3.2 mm,部分具輕微絹云母化、黏土化,大部分已鈉化,部分斜長石呈交代殘留體與交代礦物鈉長石、石英、鐵鋰云母、鋰白云母等組成難以分離的集合體。鉀長石呈半自形-他形板狀,長徑1.2～4 mm,具弱—中等泥化,邊部常被鈉長石交代呈殘狀,具交代殘余結構,部分鉀長石邊緣還被鐵質、黏土礦物渲染呈淡粉色、淡紅色。鈉長石呈半自形板柱狀或糖粒狀,長徑0.2～0.8 mm,多可見兩組完全解理,顆粒為柱狀、板柱狀,其自形程度比其它造巖礦物高,呈板條狀,聚片雙晶發育,常以交代鉀長石產出。另外鉀長石、鈉長石相互間也彼此交代呈集合體。由于礦石在原生礦體中遭受不同程度蝕變作用,導致部分長石礦物被分解成高嶺石、絹云母和黏土礦物,使得礦石中黏土礦物含量較高,礦石泥化及粉碎化現象嚴重。

圖3 礦石中主要礦物的顯微照片

鉭鈮:主要為鉭鈮鐵礦,以鉭鐵礦和鈮鐵礦兩種形式存在,半透明褐色或深褐色調,多呈細小的針柱狀形態分布,長徑在0～0.25 mm,嵌布粒度較細。鉭鈮礦物多數為細小的單體礦物,但部分被石英、長石等包裹交代,并組成致密的集合體形態。另外,礦石中燒綠石也有鉭鈮存在,但含量稀少,粒度微細,回收困難。

石英:呈他形粒狀,粒徑1.5～5.0 mm,邊部常被鈉長石交代。

磷灰石:呈柱狀、粒狀,長徑0.05～0.1 mm。

榍石:呈不規則形,粒徑0.1～0.2 mm。

獨居石:呈自形粒狀,粒徑0.1 mm,具放射暈。

其他金屬礦物:黃鐵礦多呈半自形-他形晶粒,粒徑在0.05～0.2 mm范圍,部分已被氧化為次生褐鐵礦;鈦鐵礦多呈他形或不規則形晶粒,粒徑約0.1 mm;磁鐵礦多呈半自形晶粒,粒徑在0.1～0.2 mm范圍。礦石中金屬礦物相互間無接觸交代關系,但部分與鐵鋰云母、鋰白云母、長石、石英等非金屬礦物交代包裹,彼此分離難度大。

5 鋰云母嵌布粒度和單體解離度

5.1 嵌布粒度

在顯微鏡下測定礦物的粒級分布(表6、表7),鋰礦物嵌布粒度較粗,+0.10 mm粒級含量占62.70%,+0.038 mm粒級含量占81.91%,可見鋰礦物嵌布粒度以粗粒為主,呈粗-中嵌布;鉭鈮礦物嵌布粒度較細,+0.074 mm粒級含量為48.61%,而+0.038 mm粒級含量達68.22%,-0.038 mm粒級含量占31.78%,可見鉭鈮礦物嵌布粒度以細粒為主,呈細-中粒嵌布,部分為微細粒級。

表6 鋰礦物嵌布粒度特性

表7 鉭鈮礦物嵌布粒度特性

5.2 單體解離度

在顯微鏡下測定礦物單體解離度(表8、表9),鋰礦物單體解離情況良好,多數為單體礦物,-0.10+0.074 mm粒級單體含量為73.38%、-0.074+0.038 mm單體含量達82.56%,盡管+0.15 mm粒級未能實現完全解離,但全樣單體解離為74.01%,有利于鋰礦物的回收;鉭鈮礦物單體解離較差,粗粒級中單體含量較少,雖然細粒級中鉭礦物基本實現單體解離,-0.038 mm粒級單體含量可達95.38%,但粒度微細,不利于鉭鈮礦物的回收。

表8 鋰礦物單體解離度測定結果

表9 鉭鈮礦物單體解離度測定結果

6 結論

(1)礦石中Li2O含量為0.42%,是主要回收的組分;其他元素含量均未達到工業品位或綜合評價指標,有害組分為Fe2O3含量0.64%。礦石中的有價礦物主要是鋰云母,脈石礦物含量較高的是長石和石英。

(2)鋰礦物嵌布粒度呈粗—中嵌布,以粗粒為主,全樣單體解離度高,有利于鋰礦物的回收;鉭鈮礦物嵌布粒度呈中—細粒嵌布,以細粒為主,部分為微細粒級,雖然細粒級普遍解離,但由于粒度過細,不利于鉭鈮的重選回收,同時鉭鈮品位低未達到工業品位,無回收利用價值。