湖北省兩竹地區(qū)四個(gè)鈮礦礦石性質(zhì)及可選性實(shí)驗(yàn)研究

(自然資源部稀土稀有稀散礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北省地質(zhì)試驗(yàn)測試中心，湖北 武漢 430034）

鈮被廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)、原子能工業(yè)、航空航天工業(yè)、軍事工業(yè)、電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、超導(dǎo)材料以及醫(yī)療儀器等方面。近年來，湖北省高度重視兩竹（竹山-竹溪）地區(qū)地質(zhì)找礦工作，通過實(shí)施兩竹地區(qū)鈮金多金屬礦調(diào)查評(píng)價(jià)、竹溪縣巖屋溝—青巖溝地區(qū)鈮多金屬礦預(yù)—普查等省地勘基金項(xiàng)目，查明了區(qū)內(nèi)鈮礦富礦體賦存特征和分布規(guī)律，總結(jié)了鈮鉭稀土礦成礦模式，指導(dǎo)區(qū)域地質(zhì)找礦取得重要進(jìn)展[1-3]。

通過地質(zhì)科研與找礦勘查，查明兩竹地區(qū)是湖北省重要的稀有稀土礦成礦區(qū)，主要有兩個(gè)主要成礦帶，一是廟埡鈮鉭稀土成礦帶[4]，以廟埡鈮稀土礦、土地嶺鈮鉭礦、文家灣鈮鉭礦為代表，含礦巖石主要為正長巖、碳酸巖、粗面巖、粗面質(zhì)凝灰熔巖、（含礫）巖屑晶屑凝灰?guī)r；二是蔣家堰-天寶鈮鉭成礦帶，以蔣家堰鈮鉭礦、青巖溝鈮礦、天寶鈮礦床為代表，含礦巖石為粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、粗面質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖、含鉀長石斑晶粗面巖[5-6]。

兩竹地區(qū)鈮礦礦石性質(zhì)復(fù)雜，即使同在蔣家堰-天寶鈮鉭成礦帶，其不同礦區(qū)礦點(diǎn)的礦石性質(zhì)都不盡相同，主要含鈮礦石類型以及礦石可選性都各有區(qū)別，本文將分別進(jìn)行介紹。

1 竹溪縣蔣家堰礦區(qū)鈮礦

竹溪縣蔣家堰礦區(qū)鈮稀土礦行政區(qū)劃隸屬湖北省竹溪縣蔣家堰鎮(zhèn)。該區(qū)礦石自然類型是蝕變正長巖型鈮稀土礦石；工業(yè)類型為碳酸鹽化堿性巖原生鈮稀土礦石。具有斑狀結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)。塊狀構(gòu)造、弱定向構(gòu)造。

礦區(qū)礦石物質(zhì)組分復(fù)雜，主要鈮礦物有鈮金紅石、鈮鐵礦及燒綠石，礦物含量分別為0.6%、0.05%和 0.02%；主要含稀土元素礦物有獨(dú)居石、氟碳鈣鈰礦，其他金屬礦物褐鐵礦、黃鐵礦含量低，無回收利用價(jià)值。脈石礦物主要為方解石、正長石、斜長石、石英和黑云母等。

鈮元素主要以鈮金紅石、鈮鐵礦和燒綠石形式存在，其中以鈮金紅石的形式存在的鈮占原礦中鈮總量的 47.20%，鈮鐵礦中的鈮占原礦鈮含量的 35.80%，燒綠石中的鈮占原礦鈮含量的 17%。

礦石中有用礦物(鈮礦物、稀土礦物)粒度均較細(xì)，一般在 0.01～ 0.05 mm 之間，其中鈮金紅石-0.038 mm 75.37%，鈮鐵礦-0.038 mm 77.32%，燒綠石-0.038 mm 達(dá)到 79.25%，而且分布分散，包含于其他脈石礦物（如黑云母、長石及碳酸鹽礦物）中，連生關(guān)系復(fù)雜，單體解離度較低，增加分選難度[7]。

通過一系列的重、磁、浮探索實(shí)驗(yàn)表明，采用硝酸鉛、碳酸鈉和 CMC 為調(diào)整劑，以羥肟酸為捕收劑[8]，可以得到產(chǎn)率 1.98%，Nb2O5品位2.679%，回收率 60.15%的浮選粗精礦。浮選精礦經(jīng)磁選后，Nb2O5 品位可以進(jìn)一步得到提高。

表1 蔣家堰鈮礦浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Flotation results of Jiangjiayan niobium ores

2 天寶礦區(qū)、野虎寨礦區(qū)含鈮礦石

本部分研究樣品分別采自兩個(gè)不同礦區(qū)。其一采自天寶礦區(qū)，位于蔡家壩幅中南部天寶鄉(xiāng)一帶，其巖性主要為次粗面巖、粗面斑巖。鈮主要呈鈮錳礦、燒綠石、榍石的形式存在[6]，鈮元素分布率分別占 44.17%、29.24%和 15.43%，其次以易解石、含鈮鈦鐵礦、含鈮金紅石形式存在，鈮元素分布率分別為 5.42%、3.16%和2.42%。礦石中鈮礦物粒度主要分布于 2～ 25 μm，其中褐簾石粒度主要分布于 3～ 90 μm，燒綠石、鈮錳礦、易解石粒度主要分布于 2～ 5 μm。

其二采自野虎寨礦區(qū)，位于泉溪幅的東部野虎寨一帶。巖漿巖在此區(qū)大面積分布，以次粗面巖、粗面斑巖為主，其次為輝綠巖、輝長輝綠巖。鈮主要呈鈮易解石、易解石的形式存在，鈮元素分布率占 85.47%，其次以鈮鐵礦、含鈮鈦鐵礦、含鈮金紅石形式存在，鈮元素分布率分別為 8.58%、4.48%和 1.44%。礦石中鈮礦物粒度主要分布于 2～25 μm，其中褐簾石粒度主要分布于 3～ 90 μm，燒綠石、鈮錳礦、易解石粒度主要分布于 2～ 5 μm。

經(jīng)過一系列的磁選、重選探索實(shí)驗(yàn)，并分別進(jìn)行了浮選不同捕收劑探索實(shí)驗(yàn)[9-10]，結(jié)果表明，磁選精礦富集比較低，重選精礦回收率很低，浮選亦無法獲得較好的技術(shù)指標(biāo)。因單一選礦方法皆不能很好地對(duì)竹溪鈮礦中有用組分進(jìn)行有效回收，故進(jìn)行了重-浮、磁-浮聯(lián)合流程實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明雖有富集，尾礦可由原礦 0.082%降低到0.068%，但精礦回收率僅10%左右，選礦指標(biāo)仍不理想。

工藝礦物學(xué)研究表明，鈮在礦石中主要賦存礦物為（鈮）易解石和榍石，礦石中鈮含量過低，且礦物嵌布細(xì)度極其細(xì)微，這是導(dǎo)致其選礦指標(biāo)低的根本原因。

3 巖屋溝-青巖溝礦區(qū)含鈮礦石

湖北省竹溪縣巖屋溝-青巖溝礦區(qū)鈮礦分布范圍廣，出露寬度大，部分裸露地表，覆蓋層薄，礦層厚度大，厚度變化較小，構(gòu)造簡單，開采技術(shù)條件簡單。目前圈出了兩條礦體，本研究對(duì)象為規(guī)模較大的Ⅰ礦體，根據(jù)礦石類型，采取 2 種礦石樣品，分別編號(hào)為 K60 和K120。

3.1 K 60 礦樣

K 60 屬于堿性火山巖型鈮礦床，礦石品位低(原礦中含 Nb2O5 為 0.0855%)，鈮礦物主要以副礦物形式產(chǎn)出，含量低，粒度細(xì)小，偏光顯微鏡下觀察困難。原礦中主要有價(jià)元素為鈮以及稀土元素（包括鈰、鑭、釹、钷和釔等）。含鈮礦物主要為易解石和榍石、有極少量燒綠石；易解石粒度微細(xì)（-1 μm 95.01%），多呈板狀、柱狀或不規(guī)則粒狀，集合體可見與鉀長石、鈉長石和黑云母連生，常見呈微細(xì)粒包含于鉀長石和鈉長石中。另外，Nb 以類質(zhì)同像的形式賦存于榍石中，有的榍石中不含，平均含 Nb2O5 0.92%，常見呈不規(guī)則柱狀或粒狀與長石、云母和方沸石連生或以包裹體形式包含其中，偶爾可見包含鈦鐵礦。次要含鈮礦物燒綠石和細(xì)晶石呈完全類質(zhì)同象，燒綠石粒度微細(xì)（-10 μm），常見呈微細(xì)粒包裹體包含于鈉長石、鉀長石，并多見與鈦鐵礦連生。鈮在礦石中的元素配分見表 2。

表2 K60 樣品鈮在礦石中的平衡分配Table 2 Distribution of niobium in ore K60

由表 2 可見，獨(dú)立礦物中 Nb2O5 的總分布率僅為 27.51%，主要分布于易解石和榍石中，分布率分別為 12.21%和 9.76%，其余礦物未檢出Nb2O5，可能以分散狀態(tài)或顯微包裹體的形式存在，所占分布率為 72.49%。

針對(duì) K60 礦石樣品進(jìn)行了重選（搖床、離心）、磁選（強(qiáng)磁、超導(dǎo)）、浮選以及濕法浸出等試驗(yàn)，結(jié)果表明，磁選、重選分選效果不明顯，浮選指標(biāo)不高。浮選采用活性氣泡浮選工藝，以改良捕收劑 DB-11 為捕收劑，可獲得產(chǎn)率為 8.49%，品位為 0.193%，回收率為 19.88%的鈮粗精礦。

3.2 K 120 礦樣

K 120 屬于堿性火山巖型鈮礦床，礦石品位低（原礦中含 Nb2O50.0824%），鈮礦物主要以副礦物形式產(chǎn)出，含量低，粒度細(xì)小，偏光顯微鏡下觀察困難。礦石中主要鈮礦物為易解石，其次為鈮鐵礦，少量以類質(zhì)同像的形式賦存于鈦鐵礦中。鈮礦物多與脈石礦物連生，易解石主要呈板條狀或它形粒狀，粒徑一般為 0.01 mm 左右，顆粒細(xì)小，包裹于鈉長石、鉀長石、磷灰石、黑云母中或與其連生，連生關(guān)系復(fù)雜。Nb 在礦石中的平衡分配見表 3。

表3 MLA 分析鈮在礦石中的平衡分配Table 3 Distribution of niobium in ore(MLA)

由表3 可知，獨(dú)立礦物中 Nb2O5 的總分布率僅為 35.03%，主要分布于易解石中，分布率為23.60%，鈦鐵礦、鈮鐵礦中僅占總分布率的 5.60%和 9.47%，其余礦物未檢出 Nb2O5，可能以分散狀態(tài)或顯微包裹體的形式存在，所占分布率為64.97%。通過重選（搖床、離心）、磁選（常規(guī)脈動(dòng)高梯度磁選、超導(dǎo)脈動(dòng)高梯度磁選）、超導(dǎo)脈動(dòng)高梯度磁選-重選聯(lián)合流程、浮選以及濕法浸出等實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證該區(qū)礦石的可選性。結(jié)果表明，K 120 樣品的可選性要優(yōu)于 K 60 樣品。雖然強(qiáng)磁和離心分選效果不明顯，但超導(dǎo)磁選和搖床對(duì)該礦石具有一定的分選富集作用，采用超導(dǎo)磁選-搖床聯(lián)合流程實(shí)驗(yàn)，可以得到品位為 0.97%，回收率21.58%的鈮粗精礦。浮選實(shí)驗(yàn)表明，采用活性氣泡浮選工藝，DB-11 為捕收劑，可以得到產(chǎn)率為19.06%，品位為 0.157%，回收率為 36.94%的鈮粗精礦。K 120 活性氣泡工藝浮選指標(biāo)見表 4。

表4 K 120 樣品活性氣泡工藝浮選結(jié)果Table 4 Flotation results of active bubble process(K120)

結(jié)合樣品工藝礦物學(xué)和選礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，兩個(gè)樣品礦石性質(zhì)具有一定差異，含鈮含稀土礦物不甚相同，粒度均較細(xì)微，常規(guī)選礦方法對(duì)其富集分選效果不明顯。部分含鈮礦物可以通過超導(dǎo)磁選或采用新型捕收劑以活性氣泡浮選新工藝進(jìn)行富集，并有一定的效果，但仍有大部分含鈮礦物疑因粒度過于細(xì)微或呈分散態(tài)存在，導(dǎo)致無法綜合回收。

4 結(jié) 語

(1)兩竹地區(qū)鈮礦礦石性質(zhì)復(fù)雜，即使同在蔣家堰—天寶鈮鉭成礦帶，其不同礦區(qū)礦點(diǎn)的礦石性質(zhì)都不盡相同，主要含鈮礦石類型以及礦石可選性都各有區(qū)別。蔣家堰礦區(qū)主要含鈮礦物為鈮金紅石、鈮鐵礦；巖屋溝—青巖溝礦區(qū) K 120 樣品主要含鈮礦物為易解石、鈮鐵礦；天寶礦區(qū)主要含鈮礦物為鈮錳礦和燒綠石；野虎礦區(qū)主要含鈮礦物為鈮易解石（占85.47%）；巖屋溝-青巖溝K 60 樣品主要以易解石和榍石為主。

(2)礦石可選礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩竹地區(qū)礦石普遍屬于難選礦石，但蔣家堰及巖屋溝 K 120 樣品的可選性要優(yōu)于其他樣品，其嵌布粒度細(xì)微和鈮呈分散狀態(tài)是影響其選礦指標(biāo)的重要因素。

(3)湖北省兩竹地區(qū)含鈮礦石復(fù)雜多樣，不同礦區(qū)或礦點(diǎn)的礦石礦物皆存在差異，但在礦石物質(zhì)組分研究以及微細(xì)粒礦物分選技術(shù)方面研究還不夠深入，還存在較大的研究空間。