江西宜豐某含鋰瓷石礦工藝礦物學(xué)特征及利用建議

朱黎寬，趙海波，王盤喜，劉 磊

(中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

鋰廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、冶金、醫(yī)藥、有機(jī)合成等行業(yè)，被譽(yù)為“工業(yè)味精”[1-2]，隨著信息技術(shù)和新能源汽車的迅猛發(fā)展，以鋰為主要原料的鋰離子電池成為發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，鋰資源的需求也大幅攀升。

含鋰瓷石是含鋰礦物的一類瓷石，主要礦物成分為石英、長石和云母，含少量高嶺石?；瘜W(xué)成分以富鉀鈉、高硅、低鐵、含Li、Nb、Ta 等稀有金屬為特征。具備單獨成瓷的基本組分和生產(chǎn)工藝條件[3-4]，常應(yīng)用于陶瓷和玻璃行業(yè)。江西宜春地區(qū)含鋰瓷石資源豐富，針對稀有金屬元素開展利用較少，綜合利用水平較低[5-6]。本文擬通過顯微鏡觀察、X-衍射分析、MLA 等方法對江西宜豐某含鋰瓷石的工藝礦物學(xué)進(jìn)行研究，以期為含鋰瓷石的高值化利用提供依據(jù)。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)組成

本文研究的含鋰瓷石為鈉長石化白云母花崗巖，化學(xué)成分具有K2O+Na2O、Al2O3含量較高、Fe2O3含量低的特點，可作為建筑陶瓷加工的原料。礦石中伴生Li、Rb、Cs、Nb、Ta 等稀有金屬元素，其中Li2O 0.51%、Rb2O 0.20%較高，達(dá)到伴生工業(yè)指標(biāo)(表1)。

表1 原礦化學(xué)分析結(jié)果 (單位：%)

1.2 礦物組成

綜合礦石化學(xué)多項分析、光(薄)片鏡下鑒定、X-衍射分析和MLA 分析結(jié)果，主要礦物為斜長石(33%)、鉀長石(14%)、石英(28%)和云母(23%)，含少量的磷灰石、電氣石、螢石、錫石、鉭鈮鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦和鋯石。

1.3 主要礦物特征

長石包括鉀長石(正長石、微斜長石)和斜長石(鈉長石、鈉更長石)兩類，其中鉀長石含量14%，斜長石含量33%。鉀長石多呈他形晶結(jié)構(gòu)，粒度很粗，粒徑集中于0.8～2.2mm，多具高嶺土化蝕變。斜長石主要為鈉長石，結(jié)晶程度好，呈板狀自形或半自形晶結(jié)構(gòu)，粒度較粗，鏡下觀察聚片雙晶發(fā)育，粒徑集中于0.6～2.5mm，礦石中斜長石常常交代白云母、鉀長石等礦物，部分斜長石蝕變?yōu)榻佋颇浮?/p>

云母包括白云母、鋰云母和鐵鋰云母三種，主要為鐵鋰云母。云母是礦石中主要的含鋰和含鐵礦物。云母呈片狀結(jié)構(gòu)，可見一組完全解理，集合體狀嵌布于石英、長石之間，常被長石、石英等礦物交代呈浸蝕交代結(jié)構(gòu)。云母片徑較大，集中在0.5～2mm 之間，有利于通過選礦手段進(jìn)行分離。

石英多為他形粒狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶顆粒粗大，粒徑0.5～6.0mm，集中于1.5～5.0mm。多與長石、云母等礦物嵌布在一起，部分石英中包含自形晶板狀結(jié)構(gòu)的斜長石。石英中包裹體數(shù)量較少、不含或含少量雜質(zhì)，石英單礦物中SiO2大于99.9%，與江西宜春雅山地區(qū)某白云母花崗巖中石英特征相似，具備制備高純石英的潛力[7]。

磷灰石方柱狀或不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑0.1～1.2mm 不等，常被石英、鈉長石等礦物交代呈交代殘余結(jié)構(gòu)。

錫石柱狀或自形半自形粒狀結(jié)構(gòu)，礦物顆粒較粗，粒徑0.3～2mm 不等，可見被石英、長石等礦物交代形成交代殘余結(jié)構(gòu)，常與長石、白云母等礦物共存。

鉭鈮鐵礦礦石中主要的含鉭、鈮礦物之一，礦物中Nb2O5含量大于Ta2O5含量。礦物常呈柱狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶顆粒較小，粒徑0.05～0.5mm，常與鉀長石、云母等礦物共存。

鋯石在礦石中偶見，礦物常呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑0.05～0.02mm 不等。

2 稀有金屬元素賦存狀態(tài)

為了查清該礦床中鋰元素的賦存狀態(tài)，利用浮選方法獲得云母單礦物，云母中鋰的含量為2.18%，結(jié)合化學(xué)分析結(jié)果以及云母的含量，鋰在云母中的分布率為97.02%，鋰主要分布于云母中(表2)。在光學(xué)顯微鏡觀察的基礎(chǔ)上，針對銣和鉭鈮的賦存狀態(tài)進(jìn)行MLA 面掃描分析，礦石中的鋰和銣主要賦存在云母中(圖1)。礦石中云母片徑較大，可利用浮選法將云母和尾礦分離，利用硫酸法[8-9]、石灰焙燒法或鹽法[10]等方法提取云母中的鋰，最終的尾礦可作為建筑陶瓷原料。鉭鈮主要賦存在錫石和鉭鈮鐵礦中(圖2)，礦石中含鉭鈮礦物少，鉭鈮品位較低，綜合利用價值不大。

表2 鋰在礦石中的分配

圖1 Rb 在鐵鋰云母中賦存狀態(tài)面掃描圖像

圖2 Ta、Nb 在鉭鈮鐵礦中賦存狀態(tài)面掃描圖像

3 結(jié)論與建議

(1)礦石滿足作為陶瓷原料的要求。礦石為鈉長石化白云母花崗巖，主要礦物成分為鉀長石、斜長石、云母和石英，含微量磷灰石、電氣石、螢石、錫石、鉭鈮鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、鋯石等。礦石具有K2O+Na2O、Al2O3含量較高、Fe2O3含量低的特點，可直接作為建筑陶瓷加工的原料。

(2)建議開展鋰的綜合回收。礦石中Li2O 含量0.51%，在云母中分布率為97.02，鋰集中分布于在云母中，可考慮開展云母中鋰的綜合回收。Ta、Nb主要分布在錫石和鉭鈮鐵礦中，Ta、Nb利用價值不大。

(3)建議加強(qiáng)瓷石資源的整合和綜合利用。江西宜春地區(qū)含鋰瓷石資源豐富，潛在經(jīng)濟(jì)價值巨大。目前部分中小礦山僅作為高嶺土進(jìn)行開發(fā)，建議加強(qiáng)瓷石資源開發(fā)利用的調(diào)控和監(jiān)管，有效整合資源，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。