西藏甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中石榴石的綜合利用

雷傳揚，汪雄武，茍正彬，張 強

(成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059)

甲瑪銅多金屬礦是一個Cu為主，共生Mo和Pb，伴生Zn、Au、Ag等有用組分的多金屬和非金屬的礦床組合系列。金屬礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、輝鉬礦等，非金屬礦物主要包括石榴石、透輝石、鈣質斜長石、硅灰石等。其中，Cu、Mo屬特大型礦床，Pb、Zn、Au、Ag也到達大型礦床規模[1]。目前，僅回收單一金屬銅，綜合回收Mo、Pb、Zn、Au、Ag工程準備上馬。但是，作為采選副產品之一的非金屬礦物—石榴石的綜合利用問題，一直未得到足夠重視，造成環境污染、資源浪費和經濟損失。從礦床地質特征方面作為切入點，分析石榴石礦的儲量規模、礦石質量特征等，并進一步介紹石榴石的用途及國內外市場需求，希望對該礦床今后開展石榴石的綜合利用具有一定的指引意義。

1 礦床地質概況

甲瑪銅多金屬礦行政歸屬拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉和斯布鄉管轄，東西長約8～11km，南北寬約6～11km，面積約106km2。從礦區沿簡易公路北行21km到川藏公路，西行23km至墨竹工卡縣城， 68km到拉薩市。大地構造位置位于西藏岡底斯成礦帶中段，區域上主要有驅龍、邦浦、拉抗俄、沖江、廳宮等礦床。該礦集區是岡底斯帶重要的斑巖-矽卡巖銅多金屬分布區[2]。

區內出露地層主要為被動陸緣期的碎屑-碳酸鹽巖系，包括上侏羅統多底溝組(J3d)，下白堊統林布宗組(K1l)以及少量第四系(Q)，林布宗組主要為砂巖和板巖。作為矽卡巖礦體的頂板，多底溝組主要為大理巖化灰巖；作為矽卡巖礦體的底板，第四系僅在牛馬塘一帶分布。礦區位于NWW向延伸的甲瑪-卡軍果推覆構造系前部帶。該帶發育規模較大的復式斜歪-同斜倒轉褶皺帶，局部殘存推覆引起的高位巖體反向滑覆而成的滑覆構造。甲瑪礦區位于該帶的中部。

區內巖漿活動強烈。火山巖集中分布在墨竹工卡以南的甲瑪-班禪牧場-沃卡一帶中侏羅統葉巴組地層中，巖石普遍具變質和蝕變現象，具片狀構造，原巖礦物全部或部分蝕變為綠泥石、綠簾石、絹云母和碳酸鹽礦物；侵入體呈近東西、北西-南東向、近南北向的放射狀展布，在近南北向及近東西向呈雁列式分布，為一套淺成侵入巖組合：花崗正長斑巖、二長花崗斑巖、石英二長斑巖、花崗閃長玢巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖及輝綠玢巖。

礦床主礦體的分布嚴格受地層層位的控制，產于上侏羅統多底溝組(J3d)頂部的層矽卡巖中。礦體在平面上呈北西西走向，傾向北北東，整個礦體走向方向長3400m，沿傾向方向延伸大于2000m[3]，呈層狀、厚板狀、似層狀、透鏡狀。

2 甲瑪礦區石榴石的基本特征

2.1 石榴石的分布、產狀與規模

非金屬礦-石榴石產于塊狀矽卡巖的下部，即矽卡巖向大理巖過渡部位，并以單礦脈的形式存在于大理巖中。其礦物形狀主要呈針狀、絲狀、鱗片狀或纖維狀產出，其所組成的集合體常成致密塊狀。礦體總體走向呈300°，傾角變化較大，地表一般較陡(45°～60°)，深部變緩至30°～15°。

甲瑪銅多金屬礦是超大型礦床，探明矽卡巖型礦體銅鉬鉛鋅金銀均達大型以上規模[1]，而作為礦體夾石的主要非金屬礦物石榴石的儲量也巨大。礦體夾石，在多數的鉆孔中可見到，厚度變化較大，4.21～48.7m，大部分夾石厚都在4～6m之間，平均厚約11.7m。

2.2 礦石結構構造

矽卡巖石榴石為主的礦石結構結構為：自形-半自形粒狀結構：石榴石多呈自形、半自形粒狀，粒徑多數1～20mm之間；矽卡巖石榴石為主的礦石構造為：①塊狀構造：組成礦石的礦物均勻分布在礦石中。②條帶狀構造，石榴石矽卡巖中有矽卡巖條帶，主要由石榴石、透輝石等組成，為礦石中主要構造形式。

2.3 礦物組成

石榴石是甲瑪礦床中主要的矽卡巖礦物，可見石榴石矽卡巖，顏色變化多，以綠色和黃綠色為主，成分以鈣鋁榴石和鈣鐵榴石為主[4]。石榴石矽卡巖常呈塊狀，以石榴石為主，含量高達70%～80%。

3 石榴石的綜合利用

石榴石是一種新型的非金屬礦物。由于它具有獨特的物化性能和礦物學特性，近年來應用領域不斷擴大，產量不斷增長，價格不斷上升，行業銷售收入年年攀升，行業活力逐年上升。甲瑪礦床中非金屬礦物石榴石的綜合利用，有利于節能減排、節約資源、增加礦山經濟效益。

3.1 石榴石用途

甲瑪石榴石呈大小不等的結晶顆粒，具有硬度適中(6.5～7.5)、熔點高(1170℃～1280℃)、化學穩定性好、無毒、惰性等特點，密度為3.5～4.3g/cm3，折射率為1.714～1.887，顏色不一，以綠色和黃綠色為主，呈油脂光澤，不透明。在工業上可以廣泛的應用于噴砂、敷涂磨料、拋光或精磨、水過濾、水力射流切割、修建公路和機場跑道、裝飾建筑物外觀、精密儀器軸承、鉆井泥漿的加重劑，以及橡膠和涂料的新型無機填料和過濾介質用微球等[6]。

3.2 經濟效益

在甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中，石榴石作為主要的脈石礦物組分之一，一部分在采礦過程中作為廢石排放至廢石場中，其余大部分在選銅過程中與其他脈石礦物堆放一起，作為尾砂被排放至尾礦庫中。按現在設計的的礦山生產情況估算，因未進行綜合回收，每年將損失石榴石儲量約10萬t。按石榴石原礦品位75%、選礦回收率60%、石榴石精礦品位80%計算，每年將少回收石榴石精礦5.625萬t，按每t價格900元，其價值5062.5萬元，年利潤在500萬元左右。由于綜合利用工作滯后，造成企業經濟利益的巨大損失，在世界石榴石需求量不斷增長的今天，這是十分可惜的。

3.3 環境效益

主要脈石礦物之一的石榴石，作為廢石或者尾砂被堆放在尾礦庫中，大大增加了尾礦庫的負擔。當堆放量超過尾礦庫的承受壓力時，易發生泥石流，形成巨大的地質災害，危害當地居民的生命財產安全。此外，尾礦庫中有大量的有害元素，一旦尾礦庫潰壩，這些有害元素就會伴隨泥石流而下，從而直接或間接地污染了地表水、地下水和周圍農田、土地，并進步污染了農作物，經揮發也污染空氣。相反，如果石榴石得到合理的綜合利用，不但能夠變廢為寶，提高礦山礦產資源綜合利用程度，還能夠減少環境污染。

4 可選性論證及大致流程

根據甲瑪銅多金屬礦矽卡巖型礦石中石榴石的特征，本文建議甲瑪石榴石的選礦流程由手選、篩選、強磁選分離、超細粉碎四道工序組成。

4.1 手選

因混入夾石和圍巖，出窿原礦中含有少量廢石。為防止廢石在破碎過程中產生細小顆粒，降低篩選產物質量，破碎篩選前設置一段手選作業，從原礦中用手挑出直徑大于2～3cm的圍巖、夾石及其他雜質混入物，使礦石達到人工富集的目的。經手選后礦石送入顎式破碎機進行破碎。

4.2 篩選

矽卡巖型礦石中除石榴石外，還含有硅灰石、及少量的透輝石、鈣質斜長石、鉀長石、石英等脈石礦物，石榴石與脈石礦物多以一定粒度的塊狀集合連生體產出。因各礦物硬度不同，機械性質不一，可碎性就不同。礦石破碎時，各礦物集合體被破碎的情形就不一樣，有的被破碎成較粗粒子，有的卻較細。在采礦爆破過程中，部分石榴石已被爆破成許多較細顆粒。在相同破碎條件下，硅灰石集合體被破碎成較細的顆粒，而石榴石、透輝石、石英破碎后的粒度粗，細粒很少，即硅灰石集合體被選擇性破碎，以達到矽卡巖中主要礦物石榴石和硅灰石的有效分離。選擇性破碎選用反擊式破碎機，破碎后礦石的粒度要求小于5mm。

4.3 強磁選分離

甲瑪矽卡巖型石榴石具有弱磁性，因而可通過強磁選與碳酸鹽礦物和其他非磁性的硅酸鹽礦物分離。選用石榴石礦干式磁選機進行該流程操作，把篩選后粒度小于5mm的礦送入上料斗。礦粒經輸送帶被送入磁輥分選，由于石榴石礦粒有磁性，立即被強磁場吸附在磁輥上，而脈石礦物由于沒有磁性，磁輥的強磁對它不產生吸力，隨著磁輥的轉動，石榴石礦粒一直被吸在磁輥上。脈石粒在磁輥轉到前端位置時，被拋出掉在隔礦板的前面，石榴石礦粒繼續被磁輥帶到脫磁區時自動掉入選集礦斗，收集為精礦成品。

4.4 超細粉碎

石榴石精礦粒度一般較粗,為了滿足市場對石榴石超細粉的特殊要求, 可采用細磨和超細分級流程[7]。結合甲瑪石榴石的實際情況，采用氣流粉碎制取石榴石超細粉，用FJJ渦輪式分級機能獲得粒度分布窄的石榴石超細粉體[8]。

5 結論及建議

1)甲瑪銅多金屬礦不僅銅、鉬等金屬資源豐富，而且伴生非金屬礦——石榴石資源儲量也相當可觀，為甲瑪的優勢礦產，但至今未能綜合利用，這與其儲量規模和應當發揮的作用極不協調。建議相關部門盡快把甲瑪石榴石資源的開發利用提到重要議事日程上來。

2)進一步開展石榴石選礦試驗和實際應用研究。通過多方案選礦試驗比較，確定經濟合理的工藝流程，提高選別指標。并根據選礦產品質量指標，確定其用途和價值，開發出適銷對路的石榴石系列產品。

3)通過石榴石資源的綜合回收利用，能夠變廢為寶，減少環境污染，提高礦山礦產資源綜合利用程度，促進資源優勢的整體發揮，增加礦山經濟效益，具有十分顯著的經濟效益和環境效益。

[1] 唐菊興,王登紅,汪雄武,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦礦床地質特征及其礦床模型[J].地球學報,2010，31(4):495-506.

[2] 李光明,芮宗瑤,王高明,等. 西藏岡底斯成礦帶甲馬和知不拉銅多金屬礦床的Re-Os同位素年齡及其意義[J].礦床地質,2005,24(5):481-489.

[3] 應立娟,王登紅,唐菊興,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦輝鉬Re-Os定年及其成礦意義[J].地質學報,2010,84(8):1165-1174.

[4] 姚曉峰,王友,暢哲生,等. 西藏甲瑪銅多金屬礦矽卡巖基本特征及其成因意義[J].成都理工大學學報：自然科學版,2011，38(6)：662-670.

[5] 北京中經縱橫經濟研究院. 中國石榴石市場投資發展分析報告-中經縱橫[EB/OL]. http://www.cmrn.com.cn/article/bg11_183.shtml, 2009-12-4/2011-6-7.

[6] 申少華,李愛玲.湖南柿竹園多金屬礦石榴石資源的開發利用[J].礦產與地質,2005,19(4):432-435.

[7] 李九鳴,譚玉芝.石榴石選礦細磨和超細分級工藝研究[J].礦產綜合利用,1999(3):4-7.

[8] 盧永定. 粒度窄分布石榴石超細粉制備試驗研究[J].非金屬礦,2004,27(5):28-30.