內蒙古額濟納旗某螢石礦選礦工藝試驗*

劉瑞斌 呂 杰

(1.山西工程技術學院地質與環境工程系；2.內蒙古地質礦產勘查院)

螢石是一種重要的工業原料，其工業用途非常廣泛。在冶金工業中，能夠降低難溶物質的熔點，使礦渣和金屬很好地分離，作為助溶劑應用于鈦合金生產和有色金屬冶煉；在化學工業中，是生產各種有機和無機氟元素的關鍵原料，用來生產氟化鈉、人造冰晶石、冷凍劑、航天噴氣燃料推進劑及其他含氟抗癌藥物等；在建材工業中，螢石也廣泛應用于水泥、陶瓷、玻璃等生產制造中[1]。

螢石是內蒙古重要的非金屬礦產之一，其礦產資源豐富，現在發現的螢石礦產大約有167處，廣泛分布于各盟和地級市，螢石礦產資源潛力巨大[2]。內蒙古額濟納旗某螢石礦床屬于火山碎屑巖建造充填交代型礦床，工業類型為石英-螢石型礦床[3]。本文在對該礦床地質特征研究的基礎上，針對該螢石礦的特點進行了大量的試驗研究，并確定了合理的工藝流程，獲得了滿意的試驗指標。

1 礦床地質概況

1.1 礦區地質

礦區內出露地層主要以二疊系中統方山口組為主，少量二疊系下統雙堡塘組及第四系。二疊系中統方山口組第一巖段下部出露于勘查區中部，主要是灰色、灰褐—黃褐色角礫狀凝灰熔巖。巖石中多發育溶洞，形態不規則，個別稍大。溶洞內發育方解石微晶，呈半充填狀，少數溶洞中發育螢石礦脈。鏡下觀察，巖石具角礫凝灰結構，塊狀構造。以-2.00 mm的凝灰質為主，2.00～14.00 mm的火山角礫次之。該巖性層是礦區最主要的賦礦層位，目前發現的螢石礦體和礦化體全部賦存在該地層內。

勘查區內北東向斷裂既是區內儲礦構造，又是區內控礦構造。受北東向為主的斷裂控制，派生出許多北東向次級小斷裂及局部褶皺，螢石礦體多沿北東及近東西向次級斷裂構造充填產出。礦區內與成礦關系密切的是二疊紀閃長巖。正是由于大面積分布的閃長巖侵入到方山口組(P2f)地層內，后期含礦組分的汽水熱液沿北東向斷裂構造及派生的次一級小斷裂充填富集，加上區域變質作用和火山噴發作用，最終為勘查區內螢石礦體的形成創造了條件。

1.2 礦體分布特征

礦區內共發現9個螢石礦體，其中2個為隱伏礦體。分別編號ⅠFI-1、ⅡFI-1、ⅢFI-1、ⅢFI-2、ⅢFI-3、ⅢFI-4、ⅢFI-5、ⅢFI1-1、ⅢFI2-1，其中ⅠFI-1、ⅢFI-1、ⅢFI-2、ⅢFI-3為主礦體；ⅢFI1-1、ⅢFI2-1為隱伏礦體；這9個螢石礦體分別賦存在呈三角形分布的3個區塊內，總厚度29.86 m。與螢石礦體相伴產出的還有多個小礦(化)體。礦體全部賦存在二疊系方山口組第一巖段下部灰—黃褐色角礫狀凝灰熔巖及其發育的次級斷裂構造帶內，礦體形態呈脈狀、似板狀、透鏡狀產出，走向以北東為主，個別礦體為北西、北東走向，與區內構造線方向一致，沿傾斜方向楔狀尖滅。礦體圍巖在三個區塊基本相同，巖性主要為角礫凝灰熔巖，個別礦體為閃長巖和粉砂質板巖。

2 礦石質量特征

2.1 礦石的結構構造特征

該礦床礦石為火山碎屑巖建造充填交代成因的石英脈型螢石礦。根據礦物的結晶形態和交代情況，三個區塊內礦石的主要結構有半自形—他形粒狀結構和交代結構。有用礦物螢石呈半自形、他形粒狀不均勻分布，可見兩組菱形解理，部分呈集合體團塊狀沿網脈狀裂隙分布，均質性好。脈石礦物石英、髓石有交代螢石現象，表明礦物是在多期次熱液作用的環境下形成。礦石構造以浸染狀構造為主，塊狀構造次之。有用礦物螢石及部分金屬礦物微晶粒度較小，在0.01～0.05 mm，呈星點狀均勻—較均勻分布，稠密浸染狀分布的礦石致密度較高。浸染狀構造，是該螢石礦床中礦石的最普遍構造特征。

2.2 礦石的物質組成及其鏡下特征

該區螢石礦床的礦物組分比較簡單，主要由礦石礦物螢石、脈石礦物石英、玉髓等組成，伴生有金屬礦物黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦。

螢石以無色—紫色為主，呈八面體或立方體的自形—半自形粒狀產出，粒徑一般0.1～0.3 mm，少數0.3～1.20 mm，部分小于0.01 mm，呈星點狀分布于礦石中。脈石礦物有石英、髓石和絹云母。石英呈純白色、他形粒狀，粒徑一般小于0.07 mm，少量達到0.1 mm，不均勻分布在螢石晶隙間，含量達到40%～52%。髓石為隱晶質，脈狀、纖維狀，與石英連生，交代螢石，使螢石晶粒局部呈凸灣狀。絹云母呈細小鱗片狀，分布于螢石及石英礦物的晶隙。

黃鐵礦為淡黃白色，半自形—他形粒狀結構，粒徑一般在0.02～0.05 mm，呈零散狀分布在螢石及石英晶粒之間，含量0.10%～0.50%。褐鐵礦以集合體呈皮殼狀交代黃鐵礦礦物單晶，似黃鐵礦假象，少數呈塵點狀、粉末狀分布，含量0.30%～2.00%。赤鐵礦呈星點狀細小微粒，粒徑0.01～0.03mm，含量0.01%左右。

為了解礦石中螢石的賦存狀態及分布規律，分別在IZK501、ⅢZK003、ⅢZK201、ⅢZK601 4個鉆孔中的礦體部位采集樣品，磨片后在光學顯微鏡下觀察，其特征見圖1。

圖1 礦石鏡下鑒定特征

2.3 礦石的化學成分特征

為了解礦床中螢石礦的綜合化學成分，利用礦體中組合分析樣的副樣，進行了兩件化學多元素分析測試，測試結果見表1。

由表1可知，CaF2含量在35.85%～51.39%，平均品位為43.62%，稍低于礦床平均品位47.06%，是礦石中的主要組分；SiO2含量在40.15%～45.30%，平均品位為42.73%；S元素平均含量為0.02%；P元素平均含量為0.03%；其他元素含量均較低。

礦床在普查和詳查階段，共采取基本分析樣995件，分析項目只有CaF2，其他元素未做測試，礦床平均品位47.06%。視礦床開采后的用途不同，其有益組分和有害組分的要求也不相同。將礦石做溶劑使用，SiO2和S為有害雜質；做陶瓷和化工配料使用，SiO2和CaCO3是有害雜質；作玻璃配料使用，則Fe2O3和P為有害雜質。目前，市場上大多將螢石礦石作溶劑使用。從分析結果可知，SiO2、S、P為有害元素，其中S 0.02%、P 0.03%，含量較小，均低于貧-富礦對有害雜質的指標要求，同時不具有綜合回收利用價值，對礦石的選冶利用影響不大；SiO2平均含量42.73%，高于一般工業指標中富礦對SiO2的含量要求，降低了該礦床礦石的工業利用品級。該礦床為單一CaF2螢石貧礦床。

表1 螢石礦化學多元素分析結果 %

注：As含量單位為10-4。

3 選礦工藝研究

通過配礦將原礦CaF2含量為42.67%的選礦樣作為試驗礦樣。根據礦石性質，采用浮選工藝分選該礦石。選礦條件試驗主要包括磨礦細度試驗、礦漿溫度、水玻璃用量、捕收劑用量等，以確定最佳的工藝條件。

3.1 磨礦細度條件試驗

磨礦細度直接影響螢石的單體解離度，從而對螢石精礦的品位產生影響。在水玻璃用量800 g/t、油酸用量100 g/t、礦漿溫度25 ℃的條件下考察磨礦細度對螢石浮選效果的影響，試驗流程見圖2，試驗結果見表2。

圖2 螢石礦磨礦細度條件試驗流程

由表2可知，當磨礦細度為-0.074 mm 65%時，粗選螢石精礦的品位與回收率均較低；當磨礦細度為-0.074 mm 85%時，粗選螢石精礦的品位與回收率提高至83.32%和84.55%；當磨礦細度為-0.074 mm 95%時，螢石精礦品位稍有降低，回收率增加很少；因此，磨礦細度-0.074 mm 85%時較適宜，此時精礦中CaF2品位和回收率均較理想。

表2 磨礦細度條件試驗結果 %

3.2 礦漿溫度條件試驗

螢石的浮選一般用油酸作捕收劑，但由于油酸在水中的溶解度極易受溫度的影響[4]。為此，在磨礦細度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量800 g/t、油酸用量100 g/t的條件下考察溫度對粗選精礦指標的影響。試驗流程見圖2，試驗結果見圖3。

圖3 礦漿溫度條件試驗結果

由圖3可見，隨著礦漿溫度的升高，精礦品位和回收率增加，當礦漿溫度超過35 ℃后，精礦品位和回收率增加幅度不大；綜合考慮，確定礦漿溫度35 ℃為宜。

3.3 水玻璃用量條件試驗

該次浮選試驗的原礦樣為石英型螢石礦，主要脈石礦物為石英，選礦難度較低，采用水玻璃作為脈石礦物的抑制劑，同時水玻璃也具有一定的分散作用[5]。在磨礦細度為-0.074 mm 85%、油酸用量100 g/t、礦漿溫度35 ℃的條件下進行水玻璃用量條件試驗，試驗流程見圖2，試驗結果見表3。

表3 水玻璃用量條件試驗結果

由表3可知，當水玻璃用量在≤1 000 g/t時，精礦螢石品位提高，回收率相對降低；當水玻璃用量為1 200 g/t時，粗精礦中螢石品位為85.22%，品位幾乎無變化，回收率為85.26%，略微下降；綜合考慮，粗精礦中CaF2品位和回收率，確定水玻璃用量為1 000 g/t。

3.4 捕收劑用量條件試驗

試驗所用捕收劑為油酸，其用量直接影響生產成本。在磨礦細度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量1 000 g/t、礦漿溫度35 ℃的條件下進行油酸用量條件試驗，試驗流程見圖2，試驗結果見表4。

表4 捕收劑用量條件試驗結果

由表4可知，當油酸用量低于120 g/t時，螢石粗精礦回收率從84.69%增至87.66%，隨油酸用量的增加回收率大幅提高；當油酸用量超過120 g/t后，CaF2回收率略微降低至87.50%，同時螢石粗精礦品位隨油酸用量增加而減小；綜合考慮，螢石精礦的品位與回收率，確定油酸用量120 g/t較適宜。

3.5 開路試驗

在磨礦細度為-0.074 mm 85%、水玻璃用量1 000 g/t、油酸用量120 g/t、溫度35 ℃的最佳試驗條件下采用1粗4精2掃的浮選工藝流程進行開路試驗，試驗流程及藥劑制度見圖4，結果見表5。

圖4 綜合開路試驗流程

表5 開路試驗結果 %

由表5可知，開路試驗可得到品位為98.61%、回收率為41.34%、產率為17.89%的螢石精礦，精礦品位較高，但回收率和產率明顯較低。

3.6 閉路試驗

在開路試驗的基礎上進行閉路試驗，閉路試驗采用1粗4精2掃，中礦循環返回的工藝流程，具體閉路浮選試驗流程及藥劑制度見圖5，試驗結果見表6。

圖5 閉路試驗結果

表6 閉路試驗結果 %

由表6可知，閉路試驗得到螢石精礦品位為98.22%、回收率為88.33%、產率為38.37%。相對于開路試驗，精礦品位幾乎不變，但精礦產率和回收率均得到大幅度提升。因此，推薦該螢石礦選擇閉路浮選流程。

對閉路試驗精礦進行多元素化學分析，測定結果見表7。

表7 螢石精礦化學多元素分析結果 %

由表7可知，閉路浮選試驗流程可得到CaF2含量為98.22%，SiO2含量為0.49%，CaCO3含量為0.61%，MgCO3含量為0.30%，Fe2O3含量為0.25%， P含量為0.018%、S、As含量均小于0.01%的高品質螢石精礦。

4 結 論

(1)某螢石礦屬于火山碎屑巖建造充填交代型礦床，工業類型為石英-螢石型礦床。目前，發現的螢石礦體和礦化體全部賦存在二疊系中統方山口組第一巖段下部的角礫狀凝灰熔巖中。

(2)該螢石礦礦石物質組成研究表明：礦石礦物主要為螢石，脈石礦物主要有石英、髓石和絹云母，金屬礦物主要有黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦，其他少見。礦床中CaF2平均品位為47.06%，SiO2、S、P為有害元素，含量較小，均低于貧-富礦對有害雜質的指標要求，同時不具有綜合回收利用價值，對礦石的選冶利用影響不大。

(3)針對該礦石性質，選礦試驗在最佳試驗條件下采用1粗4精2掃的浮選工藝流程，得到了CaF2品位為98.22%、回收率為88.33%的高品質螢石精礦。