白云鄂博混合原礦中有害元素的賦存狀態(tài)研究

金海龍，李娜，魏威，郭春雷，王維維

(包頭稀土研究院白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點實驗室，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

白云鄂博礦床是一個由多種、多期次地質(zhì)作用形成的鐵、稀土、鈮等多金屬共、伴生礦床，成礦作用復(fù)雜，礦石種類多樣，礦石礦物含量、礦物組合差別明顯，具有“貧、細(xì)、雜、多”的特點，資源利用難度較大[1-3]。

白云鄂博礦自發(fā)現(xiàn)以來，國內(nèi)外科研部門、專家學(xué)者對礦石開采、分選、冶煉以及綜合利用等做了大量的研究工作，主要針對生產(chǎn)流程中鐵、稀土、鈮等有用元素的賦存狀態(tài)進(jìn)行了側(cè)重研究[4-12]，卻忽略了有害元素在各個生產(chǎn)流程中起到的關(guān)鍵作用。隨著白云鄂博礦開采深度的不斷增加，礦石屬性也由氧化礦石已轉(zhuǎn)變?yōu)樵V石，硫元素含量大幅度升高，稀土精礦中的鐵磷比不穩(wěn)定，鐠釹配分也隨之降低，礦石的礦物組成、礦物工藝性質(zhì)、元素分布等均出現(xiàn)明顯變化。其中有害元素賦存形式的演變尚未確認(rèn)，相關(guān)科學(xué)問題亟待解決。本文以白云鄂博現(xiàn)行流程混合原礦中有害元素為研究對象，通過對其化學(xué)成分、礦物組成、有害元素分布率及其賦存狀態(tài)等方面的研究，希望為白云鄂博現(xiàn)行工藝產(chǎn)品提質(zhì)降雜與資源高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品采集與分析方法

本次礦樣采集分兩部分組成，一是對主、東礦正在開采的臺階，以臺階為梯度、按礦石類型對礦體進(jìn)行系統(tǒng)采樣，共計205 個樣品；二是在寶山公司現(xiàn)行流程中碎車間皮帶上采集混合原礦。多元素分析通過采用分光光度法來測定礦石樣品中SiO2、P2O5，化學(xué)滴定法測定F、TFe 的含量，高頻紅外碳硫儀進(jìn)行S 的測定，原子吸收光譜儀測定Na2O 與K2O，用ICP-OES 測定CaO，用ICP-AES測得Nb2O5和REO，同時采用單偏光顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡與MLA 礦物自動分析系統(tǒng)對混合原礦進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

2分析結(jié)果

2.1 礦石化學(xué)成分

對主、東礦不同類型礦石以及生產(chǎn)車間混合原礦進(jìn)行多元素測試，結(jié)果見表1。

表1 白云鄂博礦石多元素分析結(jié)果/%Table 1 Multi- element analysis results of Bayan Obo ores

由表1 可知，主、東礦不同類型礦石中P2O5含 量 介 于0.20% ～ 3.48%，F(xiàn) 含 量 介 于0.28% ～19.42%，S 含量介于0.14% ～ 4.30%，其中螢石型鈮稀土鐵礦石的P2O5、F 與REO 含量相對較高，可能是螢石、磷灰石與稀土礦物密切共生的原因；鈉閃石型鈮稀土鐵礦石中S 含量較高可能與黃鐵礦的存在有關(guān)。生產(chǎn)車間混合原礦中P2O5、F、S的含量分別為2.98%、8.89%、1.63%，有害元素的含量相對較高，會對生產(chǎn)流程中精礦產(chǎn)品產(chǎn)生不良影響。

表2 白云鄂博礦石礦物組成及含量Table 2 Mineral composition and content of Bayan Obo ores

2.3 元素分布率

根據(jù)白云鄂博混合原礦中的礦物含量、有害元素總含量及礦物中有害元素含量理論值[13]計算得出礦石中有害元素的分布率，計算結(jié)果見表3。

表3 白云鄂博礦石有害元素的分布率/%Table 3 Distribution rate of harmful elements of Bayan Obo ores

由表3 可知，白云鄂博混合原礦氟元素主要賦存在螢石與氟碳鈰礦中，二者含氟量之和占原礦氟總量的98.22%；磷元素集中分布在獨居石和磷灰石兩種礦物中，二者含磷量之和占原礦氟總量的93.69%；硫元素主要賦存在重晶石與黃鐵礦之中，其次為磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等，硫的分布率高達(dá)95.70%。

2.4 礦物特征

黃鐵礦與重晶石是白云鄂博礦區(qū)分布比較廣泛的含硫礦物，在主、東礦體內(nèi)尤為常見。其中黃鐵礦在鈉閃石型鈮稀土鐵礦石中分布量最大，在其他類型礦石中雖亦有見到，但含量相對較少。黃鐵礦結(jié)晶程度較好，一般呈立方體，顯微鏡下觀察常呈正方形或長方形，與磁黃鐵礦緊密共生，被磁黃鐵礦所包裹，晶形保存完整，常見的共生礦物還有鈉閃石、霓石、方鉛礦、閃鋅礦等(圖1A)。

重晶石一般呈細(xì)粒集合體，粒徑多在-0.1 mm，多以細(xì)條帶的形式分布在螢石型鈮稀土鐵礦石或霓石型鈮稀土鐵礦石中，但在晚期脈中可發(fā)現(xiàn)重晶石斑晶，顆粒長達(dá)數(shù)厘米左右，而且在礦石間隙中可見完整的長板狀重晶石晶體(圖1B)。

圖1 白云鄂博礦石礦物嵌布特征Fig .1 Dissemination features of Bayan Obo ores

獨居石作為白云鄂博礦區(qū)分布最廣泛的稀土礦物之一，產(chǎn)狀形態(tài)多種多樣，通常以極細(xì)小顆粒遍布各種礦石類型中，與磷灰石關(guān)系密切。獨居石以“獨居”為特點，零星分布，有時呈串珠狀展布，粒度大小不一，可見不規(guī)則狀獨居石沿磁鐵礦裂隙結(jié)晶(圖1C)。磷灰石作為火成巖及變質(zhì)巖中常見的副礦物，廣泛分布于礦區(qū)的白云巖和各類礦石之中，以條帶狀螢石型礦石中為最多，在霓石型礦石中次之。磷灰石常與螢石、氟碳飾礦、重晶石等礦物密切共生，晶形比較完整，由粒狀到長柱狀均有結(jié)晶(圖1D)。

在白云鄂博礦區(qū)螢石分布極為廣泛，而且由于氟交代作用的強(qiáng)度不同，各礦體螢石的礦化作用也有所不同。主礦的螢石分布量明顯多于東礦，西礦和東部接觸帶分布相對較少，螢石賦存在各種礦石類型中。螢石主要以條帶狀與浸染狀兩種形式產(chǎn)出。螢石多為不規(guī)則粒狀，顏色呈不同程度的紫色，偶見黑紫色或無色。常見的共生礦物有氟碳鈰礦、獨居石、霓石、白云石等，有時可見螢石、磁鐵礦、白云石、稀土礦物等近似平行地間隔分布(圖1E)。氟碳鈰礦作為整個礦區(qū)分布最廣泛的稀土礦物，在各種礦石類型中也均有產(chǎn)出。氟碳鈰礦多呈不規(guī)則粒狀集合體或珠串狀分布，與霓石、燒綠石、螢石、重晶石等礦物密切共生，早期的氟碳鈰礦以極細(xì)小的顆粒被包裹在磁鐵礦、霓石、螢石等礦物中，晚期的氟碳鈰礦顆粒相對粗大，以不規(guī)則狀析出于其他礦物晶粒間(圖1F)。

3 結(jié) 論

（1）白云鄂博現(xiàn)行流程生產(chǎn)車間混合原礦中有害元素P2O5、F、S 的含量不低，可能會對后續(xù)的生產(chǎn)流程產(chǎn)生不良影響，勢必引起高度重視。

（2）混合原礦中的有害元素主要以獨立礦物形式存在，包括螢石、氟碳鈰礦、獨居石和磷灰石、重晶石、黃鐵礦等，而且元素分布率均在93%以上。其中部分有害元素賦存在氟碳鈰礦、螢石等有用礦物中，一定程度上降低了除雜難度。

（3）白云鄂博混合原礦中包含有害元素的礦物在礦區(qū)內(nèi)分布極為廣泛，以不同產(chǎn)狀在各種礦石類型中均有產(chǎn)出。礦石類型多樣、有害礦物種類復(fù)雜、有用礦物粒度細(xì)小，這些是影響白云鄂博礦石選別指標(biāo)與資源利用不可忽視的重要原因。