華陽川鈾多金屬礦有用元素賦存狀態研究

王守敬

1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，河南 鄭州450006；

2.自然資源部多金屬礦綜合利用評價重點實驗室，河南 鄭州450006；

3.西北地質科技創新中心，陜西 西安 710054

華陽川鈾多金屬礦位于華陰市羅夫鎮。地質上位于小秦嶺西段，是一個以鈾為主、伴生多種金屬元素的復雜多金屬礦，具有規模大、礦種多、品位低、埋深淺、易開采的特點。初步估算礦床已查明資源量鈾×萬t、鈮11萬t、鉛218萬t，伴生銀4 310 t、稀土55萬t，重晶石2 706萬t，天青石2 851萬t[1]。

目前多家研究單位已經對華陽川鈾多金屬礦進行過選礦試驗和工藝礦物學研究[2-5]。確定了礦石中鈾、鈮、鉛和銀等有用元素的賦存狀態。均認為鈮鈦鈾礦中的鈾和鈮、方鉛礦中的鉛可回收利用，而白鉛礦等礦物中的鉛綜合利用難度較大。但對于礦石中的稀土元素、鋇、鍶等元素是否可以利用還存在一定的爭議。

本次研究對華陽川鈾多金屬礦進行工藝礦物學研究，確定礦石中鈾、鈮、鉛、稀土、鋇和鍶等主要有用元素的賦存狀態，為礦石的開發利用提供依據。

1 樣品的元素組成

本次研究分15個點采取了華陽川鈾多金屬礦坑道和地表樣品。對采集的樣品按比例混合后進行詳細的工藝礦物學研究。

對混合樣的化學分析結果(表1)顯示樣品中鈾、鈮和鉛含量較高，是主要的有用元素。鉛的物相分析結果顯示(表2)，礦石中鉛氧化程度較高。

表1 混合樣化學分析結果

表2 鉛物相分析結果

2 樣品的礦物組成

本次研究采用MLA分析確定了礦石的礦物組成。分析結果顯示(表3)礦石中有用礦物主要為鈮鈦鈾礦和方鉛礦等礦物，含少量的晶質鈾礦和鉛貝塔石等鈾礦物。

表3 主要礦物含量/%

3 主要礦物嵌布特征

3.1 主要礦物嵌布粒度

本次研究采用MLA分析等方法確定了礦石中主要有用元素的磨礦粒度，分析結果(表4)顯示，礦石中鈮鈦鈾礦、方鉛礦等有用礦物嵌布粒度較粗，而晶質鈾礦等礦物嵌布粒度較細。

表4 主要礦物磨礦粒度/%

從分析結果可以看出，礦石中鈮鈦鈾礦、方鉛礦、白鉛礦、菱鍶礦和重晶石等礦物粒度很粗，而其他礦物粒度較細。

3.2 鈾、鈮礦物嵌布特征

礦石中鈾、鈮礦物主要有鈮鈦鈾礦、晶質鈾礦、鉛貝塔石、釷石和褐釔鈮礦等礦物。

礦石中鈮鈦鈾礦多呈浸染狀分布在礦石中，與多與鉀長石、方解石等礦物伴生，另多見其包裹磷灰石等礦物(圖1)。

礦石中晶質鈾礦、鉛貝塔石等礦物含量較低，多與鈮鉭鈾礦緊密共生(圖1)，可與鈮鈦鈾礦一起選別。釷石、褐釔鈮礦含量較低，多分布在褐簾石等礦物中(圖1)。

A：鉀長石包裹鈮鈦鈾礦；B：方解石包裹鈮鈦鈾礦；C：鈮鈦鈾礦包裹磷灰石；D：鈮鈦鈾礦與鉛貝塔石共生；E：鈮鈦鈾礦包裹晶質鈾礦；F：褐簾石包裹釷石

3.3 鉛、銀礦物

礦石中含鉛礦物主要為方鉛礦和白鉛礦。

礦石中方鉛礦多呈浸染狀分布在碳酸鹽脈中。其粒度較粗(圖2)，與碳酸鹽等脈石礦物緊密共生(圖2)。部分方鉛礦已經部分氧化，表面多蝕變為白鉛礦(圖2)，對礦石中鉛的回收影響較大。

圖2 鉛礦物照片

礦石中未見銀的獨立礦物，但對方鉛礦精礦的分析顯示，其銀含量達到630 g/t，因此推測其多呈微細粒銀礦物賦存在方鉛礦等礦物中。可以和鉛一同回收。

3.4 鍶、鋇礦物

礦石中鍶、鋇等元素主要賦存在重晶石等礦物中，還有部分鍶賦存在天青石、菱鍶礦等礦物中。

礦石中重晶石多分布在方解石石英脈中，與方解石等脈石礦物緊密共生(圖3)。其粒度較粗，有利于其單體解離。

礦石中天青石和菱鍶礦等礦物含量較低，多呈浸染狀分布在方解石脈中，與方解石等礦物緊密共生(圖3)。

圖3 鍶、鋇礦物照片

3.5 稀土礦物

礦石中稀土礦物主要為褐簾石以及少量的獨居石等礦物。

礦石中褐簾石多呈浸染狀分布在礦石中，與脈石礦物緊密共生(圖4)。褐簾石粒度較粗，可見其包裹獨居石和釷石等礦物(圖4)。

獨居石在礦石中含量較低，多呈浸染狀分布(圖4)，其粒度較細，單體解離難度較大。

圖4 稀土礦物照片

3.6 脈石礦物

礦石中巖石類型分為方解石石英脈、偉晶巖脈和片麻巖三類。脈石礦物主要為石英、長石、云母、角閃石和方解石等礦物。

石英方解石脈是礦石中鉛的主要賦礦巖石。其主要由方解石、石英、重晶石等礦物組成。石英方解石脈多呈網脈狀分布，一般脈體邊緣為方解石，中心為石英。

偉晶巖是礦石中鈾、鈮礦物的賦礦巖石。其主要由鉀長石、石英等礦物組成。其呈脈狀分布，被后期方解石石英脈改造嚴重，可見方解石脈中包裹交代殘留的鉀長石。

片麻巖是礦石中主要的賦礦圍巖，主要由云母、角閃石、斜長石和石英等礦物組成。其中云母、角閃石等礦物主要呈片狀定向分布。

4 礦石主要有用元素賦存狀態

4.1 主要礦物電子探針分析結果

本次研究采用電子探針分析了礦石中主要礦物的元素組成。電子探針型號為島津EPMA-1720，分析條件為AccV: 15.0 kV，BC: 10.0 nA，Beam Size: 5 μm，SC: 8.1 nA。分析結果見表5～表7。

表7 鍶鋇鉛礦物電子探針分析結果/%

表5 鈾礦物的電子探針分析結果/%

從分析結果可以看出礦石中鈮鈦鈾礦主要由鈮、鈦、鈾和鈣組成，其含量變化不大，其中CaO平均含量14.06%，UO2含量31.02%，Nb2O5含量30.28%，TiO2含量17.86%。鉛貝塔石與鈮鈦鈾礦元素組成相似，只是鉛含量較高，鈣含量低。

對褐簾石和獨居石的電子探針分析結果顯示其元素含量變化不大。其中稀土礦物均以輕稀土元素為主。褐簾石中稀土元素含量較低，平均僅為22.60%，獨居石中稀土元素含量較高，平均65.49%。

對重晶石的電子探針分析顯示其元素組成以鋇和硫為主，含少量的鍶，說明礦石中重晶石為含鍶重晶石。天青石的電子探針分析結果顯示其含有一定量的鋇。菱鍶礦元素組成以鍶為主，其他元素含量較低。

對白鉛礦的電子探針分析顯示其中含有一定量的鍶，說明礦石中方鉛礦氧化過程中有鍶的加入。

表6 稀土礦物電子探針分析結果/%

4.2 鈾鈮的賦存狀態

對礦石中鈾、鈮的金屬量平衡計算結果見表8。

表8 鈾、鈮金屬量平衡計算結果/%

從分析結果可以看出，計算平衡系數較高，主要是礦石中鈾、鈮礦物含量低，分析結果誤差大造成的。礦石中90.99%的鈾和84.94%的鈮賦存在鈮鈦鈾礦中，其余的鈾賦存在鉛貝塔石、晶質鈾礦等礦物中。

4.3 鉛的賦存狀態

對礦石中鉛的金屬量平衡計算結果見表9。

表9 鉛金屬量平衡計算結果/%

從分析結果可以看出，礦石中46.15%的鉛賦存在方鉛礦中，只有這部分鉛是可利用的。而白鉛礦選礦難度較大，需經過表面硫化處理后才能選別，且回收率也并不高[6,7]，選礦難度較大。

4.4 稀土元素的賦存狀態

礦石中稀土元素的金屬量平衡計算結果見表10。

表10 稀土元素金屬量平衡計算結果/%

從分析結果可以看出，礦石中92.55%的稀土元素賦存在褐簾石中。

4.5 鍶鋇的賦存狀態

礦石中鍶鋇的金屬量平衡計算結果見表11。

表11 鍶、鋇元素金屬量平衡計算結果/%

從分析結果可以看出，礦石中72.52%的鋇賦存在重晶石中，鍶賦存在菱鍶礦和天青石中，其分布較分散。

5 討論與結論

5.1 討論

華陽川鈾多金屬礦中有用元素種類多，其鈾、鈮、鉛、稀土、鍶、鋇、銀等元素含量均比較高，但并不是所有元素均能綜合利用。

以稀土元素為例，礦石中稀土總量為811×10-6，本次研究顯示其以輕稀土元素為主，且絕大部分賦存在褐簾石中。眾所周知目前利用的稀土礦中稀土主要賦存在獨居石、氟碳鈰礦等磷酸鹽、碳酸鹽礦物中或以離子吸附狀態分布。這些稀土礦物和吸附狀態的稀土元素均很容易提取。而褐簾石屬于硅酸鹽礦物，其中的稀土元素含量較低，且其穩定性很高，很難提取，目前還沒有關于褐簾石中稀土提取工藝的報道和應用實例。因此華陽川鈾多金屬礦中稀土元素較難綜合利用。

根據以上研究我們認為，礦石中有用元素的確定不能僅根據其含量判斷，而要根據其含量和賦存狀態綜合判斷。

5.2 結論

(1)礦石中鈾、鈮、鉛是主要的有用元素，銀可以綜合利用，稀土、鋇、鍶綜合利用難度較大。

(2)礦石中90.99%的鈾和84.94%的鈮賦存在鈮鈦鈾礦中，集中系數較高。其他的鈾和鈮賦存在鉛貝塔石等礦物中，且這些礦物與鈮鈦鈾礦緊密共生，可以一起選別，有利于其選礦富集。

(3)礦石中46.15%的鉛賦存在方鉛礦中，52.74%的鉛賦存在白鉛礦中，說明部分方鉛礦已經氧化成白鉛礦，不利于其選礦富集。礦石中未見銀的獨立礦物，多賦存在方鉛礦中，可以和鉛一起回收。

(4)礦石中92.55%的稀土賦存在褐簾石中，由于褐簾石中稀土含量低不易提取，綜合利用價值不大。鋇、鍶含量較低、分布較分散，綜合利用價值不大。

(5)鈮鈦鈾礦粒度粗、比重大，建議通過重選等方法提取。