某螢石礦工藝礦物學特征研究*

曹陽陽，梁 歡，何東升，宋國平

(1.武漢工程大學 資源與安全工程學院，湖北 武漢 430073；2.孝感市生態環境局應城市分局，湖北 應城 432400)

0 引言

螢石又名氟石，化學成分為CaF2，是一種重要的非金屬礦物材料[1]。目前全球發現了大量的螢石礦床，已探明的螢石礦儲量約為5億t[2-4]。我國螢石礦資源位居世界第三，占世界總儲量的10%，其中華東、華北和華中3個地區的礦山數量占全國的85%以上，而開采礦石總量約占全國總采礦量的80%[5-7]。螢石礦床的類型可分為單一型螢石礦床和伴(共)生型螢石礦床。單一型螢石礦床的礦石組成以螢石、石英為主，脈石礦物為方解石、白云石、磁鐵礦、磷灰石和硫化物等。伴(共)生型螢石礦床中的螢石是該礦床的脈石礦物，而其最主要的礦物為方解石、金屬硫化物和磁鐵礦，因此伴(共)生型螢石礦床中的螢石是隨著主要礦物的開采而被回收利用的。我國目前螢石礦的主要來源是單一型螢石礦床，伴(共)生型螢石礦床的開發水平比較落后[8]。

螢石是自然界含氟量最高的礦物，是氟化工的主要礦物原料，同時也被用于新能源、新材料等一些新興產業。隨著科學技術的不斷進步，螢石的應用領域逐漸擴大，在氟化、制冷、航空、醫藥和原子能等行業也得到了應用[9-10]。螢石在冶金領域的應用是作為鋼鐵工業的熔劑，用于增加熔融礦物的流動性，從而降低冶煉溫度，減少能源的消耗。螢石在化工領域可作為制備氫氟酸及其衍生物的原料，在塑料工業中使用可使塑料的耐腐蝕性和化學穩定性大幅度提高。我國豐富的螢石資源促進了氟化工行業的飛速發展，也促進了新能源、新材料等一些新興產業的發展。因此，螢石礦資源的開發利用對于現代工業的發展具有越來越重要的戰略意義[11-12]。

1 礦石的化學成分

礦石樣品采自甘肅某礦，均勻混合后破碎、篩分、對輥細碎至-1 mm，裝袋制成樣品后用于工藝礦物學研究。

礦石樣品中的主要元素質量分數采用X射線熒光光譜儀(XRF)進行測試分析，結果見表1。

表1 螢石礦樣的化學多元素分析結果 單位：%

由表1可知，該礦石的主要有用礦物為CaF2，其品位為5.10%，屬于典型的低品位螢石礦，主要雜質為SiO2、CaO、MgO、Fe2O3。

2 礦石的礦物組成

礦石樣品的主要礦物組成及質量分數見表2。

表2 礦石樣品的主要礦物組成及其質量分數 單位：%

由表2可知，礦石樣品中所含礦物種類較多，礦石中含量最多的脈石礦物為石英，而主要的有用礦物為螢石，其余脈石礦物主要為方解石、白云石、磁鐵礦，此外還含有微量的鉀長石、鈉長石和重晶石等礦物。

礦石樣品中鈣元素的分配比見表3。由表3可知，鈣元素主要分配于氟化物礦物和碳酸鹽礦物中，其中螢石的占有率為60.63%，方解石的占有率為25.87%，白云石的占有率為13.08%。礦石中含有較多的碳酸鹽礦物，在浮選中尤其要注意脫除方解石和白云石，否則會增加螢石的分選難度。

表3 礦石樣品中鈣元素的分配比 單位：%

3 主要礦物的嵌布特征

利用AMICS對具有代表性的主要礦物進行表面微觀形貌和微區成分分析。圖1為螢石與石英共生的嵌布形態。由圖1可知：一部分螢石以單體顆粒的形式存在，晶體完整，但結晶顆粒均較細；一部分螢石呈自形或半自形結構不均勻分布在脈石礦物之間，結晶顆粒呈致密塊狀，不完全解離，粒度一般在30～50 μm，少量的螢石(>50 μm)與石英緊密共生，周邊多鑲嵌細粒石英，顯示螢石與石英的成因關系密切。

圖1 螢石與石英共生的嵌布形態

圖2為螢石與白云石共生的嵌布形態。

圖2 螢石與白云石共生的嵌布形態

由圖2可知：白云石呈隱晶質結構包裹于螢石集合體中，結晶顆粒非常細，粒度在5～10 μm；白云石主要呈自形、半自形粒狀結構，并且以不均勻粒狀或致密塊狀分布于礦石基質內，少量白云石與石英緊密共生或與次生石英共生于晶洞，粒度一般在15～30 μm；方解石呈顯微球粒單晶分布于石英集合體的邊緣位置，或以網脈狀分布于基質中，結晶顆粒較粗，粒度一般在25～35 μm。

圖3為螢石與磁鐵礦共生的嵌布形態。由圖3可知：磁鐵礦以緊密粒狀和不規則粒狀分散在基質中，一部分鑲嵌于螢石內，與石英、螢石形成共生關系，粒度一般在20～25 μm；石英呈不規則塊狀或粒狀，一部分與白云石緊密共生或與螢石、磁鐵礦共生，多數石英與螢石形成復雜的浸染、鑲嵌共生關系，粒度一般在25～50 μm。

圖3 螢石與磁鐵礦共生的嵌布形態

表4為螢石與脈石礦物的嵌布特征。由表4可知，通過AMICS測試礦石樣品得到的螢石單體解離度為67.60%。螢石主要與石英、方解石、白云石、磁鐵礦等礦物共生，其中與螢石共生最多的礦物為石英，共生體的質量分數合計為15.11%，而螢石與白云石共生體的質量分數合計為4.67%，可以通過細磨進一步提高礦石中螢石的單體解離度，以降低脈石礦物之間的連生體對螢石分選指標的影響。

表4 螢石與脈石礦物的嵌布特征 單位：%

由AMICS測定螢石礦過程示意圖(見圖4)可知，多數螢石礦與石英以毗鄰的形式共生，共生邊界較不規則，部分細粒狀螢石包裹于石英中，也有部分較細粒的石英包裹于螢石礦中。白云石大多呈細微粒狀，部分與螢石連生，相對于石英礦物的解離情況較好。

圖4 AMICS測定螢石礦過程示意圖

綜上所述，螢石礦的單體解離度比較高，達到了67.60%，共生比較多的脈石礦物為石英。礦石樣品中石英與螢石的解離較差，并且兩者均含有微細礦物顆粒，這樣不僅增加了螢石的分選難度，也會造成螢石礦資源的浪費。

4 主要礦物的粒度分布特征

AMICS測得的主要礦物的粒度分布見圖5和表5。

圖5 螢石礦物的粒度分布

表5 螢石礦物的粒度分布

由圖5可知，隨著顆粒粒徑的增大，螢石礦的單體顆粒質量分數逐漸增大。結合表5可知：該樣品屬于細粒螢石礦，樣品中粒徑大于26.52 μm的顆粒的質量分數為63.03%；螢石礦中螢石單體礦物-75 μm粒級的總占比為100%，而螢石的最佳浮選粒級為10～100 μm[13]，其中-22.30 μm粒級的質量分數最大。

螢石礦物單體顆粒按面積排列圖見圖6。由圖6可知，螢石礦浸染狀構造中，礦石礦物的分布雜亂，沒有固定的方向，并且礦石的粒度相對較細，因此在選別過程中無需細磨。

圖6 螢石礦物單體顆粒按面積排列圖

5 結論

a.本研究礦石樣品中的主要有用礦物為螢石，主要脈石礦物為石英，其次為方解石、白云石等。

b.螢石在礦石中的存在形式主要為細粒狀和致密塊狀，與方解石、白云石、石英、磁鐵礦等脈石礦物有較復雜的共生關系。

c.螢石礦的單體解離度為67.60%，部分與磁鐵礦、石英共生，部分包裹著白云石。礦石中的螢石屬于中細粒嵌布,其中11.15～63.07 μm粒級中細微粒占83.48%，-11.15 μm粒級的微細粒占14.74%，因10～100 μm粒級是螢石的最佳浮選粒級，因此該礦石無需細磨。