蓟县锰方硼石矿工艺矿物学研究

2013-09-07王守敬卞孝东

中国矿业 2013年10期

王守敬，卞孝东，马驰

（中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南郑州450006）

天津蓟县锰方硼石矿床是世界上独有的锰方硼石矿床［1－2］。锰方硼石是一种特殊而重要的矿物，据前人初步研究得知：锰方硼石在剥离纤维生产工艺中可用来代替钠金。该矿物的矿渣除可作为促进植物生长的激素外，还可以涂在电子终端设备的荧光屏上，可使减速的内容暂时留在上面，而用后稍微加热即可消失。在电视机显象管内利用它，可增强其寿命。在工业上还有其广泛的用途。另外，它可能在国防工业有其广泛用途，但详情尚不知［1］。目前由天津地调院、中国地质大学（北京）、北京科技大学、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所等单位共同承担的 “天津蓟县锰方硼石利用研究”项目，正在通过多方面研究，揭示其新性能、新用途。本次研究主要通过工艺矿物学研究指导该矿选矿试验方案设计，为锰方硼石利用研究提供基础资料。

1 矿床地质概况

天津蓟县硼矿床是世界上唯一的沉积环境特殊的锰方硼石型硼矿床。矿床呈层状产于震旦系碳酸岩泥灰质岩系中，矿石呈鲕粒状或球粒状集合体，是成因条件极其特殊的矿床类型。含矿岩系为中元古界高于庄组沉积岩系，含矿岩性由下而上依次为：含锰白云岩、页岩互层→含锰白云岩、泥硅质岩，夹锰方硼石矿层→含锰页岩、白云岩→厚层白云岩→薄层白云岩→厚层白云岩，锰方硼石矿体在矿层中呈断续相连的团块状或透镜状分布。锰方硼石矿体呈透镜状断续成层分布，东西延长达30km。东部矿段以锰方硼石为主，向西部渐变为菱锰矿［2］。

2 矿石基本性质

天津蓟县硼矿床矿石有块状和斑点状。块状矿石全部由鲕状锰方硼石集合体组成。斑点状矿石中，锰方硼石集中呈鲕状集合体分布于泥质白云岩中。硼矿物成分简单，只有锰方硼石一种矿物。

本次研究采取分别采取了1个块状矿石样品（编号Ch1）和2个斑点状样品（编号为Ch2和Ch3）进行详细的工艺矿物学研究。

2.1 矿石化学组成

本次研究对3个样品分别进行了化学分析，分析结果见表1。

表1 原矿化学分析结果／%

从原矿化学多项分析结果可知，原矿中硼和锰含量较高，是主回收元素。其他元素含量较低，综合利用价值不大。

2.2 矿石主要矿物组成

为了确定矿石中主要矿物组成，本次研究进行的X衍射分析，分析结果见图1。

图1 原矿样品X衍射分析图谱

分析结果显示，矿石中主要组成矿物为锰方硼石、石英、白云石、绿泥石、钾长石和伊利石等。

本次研究在X衍射分析结果的基础上，进行薄片和人工重砂定量。定量结果见表2。

表2 矿石中主要矿物的相对含量／%

从分析结果可以看出，矿石中锰方硼石含量很高，是主要有用矿物。脉石矿物以白云石和石英为主，其他矿物含量较低。

3 主要矿物嵌布特征

3.1 锰方硼石嵌布特征

锰方硼石是矿石中的工业矿物。其在三个样品中的含量分别为：Ch1，82.1%；Ch2，51.1%；Ch3，54.3%。

薄片鉴定显示，矿石中锰方硼石主要呈自形、半自形粒状，单个矿物颗粒粒度一般为0.01～0.1mm（图2）。绝大部分锰方硼石都呈集合体产出，集合体按形态可分为块状集合体（图3）、网眼状集合体（图4）和鲕状集合体（图5）。这3种集合体具有渐变关系。当矿石中锰方硼石鲕粒较少时，称之为鲕状集合体；当锰方硼石鲕粒含量逐步升高，鲕粒呈网眼状稠密分布时，称之为网眼状集合体；当锰方硼石含量再升高，锰方硼石鲕粒紧密接触时，称之为块状集合体。

鲕状锰方硼石集合体粒度最细，其粒度一般为0.3～1mm（图5），网状矿石和块状矿石中锰方硼石集合体粒度更粗（图3，图4）。因此，虽然矿石中锰方硼石粒度较细，但是由于其集合体粒度非常粗，没有必要进行详细的粒度统计。

图2 半自形粒状锰方硼石，单偏光

图3 块状锰方硼石集合体，单偏光

图4 网眼状锰方硼石集合体，单偏光

图5 鲕状锰方硼石集合体，单偏光

锰方硼石集合体中各矿物颗粒之间结合的非常松散，在薄片中可见大量锰方硼石颗粒脱落（图6）。轻轻敲击矿石样块，也可见大量锰方硼石颗粒脱落。

图6 锰方硼石集合体中大量颗粒已经脱落，单偏光

3.2 其他矿物嵌布特征

矿石中除了锰方硼石以外，还含有大量白云石和石英，以及少量的黏土矿物、绿泥石、长石和黑云母等矿物。其中，石英和长石主要作为碎屑物赋存在矿石中，黑云母主要作为杂基赋存在矿石中，白云石、绿泥石和黏土矿物主要作为胶结物胶结长石、石英等矿物（图7）。值得一提的是，矿石中的白云石多为锰白云石，然而由于锰含量并不高，其综合利用价值不大。

矿石中这些矿物紧密结合，可以看作脉石矿物集合体。脉石矿物集合体与锰方硼石集合体之间界线清晰，很少相互包含。脉石矿物集合体粒度一般大于1mm，有利于矿石中锰方硼石的选矿回收。

图7 脉石矿物集合体，正交偏光

4 讨论

4.1 选矿方案建议

蓟县锰方硼石矿床是世界上独有的锰方硼石矿床。其矿石性质相对较简单，选矿难度并不大。这里主要要讨论的是如何更节能、合理的选别其中的锰方硼石。

蓟县锰方硼石矿中，主要矿物按其嵌布特征可以分为两类矿物集合体。一类为锰方硼石集合体，另一类为脉石矿物集合体。其中脉石矿物集合体是由白云石、黏土矿物和绿泥石等矿物紧密胶结石英和长石等矿物而形成的统一体，其内部胶结的非常致密。锰方硼石集合体是由锰方硼石组成的鲕状集合体，其内部胶结的较松散。由于两类集合体存在胶结程度的差异，建议采用细碎→筛分方案选别锰方硼石。其原理是：在碎矿过程中，锰方硼石集合体由于其胶结松散，很容易就被破碎为细粒单体的颗粒，而脉石矿物集合体由于其胶结致密，在破碎过程中多形成粗粒集合体，从而通过筛分将两者分离。

众所周知，选矿厂能耗最大的是磨矿作业，因此多碎少磨是选矿厂节能降耗的有效途径。对蓟县锰方硼石矿采用细碎→筛分方案选别锰方硼石，不但能降低选矿厂能耗，降低生产成本，而且流程简单，易于操作。该方案已经经过实验室试验验证，并取得很好的效果。

4.2 对工艺矿物学研究的启示

随着人类工业文明的发展，大量富矿、易选矿首先得到开发，并有开发殆尽的趋势。目前开发的矿产多有“贫、细、杂”的特点。对待这种“贫、细、杂”矿产，选矿的基本思路是细磨深选。而工艺矿物学研究者受选矿细磨深选思想的影响，多注重矿物粒度、矿物之间的嵌布关系等矿石结构研究，而对矿物集合体之间的嵌布关系，即矿石构造关注不够。

事实上，关注矿石中矿物集合体赋存特征，往往能获得意想不到的结果。

李英堂等［3］对辽宁硼镁铁矿的研究显示，矿石中矿石矿物硼镁石和磁铁矿嵌布粒度细微，共生关系密切复杂，嵌布十分紧密，它们的集合体具强磁性；二种主要脉石矿物叶蛇纹石和斜硅镁石也紧密嵌布，其集合体工艺粒度远远大于矿石矿物的粒度，从而提出粗粒抛尾选矿工艺，并取得很好的选矿试验效果。

王守敬等［4］对河南上房沟滑石型钼铁多金属矿的研究显示，矿石中的磁铁矿与镁质矽卡岩类矿物（部分在后期蚀变为滑石）呈条带状互层分布，辉钼矿和石英呈脉状分布，两者关系不紧密，从而提出粗粒磁选预除滑石选矿方案，很好的解决了滑石对辉钼矿浮选的影响。该方案在工业试验中得到验证［5］，并取得很好的效果。

本次研究采用集合体研究思想，将矿物划分为锰方硼石集合体和脉石矿物集合体，从而发现两类集合体胶结程度的差异，提出细碎→筛分方案选别锰方硼石。该方案已经得到实验室试验验证，并取得很好的效果。

总之，深入研究矿石中矿物集合体的嵌布特征，对于解决“贫、细、杂”矿产的选矿问题，提出简单易行的选矿方案具有重要意义。