印尼苏拉群岛西部某区铁矿石中锌的赋存状态研究

居维伟

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局地质矿产勘查开发院，江苏南京210007)



印尼苏拉群岛西部某区铁矿石中锌的赋存状态研究

居维伟1,2

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局地质矿产勘查开发院，江苏南京210007)

摘要：通过光学显微镜、X射线衍射及微区能谱分析等多种手段对研究区铁矿石中锌的赋存状态进行研究，查明铁矿石中的锌主要以独立矿物(闪锌矿和菱锌矿)及类质同象的形式存在。其中，锌在原生铁矿石中以闪锌矿为主要载体矿物。综合研究发现，原生含硫铁矿石，因锌的主体化学相态为硫化物相，岩矿鉴定表明其矿物相为闪锌矿，故如果锌含量达到综合利用水平，则具有工业利用价值。建议按照铁矿石伴生硫的有关评价指标单独划分块段，选矿时应充分考虑进一步浮选获得闪锌矿精矿产品，注重闪锌矿的回收利用。

关键词：锌；铁矿石；赋存状态；苏拉群岛；印尼

0引言

印尼苏拉群岛某区新近发现大型铁矿床，初步探明铁资源储量超过1亿t，矿化连续性较好，品位较好，全铁(TFe)品位达30%以上，其中磁性铁(mFe)占85%以上。矿石有害杂质组分S、P含量较低，伴生有用元素Zn含量较高，部分矿段甚至达到独立锌矿床的工业品位(张术根等，2012)。铁矿床以矽卡岩型为主，兼具矿浆型与热液型，构成一个完整的成矿系统(丁俊等，2011，2012a,2012b，2012c)。

结合多年的现场工作成果，对铁矿石中锌的赋存状态进行比较系统的研究，查明铁矿石中锌以独立矿物相闪锌矿、菱锌矿及类质同象的形式存在。对锌的选矿性能进行分析，并对其工业利用提出建议，为同类矿床的开发利用提供参考。

1矿区地质概况

研究区区域大地构造位于东南亚陆缘板块南西缘与澳大利亚大陆板块、菲律宾海洋板块的交接部位，是环太平洋成矿带的重要组成部分，也是东南亚

锡铁成矿带的延伸部位，成矿地质条件优越(陈国达，2008；瞿沪然，2013)。

研究区内出露地层主要为晚石炭统、侏罗系—下白垩统和第四系(李健等，2009)。上石炭世Menanga组(Pzmm)为赋矿地层。该区位于某穹窿复式背斜之次级背斜北东倾伏端，区内断裂较为发育，主要有2组：NNE向断裂(F1、F2)和EW向断裂(F3)，均为破矿构造(瞿沪然，2013)。区内岩浆活动主要为中生代侵位的花岗岩(王堂喜等，2009；张术根等，2009)，少量燕山期辉绿玢岩脉。花岗岩与矿化关系密切，区内主矿体走向总体近南北，受岩体顶界面及接触带构造控制，产状总体平缓，局部较陡，倾向东(居维伟等，2010；居维伟，2015)。

2矿石类型、物质组成及结构与构造

2.1矿石类型

研究区内铁矿石大多为原生磁铁矿，近地表具不同程度的风化、氧化。按自然类型可分为原生矿石和风化氧化矿石2种。

2.2矿石矿物组成

研究区铁矿石的矿物组成见表1。

表1　矿物组成

2.3矿石结构、构造

矿石以粒状结构为主，出现包含细(网)脉交代(磁黄铁矿与闪锌矿)、交代残余(磁铁矿与闪锌矿)、自形与半自形(闪锌矿)等结构。原生矿石的构造以块状、浸染状为主，风化氧化矿石以粉末状、碎块状构造为主(张术根等，2012)。

3锌的赋存状态研究方法与结果

3.1锌的质量分数及多元素相关性分析

据选矿试验样品的多元素分析结果，全区铁矿石含TFe31.52%、MnO1.41%、Zn0.41%、Cu0.030%、S0.98%、P0.19%、SiO223.93%、MgO14.0%、CaO4.30%、Al2O33.22%，烧失量(包括F)3.93%，其他组分质量分数均在千分级及其以下(高春庆等，2010)。由此可见，铁矿石以钙镁硅质岩石为赋矿岩石，与矿区铁矿化类型主要为矽卡岩型吻合。除Fe外，矿区可能具有较高综合利用价值的金属组分是Zn，有害组分主要为S。

将各类代表性矿石样品的多元素分析结果进行相关分析和相关系数聚类分析，相关矩阵列于表2，聚类树型图见图1。

表2　铁(多金属)矿石代表性矿石样品元素相关矩阵

注：“**”表示高度相关性，“*”表示较明显相关性

图1　铁(多金属)矿石元素相关系数聚类树型图Fig.1　Cluster dendrogram showing correlation coefficients of elements in iron (polymetallic) ores

结果表明，TFe-mFe高度线性相关，相关系数高达0.965，Bi-Pb、Bi-Ag、Pb-Ag均具有良好的线性关系，相关系数分别为0.910、0.764、0.881；TFe-Zn、mFe-Zn、mFe-Bi、TFe-Ag、mFe-Ag具有较明显的线性关系，为负相关关系，WO3-Sn、WO3-Ag具有明显的正相关关系。全部被分析的化学组分可分为5个基本簇群，相关度较高者为TFe-mFe-Zn簇群、Pb-Bi-Ag簇群，二者以较低的相关度构成复合簇群；相关度较低者有Sn-WO3簇群、F-Mn簇群及Cu的单独簇群。

总体来看，研究区原生含硫铁矿石的Zn含量明显高于原生贫硫铁矿石和风化氧化铁矿石，而铁(多金属)矿石的Zn含量与TFe、mFe及mFe/TFe比值均具有中等显著的负相关性。由此可见，矿床的风化氧化作用是导致锌流失的主要原因，而矿石中锌与铁的富集并不同步，显示锌在铁(多金属)矿石中主要以独立锌矿物存在，且其与铁矿物的时空富集均有适度分离。

3.2闪锌矿的体积分数

在10×10倍矿相显微镜下，选择原生(含铁)硫化物矿石(4块)、原生含硫铁矿石(8块)、原生贫硫铁矿石(10块)共22块光片，以线段法进行闪锌矿的体积分数测定(表3)。

表3　各类原生矿石中闪锌矿的体积分数测定结果

结果表明，原生含铁硫化物矿石的闪锌矿平均体积分数为27.51%，原生含硫铁矿石的闪锌矿平均体积分数为12.44%，贫硫铁矿石的闪锌矿平均体积分数为0.25%。

3.3光学显微镜观察

根据样品分析结果，选择Zn含量较高原生含铁硫化物矿石和含硫铁矿石光片，风化氧化铁矿石砂光片，先在10×10、10×20倍的矿相显微镜下进行面积性系统观察，发现存在锌矿物的目标后，再用10×20、10×40倍进行重点视域的光学性质系统鉴定，结果仅发现闪锌矿和菱锌矿2种独立锌矿物。

3.4X射线衍射分析

根据样品中Zn含量的分析结果，选取Zn含量高的原生含铁硫化物矿石和含硫铁矿石的代表性样品5件，先挑取0.5g闪锌矿(镜检纯度>99%)，磨细至0.075mm后，分别进行X射线衍射分析。其标准X射线衍射数据见表4，具体样品对象及分析结果见表5。

表4　铁矿石的闪锌矿X射线衍射分析结果

注：仪器型号：D8-Advance(德国布鲁克公司)；测试条件：铜靶Kα1，波长1.540 6 Å,管电压40kV，管电流40mA，步宽0.01°，扫描速度8°/min；2θ角系统误差：-0.02°;测试单位：长沙矿冶研究院；测试人：周海波；测试时间：2010年7月

表5　闪锌矿X射线衍射解译结果

研究结果表明，该区铁(多金属)矿床产出的闪锌矿，随产出环境不同，可含少量与之紧密嵌联的微细粒磁铁矿、方解石、白云石及高岭石。闪锌矿的晶胞参数明显高于其标准值(5.409 3)，根据Skinner1961年的实验研究，铁、锰、镉对闪锌矿晶格常数有明显影响：含镉闪锌矿a=5.409 3+0.004 24CdS(mol/%)，含锰闪锌矿a=5.409 3+0.002 022MnS(mol/%)，含铁闪锌矿a=5.409 3+0.000 456FeS(mol/%)，也即是：ao=5.409 3+0.000 456FeS(mol/%)+0.004 24CdS(mol/%)+0.002 022MnS(mol/%)。岩矿鉴定表明，该区闪锌矿结晶时间不晚于黄铜矿和磁黄铁矿，颜色深、反射率较高，显然其晶体常数增大的主要原因是具有较高的FeS摩尔分数(张术根等，2010)。

3.5闪锌矿微区能谱分析

在光学显微镜下分别找到与磁黄铁矿、磁铁矿伴生的闪锌矿颗粒，在颗粒内较纯净部位(远离裂隙、边界部位)圈定重点视域，利用扫描电镜进行所圈定重点视域的形貌观察和微区能谱分析。形貌及能谱分析微区见图2，微区能谱分析结果见表6、表7。

图2　与磁黄铁矿、磁铁矿伴生的闪锌矿Fig.2　Photos showing sphalerite associated with pyrrhotine and magnetite(a) sphalerite associated with pyrrhotine (D101-1);(b) sphalerite associated with magnetite (ZK12306-B2)

测点号SCdMnFeZnD010-1-d1-153.150.221.2811.7233.63D010-1-d1-252.460.171.5413.3032.53D010-1-d1-352.000.141.6212.7133.53平均值52.540.181.4812.5833.23

注：单位：%

表7　与磁铁矿伴生的闪锌矿微区能谱分析结果

注：单位：%

总体来看，研究区闪锌矿，无论与磁铁矿紧密嵌联或与磁黄铁矿紧密嵌联，都具有相对贫锌、含锰、高铁而低镉的特点。与磁铁矿伴生的闪锌矿的Zn和Cd的含量略高于与磁黄铁矿伴生的闪锌矿，而与磁铁矿伴生的闪锌矿中的Mn含量则明显高于与磁黄铁矿伴生的闪锌矿。另外，与磁黄铁矿紧密嵌联的闪锌矿明显富硫，而与磁铁矿紧密嵌联的闪锌矿则既可富硫，也可明显贫硫。

3.6锌的化学物相组成

即使主要矿物组合基本相同，但矿石的Zn含量不同，其独立矿物相和分散相的类型及比例也可有明显差别。目前，国内锌化学物相分析通常包括硫化物相、氧化物相、碳酸盐相、硫酸盐相及(硅酸盐)结合相。根据研究区铁矿石的矿石类型及Zn质量分数特点，选择w(Zn)>0.5%的原生含铁硫化物矿石(WX-13)和风化氧化铁矿石(WX-23) 2件样品进行化学物相分析。

化学物相分析结果(表8)表明：(1) 无论是风化氧化铁矿石还是原生含铁硫化物矿石，硫酸锌的Zn分配比例均很低，在风化氧化铁矿石中仅占0.085%，在原生含铁硫化物矿石中仅占0.14%；(2) 原生含铁硫化物矿石的硫化锌的Zn分配比例

表8　含锌铁矿石的锌化学物相分析结果

注：WX-13为原生含铁硫化物矿石；WX-23为风化氧化铁矿石

高达91.41%，是锌的主体化学相态；而在碎块状风化氧化铁矿石中该化学物相仅占2.67%，锌化学物相以硫化物相、碳酸盐相、硅酸盐相、硫酸盐相以外的其他化学物相为主，分配比例高达60.00%，根据原生含硫铁矿石的锌矿物组成特点，这部分锌可能主要是闪锌矿遭受风化氧化后以无定形水溶化合物或离子吸附形式存在；(3) 硅酸锌的Zn分配比例在原生含铁硫化物矿石中为5.53%，是仅次于硫化物相的化学相态；在风化氧化铁矿石中，该化学相态的锌分配比例达12.17%；(4) 碳酸锌的Zn分配比例在原生含铁硫化物矿石中仅为2.79%，但在风化氧化铁矿石中达16.67%，是较主要的锌化学相态。

4锌的选矿性能综合分析

(1) 锌在研究区各类矿石中的分布极不均匀，在含铁硫化物矿石中，3件样品的平均Zn质量分数为15.56%；在原生含硫铁矿石中，4件样品的平均Zn质量分数为0.30%；在原生贫硫铁矿石中，5件样品的平均Zn质量分数为0.21%；在风化氧化铁矿石中，3件样品的平均Zn质量分数为0.078%。这表明，锌主要富集于含铁硫化物矿石，但除风化氧化铁矿石外，无论贫硫或含硫原生铁矿石，其平均Zn质量分数明显高于我国铅锌矿床锌综合利用指标，在含铁硫化物矿石中甚至能达到独立铅锌矿床的工业品位。

(2) 化学物相分析结果表明，原生铁矿石的锌主要为硫化锌，其Zn的分配率高达91.14%;风化氧化铁矿石的锌化学物相组成复杂，碳酸锌的Zn分配率为16.67%，硅酸锌的Zn分配率为12.17%，而硫化锌、硅酸锌、硫酸锌、碳酸锌以外的其他锌的Zn分配率高达60.0%。岩矿鉴定表明，闪锌矿是矿区唯一的硫化锌矿物，菱锌矿是唯一的碳酸锌矿物，其他化学相态的锌以类质同象、吸附及无定形氧化物形式存在。故无论从锌的化学物相分配或矿物相组成来看，闪锌矿是该矿区唯一具有综合利用价值的锌矿物。

(3) 根据闪锌矿粒度统计结果，0.075mm以上粒级闪锌矿的累计质量分数占98%，-0.075mm粒级不足3%。以原生含铁硫化物矿石和原生铁矿石计算，闪锌矿的最大理论回收率>98%，全锌最大理论回收率>89%。

(4) 从嵌布特性看，闪锌矿属于中粒等粒均匀嵌布，主要嵌联矿物为硅酸盐矿物，它们与闪锌矿的嵌镶关系主要为相对容易解离的较规则毗连，部分为细脉嵌镶，只有极少量为解离难度较大的包裹嵌镶。硫化物之间及闪锌矿与磁铁矿相互嵌联，它们间的嵌镶关系复杂，有细脉嵌镶、较规则毗连嵌镶、包裹与反包裹嵌镶，总体解离难度较大。但磁铁矿和磁黄铁矿为强磁性矿物，可进入磁性产品，尾矿则为闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿及脉石矿物的集合体等，采用浮选的方法可以将其分离。此外，闪锌矿与极少量、微量、极微量的铋矿物及黄铜矿、磁黄铁矿为包裹嵌镶，解离难度大，部分将进入闪锌矿精矿产品中(张术根等，2010)。

5结论

(1) 通过光学显微镜、X射线衍射及微区能谱分析初步查明，无论是原生含硫铁矿石还是原生贫硫铁矿石，闪锌矿是含锌矿物的主体矿物，菱锌矿仅在弱风化氧化含铁硫化物矿石中以少量矿物存在，在风化氧化铁矿石中以微量矿物存在。

(2) 综合上述锌化学物相分析结果，从工业利用角度来看，风化氧化铁矿石即使锌含量达到综合利用水平，也不具有工业利用的可能性。原生含硫铁矿石因锌的主体化学相态为硫化物相，岩矿鉴定表明其矿物相为闪锌矿，故如果锌含量达到综合利用水平，则具有工业利用价值。

(3) 锌在原生铁矿石中以闪锌矿为载体矿物，以其他形式存在的锌累计所占比例不足10%，但在风化氧化铁矿石中，除少量残留闪锌矿外，以类质同象进入硅酸盐晶格、菱锌矿、无定形氧化物及吸附态为主要存在形式，尤其是无定形氧化物和吸附态锌，其含量分配比例可高达60%。

(4) 因为研究区原生铁矿石内的磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿等硫化物矿物的空间富集有规律可循，而其工业利用性能和矿石工艺性质与原生贫硫铁矿石及风化氧化铁矿石存在较大差异，建议按照铁矿石伴生硫的有关评价指标单独划分块段。

对于这部分铁矿石，可采用磁选-浮选联合选矿工艺分选，浮选产品则根据其锌含量等级，应充分考虑进一步浮选获得闪锌矿精矿产品，注重闪锌矿的回收利用。

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The Occurrences of zinc in the iron ores from an ore district in the west of the Sura Islands, Indonesia

JU Weiwei1,2

(1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,Jiangsu,China; 2.EastChinaNonferrousGeologicalMiningExplorationDevelopmentInstitute,Nanjing210007,Jiangsu,China)

Abstract：Optical microscope, X-ray diffraction analysis and energy spectrum analysis were utilized to discuss the occurrences of zinc in the iron ores from an ore district in the west of the Sura Islands in Indonesia. It is determined that the zinc occurs in the forms of independent minerals of sphalerite and smithsonite, and isomorphism, and Zn in the primary iron ores occurs as sphalerite. Comprehensive studies suggest that the main phase of Zn in primary sulfide-bearing iron ores is of sulfide phase chemically, while rock-mineral identification shows that the mineral phase is sphalerite. Therefore, zinc will have industrial value if its content meets the comprehensive utilization level. It is proposed that each ore block should be delineated independently according to the evaluation index of the associated sulfide within the iron ores. Furthermore, floatation should be fully taken into consideration to obtain sphalerite concentrates, and the sphalerite recycling should also be focused on.

Keywords：zinc; iron ore; occurrence; Sura Islands; Indonesia

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.253

收稿日期：2015-06-26；修回日期：2015-07-17；编辑：蒋艳

作者简介：居维伟(1983—)，男，工程师，硕士研究生，主要从事地质矿产勘查工作，E-mail: weijulovephoto@163.com

中图分类号：P616.4； P578.2+3

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0253-06