福建南平西坑钽铌矿稀有金属资源的综合利用分析

郑文怡

（福建省地质调查研究院，福州　350013）

福建南平西坑钽铌矿稀有金属资源的综合利用分析

郑文怡

（福建省地质调查研究院，福州350013）

福建南平西坑钽铌矿目前主要产品是铌钽精矿和锡精矿，其他稀有金属矿产品尚未进一步开发。本次采集了铌钽矿矿石、锡精矿粉、尾矿3类样品，分析表明：在锡精矿粉中铌、钽、铀、锆、铪、锡的含量（wB）分别为Nb2O52.235 7%，Ta2O55.184 1%，U 0.869 4%，ZrO20.691 3%，HfO20.065 2%，SnO270.462 0%，明显高于其在原矿石样品中的含量（Nb2O50.007 9%，Ta2O50.017 8%，U 0.000 3%，ZrO20.001 9%，HfO20.000 2%，SnO20.059 1%），说明重选时可导致这些元素富集，应在目前采用的工艺基础上进一步提升铌钽精矿和锡精矿品质，同时做好放射性污染防治工作；尾矿中锂、铍、铷含量较高（Li2O 0.145 5%，BeO 0.068 4%，Rb2O 0.189 1%），其中铷、铍达到了工业品位，但由于选矿工艺难度较大等原因，单元素回收较难，可考虑进行综合回收利用。今后应加强对矿石可选性和尾矿回收利用的研究，更好地实现矿区现有资源价值最大化。

铌钽矿；稀有金属；综合利用；南平；福建

福建南平西坑钽铌矿是我国大型花岗伟晶岩型钽铌矿床。本区域地质研究程度较高，自20世纪70年代起即开展了具有针对性的稀有金属矿产地质勘探工作［1］，查明该矿区以铌钽矿物作为主要工业矿物，同时伴生其他稀有元素矿物及副矿物，其中部分稀有元素矿物具有一定的工业意义和开采价值［2-3］。2001年矿区正式投产，主要产品是铌钽精矿，对尾矿（固体废物）中的白云母、钾钠长石和暗色矿物中的铌钽矿物进行了回收，其余部分则作为建筑用砖的原料或占地存储［4］。本文通过对铌钽矿矿石、精矿粉和尾矿样品的测试，初步对各元素利用价值进行讨论，认为在选矿过程中的有用元素还有进一步综合回收的空间，可以使资源得到充分利用。

1　矿区地质特征

南平西坑铌钽矿处于北武夷隆起区东南缘，政和-大埔深断裂西侧，是重要的花岗伟晶岩型稀有金属成矿带［5］，矿区内主要出露地层为古元古代麻源岩群南山岩组的片岩、变粒岩类变质岩系。南山岩组中褶皱构造非常发育，主要发育北东向、北东东向、近南北向复式背斜，溪源头矿段可见花岗伟晶岩脉受轴向近南北的复背斜控制展布；溪源头矿段内仅见一些小断裂，对伟晶岩无明显破坏［1］。区内未见大的侵入岩体，脉岩非常发育，主要为伟晶岩脉，其次为花岗斑岩、辉绿玢岩、煌斑岩等。铌钽矿体赋存于花岗伟晶岩脉中，其中溪源头矿段内规模最大的31号脉发育于复背斜的核部与核翼转折端。31号伟晶岩脉属于典型的白云母-钠长石-锂辉石（Ⅳ类型）伟晶岩［6］（图1），其交代作用强烈（白云母化、钠长石化、磷酸盐化等），围岩蚀变发育（硅化、白云母化、铝黑鳞云母化、细晶黑电气石化），矿物种类丰富，伴生组分富集。

图1　31号矿脉地质简图（据文献［7］修改）Fig.1　Geological sketch maps of No.31 vein

2　矿石性质

图2　含矿伟晶岩显微照片Fig.2　Micrographs of ore-bearing pegmatite

2.1矿石的矿物成分

区内伟晶岩的造岩矿物基本相同，主要有石英、钠长石、白云母、微斜长石等。主要的稀有元素矿物为铌钽铁矿族、重钽铁矿、锡锰钽矿、锡石、锂辉石、绿柱石、锆石等。

铌钽铁矿族（图2a、2b）是伟晶岩中最主要的铌钽矿物类型，占所有铌钽矿物总量的90%以上，同时也是该区最具有经济效益的工业矿物［3］。铌钽铁矿呈半自形-他形晶，粒状外形，硬度大，矿物粒径在0.3～40 mm，常与钠长石（图2c）共生或嵌布于白云母中。锡石多为半自形晶，粒状，矿物粒径在0.02～50 mm，有些受动力作用影响产生破碎，裂隙间常被石英、绢云母充填。锡石常常与铌钽矿物密切伴生［2］，且晶体较粗大。锂辉石（图2d）多为自形晶，呈短柱状外形，干涉色鲜艳，近平行消光，多数均受到不同程度的绢云母化。有些锂辉石已完全被细鳞白云母取代，只是仍保留有锂辉石假象，称之为“腐锂辉石”。

2.2稀有金属元素的赋存状态

铌钽绝大部分赋存在铌钽铁矿族、重钽铁矿、锡锰钽矿等铌钽矿物中［3］，锡石中也赋存有1.58% 的Ta2O5和0.45%的 Nb2O5［2］，另有极少量铌钽分散在钠长石、石英、白云母中［8］。锡石是锡最主要的赋存形式，其中 SnO2含量为93.08% ～99.81%［2］；而锡的分布在铌钽矿物中不甚相同，其总的趋势是从铌钽铁矿族—重钽铁矿—锡锰钽矿方向上逐渐升高，铌钽铁矿族中锡含量在0～0.60%，但是在锡锰钽矿中锡含量可高达13.95%～16.92%［3］。锂主要分布在锂辉石中，含量为5.52%～6.49%［9］；另外仅在南平Ⅳ类型伟晶岩中产出的矿物——铝黑磷云母，以赋存的锂含量高为特征，平均含量约1.48%，实际上是由含锂的伟晶溶液交代黑云母蚀变形成的［10］。铍的最主要载体是绿柱石，占伟晶岩中BeO总量的82%，其余的分散在石英（占11.5%）、白云母、钠长石及羟磷铝锂石中［11］。铷、铯主要以类质同象赋存于白云母、铝黑磷云母［10］、微斜长石中，与富钾矿物关系密切［12］。

3　样品采集和结果分析

3.1样品采集

本次采样地点位于闽宁铌钽矿业有限公司厂区内，共采集铌钽矿矿石、锡精矿粉、尾矿3类样品。其中：NPXKH1、NPXKH2、XYTH1、XYTH2、XYTH3、XYTH4、XYTH5为铌钽矿原矿石样品，共7件，于南平西坑选矿厂堆矿场和溪源头采矿厂堆矿场内分别取每块质量约500 g的4～5块矿石组合成一件样品；NPXKH3、NPXKH4为以铌钽和锡石为主的混合精矿经强磁选选出铌钽精矿后再重选脱硫产出的锡精矿粉，共2件，各200 g，其中 NPXKH3是未经脱水干燥的中间产品，NPXKH4为锡精矿最终产品；NPXKH5、NPXKH6为尾矿样品，共2件，分别于南平西坑选矿厂外20 m处尾矿库中取5处深30 cm、分别重300 g的样品组合成一件样品。3.2样品中稀有金属元素测试结果分析

样品的测试工作委托福建省地质测试研究中心进行检测（2014年），分析元素锂、铍、铪、钽、钨、铀、锆、锶、铷、铌、锡共11项。其中锡含量使用德国PGS-2发射光谱仪测定，锆、锶、铷、铌含量使用菲利普PW2440 XRF测定，其余元素含量使用XSeriesⅡ等离子质谱仪测定。

3类样品的单元素分析结果平均值见图3。为方便进行数据对比，将单元素分析结果换算成氧化物或硫化物的质量分数，结果见表1。

（1）对比NPXKH3与NPXKH4元素含量可知，锡精矿最终产品相较于中间产品，品质明显提升，主要表现在以锡为主的重矿物含量明显提高，而锂铍等轻元素含量下降，进一步选别至尾矿中。

（2）铌钽锡锆铪元素含量表现形式一致，即在精矿粉中含量急剧升高，由于铌钽矿物、锡石与锆石同属重矿物，在重选过程中同时富集于精矿粉中。铌钽矿原矿石样品中的Nb2O5、Ta2O5含量较高，分别为0.007 9%和0.017 8%，均达到工业品位，其中Ta2O5/Nb2O5的平均含量比值为2.25，印证了前人研究结论：随着伟晶岩类型演化至Ⅳ类型后，由于钽相较于铌更易于迁移，则远离母岩后Ta2O5含量明显高于 Nb2O5［13］。原矿石样品中SnO2平均含量为 0.059 1%，ZrO2平均含量为0.001 9%。在NPXKH4锡精矿粉样品中：SnO2含量为70.462 0%，就锡含量而言达到了锡精矿Ⅰ级品的要求［14］，但Nb2O5和Ta2O5含量也明显增加，经干燥脱水后分别为2.235 7%和5.184 1%。

图3　南平西坑矿区样品主要元素含量Fig.3　Major elements from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping

表1　南平西坑矿区取样及分析结果Table 1　Sampling and analysis results from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping wB/%

（3）铀在原矿石样品中含量很低，但在选矿过程中伴生铀含量随着铌钽矿物的富集而增加，样品NPXKH4铀元素平均含量为0.869 4%，值得注意。

（4）锂、铍两种轻元素分别在矿石样品和尾矿中相对富集，Li2O在原矿石样品中的平均含量为0.211 9%，达到综合回收工业指标。而在矿石样品中NPXKH1的锂元素含量非常高，达到1.135 9%，这是由于该样品中含有较多锂辉石所致。在尾矿样品中Li2O和BeO含量分别为0.145 5%和0.068 4%，相较于原矿石样品中的含量更稳定，可考虑综合利用。

（5）Rb2O含量在矿石和尾矿样品中均达到伴生铷综合回收参考工业指标。这是因为铷的赋存矿物钾长石和云母是铌钽矿矿石选矿后尾矿的组成部分，从而导致尾矿中Rb2O含量较高。

（6）钨、锶未达到工业品位，无利用价值，本文暂不讨论。

4　稀有金属元素综合利用探讨

通过分析本次对3类样品的测试结果认为，南平西坑铌钽矿精矿的品质以及尾矿利用仍有进一步提升的空间，具体原因及建议如下。

（1）锡精矿粉中铌钽和锆铪含量较高，铌钽含量达到了低品位铌钽精矿产品要求［4］，但是仅赋存在锡精矿中出售，使得其中的铌钽无法物尽其用。在矿石粗选时，应遵循早解离、早回收的原则［8］，确定合适的筛分粒度和磨矿工艺，将铌钽矿物和锡石尽可能单体分离，又避免过粉碎，从而在后续针对混合精矿选别时利用铌钽矿物的强磁性和锡石的非磁性，通过磁选提高铌钽精矿和锡精矿品位。若采用浮选方式可以进一步回收由于矿物嵌布密切而难以分离的铌钽矿物，但浮选所产生的废水需进行过滤处理，若直接排放会造成一定的环境污染，应斟酌考虑。

（2）精矿粉中铀含量较高。根据对矿区和选矿厂环境的γ辐射监测结果显示，矿区及周边环境γ辐射水平均在正常标准范围内，但在磁选、电选车间和精矿库内γ辐射水平远高于福建省室内γ辐射测量平均值［15］。矿区已加强对配套设施的管理，做好对精矿粉在生产等各个环节的管理，加强精选矿工的防护措施和个人清洁卫生。除了通过监管防护措施外，还可以尝试利用有机弱酸萃取剂等方法去除稀有金属冶炼伴生的放射性元素［16］，从而缓解精矿粉中存在的放射性污染并可以对放射性元素回收利用。

（3）该矿山原矿中的白云母含量高且品质优，已投入生产回收纯白云母。另外，由于31号脉的特征矿物铝黑磷云母数量多少与围岩蚀变强度呈正比，在蚀变最强烈时可形成石英—电气石—铝黑磷云母岩［10］，可考虑单独开采并借鉴白云母回收工艺投入生产，作为提取锂的原材料进行销售。

（4）锂辉石作为Ⅳ类型伟晶岩中的造岩矿物之一，矿物数量可观，虽然强烈蚀变作用导致锂辉石均有不同程度的绢云母化，使得蚀变后的锂辉石中锂含量亏损，但Li2O含量大约在5.52%～6.49%［9］，有一定的回收价值。可考虑进行矿石中锂辉石的可选性试验，从而提高锂的回收率。

（5）尾矿中铍元素含量较高，达到了伴生铍综合回收参考工业指标［14］。近年来锂铍浮选分离工作取得一些成果，例如可可托海3号脉的铍矿石回收经过多次工业试验，制定了锂辉石、绿柱石混选再分离的工艺流程［17］，在生产过程中总结了丰富的实践经验，但依然存在工艺技术复杂、结果不稳定等问题［18］，且尾矿中铍品位并不十分突出，是否进行铍回收有待对技术和经济效益的进一步考量。

（6）尾矿中Rb2O主要赋存于钾长石和云母中。钾长石作为南平伟晶岩的主体矿物，矿石数量较多。南平Ⅳ类型伟晶岩钾长石的Rb2O含量在0.35%～1.24%，普遍高于其余类型花岗岩的钾长石Rb2O含量［12］。南平西坑31号脉中的铝黑磷云母Rb2O含量均高于1.40%，白云母Rb2O含量高于0.50%［10］。但是铷的提取需要另外一整套的选矿流程，且按现今技术，长石中的铷元素难以获取［19］，因此在技术和经济角度上不适宜投入生产。所以可以在减少重矿物含量、提高白度的基础上，将富含锂、铯、铷等稀有金属元素的尾矿用作中、高档陶瓷原料［20］，使资源尽可能充分利用。

5　结束语

本文通过对南平钽铌矿区的铌钽矿矿石、锡精矿粉、尾矿3类样品中稀有金属元素含量的分析，得出矿区伴生资源尚未完全利用的结论。精矿粉生产过程中在符合技术成熟和成本控制的条件下，可考虑进一步改进选矿工艺，分别提高铌钽精矿和锡精矿的品位和回收率，使主要成矿元素得到充分利用，获得更大的经济效益。同时精矿粉中放射性元素可尝试采用有机弱酸萃取剂去除回收，减少精矿粉中放射性元素的含量，保障产品及环境安全。针对尾矿可加强对锂铍铷等元素的回收利用，若单元素提取生产成本过高或技术水平不完善，可将多种稀有金属元素整体进行综合利用，从而更好地推进矿产资源的可持续发展。

本文样品采集与测试数据引用了“福建三稀资源综合研究与重点评价”项目工作成果，系集体劳动成果。成文过程得到了王登红和陈振宇研究员、林钻高级工程师、黄新鹏工程师的悉心指导，在此深表感谢！

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Comprehensive utilization of rare metal resources from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping，Fujian

ZHENG Wen-yi
（Fujian Institute of Geology Survey，Fuzhou 350013，China）

The main products of Xikeng Ta-Nb mine in Nanping are currently niobium tantalum concentrates and tin ore concentrates，but the other rare metal products have not been further developed.Three kinds of samples are collected，including niobium tantalum ores，mineral contents and tailings.Results show that the content of Nb，Ta，U，Zr，Hf and Sn in the tin ore concentrates are Nb2O52.235 7%，Ta2O55.184 1%，U 0.869 4%，ZrO20.691 3%，HfO20.065 2%and SnO270.462 0%，which are significantly higher than the content in the original ore samples（Nb2O50.007 9%，Ta2O50.017 8%，U 0.000 3%，ZrO20.001 9%，HfO20.000 2%，SnO20.059 1%）.It suggests that the gravity separation may lead to heavy mineral enrichment，and the proper beneficiation process should be adopted while removing nuclide.Tailings contain a number of Li，Be and Rb （Li2O 0.145 5%，BeO 0.068 4%，Rb2O 0.189 1%）.Among them，Rb and Be are up to the industrial grade.However，because there is great difficulty in the smelting process of single element recovery，it is suggested to make use of comprehensive recovery and utilization.The research in ore separability and tailings recovery should be strengthened in order to obtain better economic and social benefits for the mine.

Nb-Ta mineral；rare metal；comprehensive utilization；Nanping；Fujian

TD983；P618.7

A

1674-9057（2016）01-0107-06

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.014

2015-06-03

中国地质调查局项目 （1212011220803；1212011220820）

郑文怡（1990—），女，助理工程师，研究方向：地球化学找矿，1031421492@qq.com。

引文格式：郑文怡.福建南平西坑钽铌矿稀有金属资源的综合利用分析［J］.桂林理工大学学报，2016，36（1）：107-112.