山东省蒙阴地区金伯利岩综合利用研究

袁领群（武汉理工大学西院离退休处，湖北 武汉　430070）

山东省蒙阴地区金伯利岩综合利用研究

袁领群
（武汉理工大学西院离退休处，湖北 武汉430070）

山东省蒙阴地区含金刚石的金伯利岩中，含有黑色、有色、稀有、稀土等元素，且含量丰富。笔者曾对选矿尾矿做过一些试验研究工作，取得多项成果。其中，将铈钙钛矿成功应用，使昔日称为“呆矿”的铈钙钛矿首次得到实际应用。铈钙钛矿将在太阳能利用方面取得很好的效果。金伯利岩及其尾矿应得到很好的保护和利用。

金伯利岩；尾矿；有色、稀有与稀土元素；综合利用；铈钙钛矿

1　概述

和世界上其他国家金刚石矿一样，矿石中金刚石的含量仅有1 000万至2 000万分之一左右。金刚石含量最富的西澳大利亚Argle(煌斑岩型)，以5克拉/t计，也只有百万分之一。因此，所采出的矿石，选出金刚石后，几乎百分之百地当作废料排入了尾矿坑。

2　蒙阴地区金伯利岩特征

笔者有幸在蒙阴建材七0一金刚石矿工作过十余年，通过翻阅地质报告以及与蒙阴地区(王村、西峪)金刚石找矿的地质技术人员沟通，了解并收集到该地区金伯利岩的资料。

2.1金伯利岩化学成分

该区金伯利岩除含有工业意义的金刚石外，尚含有许多可以利用的伴生成分：如钛、铬、镍、铌及稀土。详见表1。

表1　蒙阴王村矿区矿石的主要化学成分(%)

从表1可以看出，矿石中的Ti、Cr、Ni、Nb、稀土元素含量较高，几乎接近当年单独开采所需的边界品位和工业品位。详见表2。

表2　几种有益伴生元素的开采所需工业要求[1]

金伯利岩基质成分主要为蛇纹石、钙钛矿，次为金云母、磁铁矿、铬铁矿、锆英石、钛铁矿、磷灰石、黄铁矿等。对单矿物分析表明：Ti、Nb(Ta)、稀土、Th、U主要集中在钙钛矿中。钙钛矿、榍石、钛铁矿、磁铁矿及蛇纹石的化学分析结果见3。

表3　王村矿区胜利Ⅰ号矿体含钛单矿物化学分析结果(%)

2.2钙钛矿化学成分

钙钛矿中稀土(∑TR2O3)化学成分分析见表4。

由表3、4可以看出，钙钛矿的主要成分是二氧化钛，它的稀土主要是铈和镧。因其稀土总量(∑TR2O3= 3.219%～4.429%)高，超过2.3%，故称铈钙钛矿[2]。

表4　钙钛矿中稀土化学成分(%)

2.3综合回收利用

为了综合回收尾矿中的有用成分，综合利用尾矿，拟达到无尾矿排除，20世纪70年代，矿内设立了尾矿综合利用试验项目。首先回收-0.5mm粒级金刚石，用尾矿烧砖，均获得成功。用浮选法回收磷灰石，其回收率达40%、精矿品位达35%，符合作磷肥要求。后来转入钙钛矿与铌(钽)回收试验。

钙钛矿的密度为4.074±0.05g/cm3，硬度中等偏低。平均粒度为0.02～0.08mm，个别可达0.5～1mm，用重选法可达到精矿品位36%，回收率30%以上的效果。该精矿经与湖南省株洲市焊接器材厂合作，用它代金红石作结422电焊条涂料，结果通过签定，其焊接工艺之工艺性能、理化性能、机械性能均超出国家标准[3]。详见表5。

表5　钙钛矿焊条焊缝机械性能

试验焊条还在株洲车辆厂与长沙锅炉厂等单位进行应用试验，结果反映“新焊条电弧稳定、引弧稳定理想、飞溅较少、脱渣容易、焊波成形美观，适于全位焊接”。至此，当时作为“呆矿”的钙钛矿获得首创应用，也为解决国内短缺的金红石找到了好的替代品。

3　钙钛矿应用前景探究

众所周知，为解决地球的温室效应，各国都在发展新型能源化石能源。其中，光伏发电是具有前景的发展方向之一。现在传统的硅基太阳能电池虽然已实现了产业化，有着较为广阔的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争。并且，制造过程中的污染和能耗问题也影响了其广泛应用。因此，研究和开发高效、低成本的新型太阳能电池十分必要。

3.1钙钛矿的应用前景

钙钛矿以其独特的晶格结构，决定着它具有吸光和电子传输性能，能非常好地吸收可见光和释放出激光束。因此，近年来出现了各式各样的有机金属卤化物钙钛矿型太阳能电池，这些已有相关的研究报道。以硅质和碲化镉等为材料的太阳能电池，其转化率只有20%～25%。而2013年11月11日，美国网站报道了美国麻省理工学院及宾夕法尼亚大学，以新式钙钛矿为原料制造的太阳能电池的转化效率或可达50%，为目前市场上太阳能电池转化率的2倍。因此，可将约一半的太阳光转化为电力。专家表示：钙钛矿太阳能电池在面市之前，还需要解决多个问题，其中之一就是钙钛矿的储量并不充足。

3.2蒙阴地区钙钛矿特征

这种新式钙钛矿即天然钙钛矿储量不多，我国目前也只发现在蒙阴地区金伯利岩中存在。我国攀枝花钢铁公司钒钛矿中拥有大量的钛资源，在钛冶炼的渣中含有一定量的合成钙钛矿，但它与天然钙钛矿性质有很大差异。它有粘渣性质，结晶微细及结晶粒度不充分，多为微细树枝晶等，难解离、难回收。蒙阴地区的钙钛矿粒度多在0.02～0.1mm之间，可以通过重选与浮选法回收。更为重要的是，蒙阴地区钙钛矿含有多量的稀土元素——工业产品的催化剂，为铈钙钛矿。前面所述电焊条试验的好结果也可能与它有关。

4　结语

铈能吸收紫外线和红外线，提高可见光的转换效率。美国发现这种“新材料”后，有研究者担心，不久全球发达国家会立即抢购钙钛矿，钙钛矿很快会比稀土还要抢手。因此，笔者建议国家应重视蒙阴地区金伯利岩的综合回收与利用，尤其是对铈钙钛矿的回收与利用，使一矿变多矿，把我国的光伏产业推到一个新的高度。此外，千万要重视对未开发的金伯利岩及已开发的金伯利岩尾矿资源进行保护，防止被盗、自然流失和抢购。

[1]全国矿产储量委员会办公室.矿产工业要求参考手册[M].北京:地质出版社,1986.

[2]王濮,潘兆橹.系统矿物学(上册)[M].北京:地质出版社,1982.

[3]建材七0一矿革命委员会.钙钛矿的回收和用做电焊条涂料的试验报告[R].株洲焊接器材厂,1975.

P578.16

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1007-9386(2016)03-0054-02

2016-02-02