坦桑尼亚潘达地区某铌矿工艺矿物学研究

吴师金，刘庭忠，周瑜，宁福俊

（1.江西省地质调查研究院，江西 南昌 330030；2.安徽地矿投资集团有限公司，安徽 合肥 230001）

铌广泛应用在冶金工业、原子能工业、航空航天工业、军事工业、电子工业、超导材料以及医疗仪器等方面；钽是电子工业和空间技术发展不可缺少的战略原料，主要用于电子、机械、化工、宇航四大领域。世界铌的年消费量已达2万多吨，并且还在逐年增加[1]。

铌钽主要赋存于花岗岩或花岗伟晶岩中，少部分分布于碳酸岩型矿床中，以及区域变质矿床、风化壳型矿床等[2-3]。坦桑尼亚某铌钽矿床是响应我国 “走出去”发展战略新勘探发现的，属于碳酸岩型铌钙矿-铌钽铁矿矿床，主要有价回收元素为铌、钽。本文通过采用光学显微镜、X-射线衍射分析（X-RD）、扫描电镜、矿物自动分析仪（MLA）、EDS能谱分析手段及化学分析的手段，将从矿石化学成分、矿石矿物组成、主要铌矿物的嵌布特征、解离特征等工艺矿物学特征等的角度对该铌矿进行工艺矿物学研究，确定铌元素在矿石中赋存状态，为铌的利用提供科学依据。

1 矿石的化学成分

矿石的主要化学成分见表1。

表1 矿石的多元素分析结果/%Table 1 Multi-element analysis results of the run-of-mine ore

主要为钙、镁、铁、磷等，主要用益组分为铌(Nb2O5 0.125%)、钽(Ta2O5 0.006%)，根据现行国内标准（DZ/T 0203-2002），铌、钽达到综合利用要求。

2 矿石的矿物组成

矿石中的金属矿物主要有磁铁矿、铌钙矿、赤铁矿、铌钽铁矿、褐铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿等，其中以磁铁矿、铌钙矿为主；非金属矿物主要为方解石、白云石，其次为磷灰石、黑云母，另有少量橄榄石、长石、金红石等。矿石中主要矿物含量见表2。

表2 矿石的矿物组成及其相对含量分析结果Table 2 Analysis results of mineral composition and relative content in the ore

3 主要含铌矿物工艺矿物学特征

3.1 铌钙矿[CaNb2O6]

3.1.1 化学成分

铌钙矿是该矿石中铌的主要载体矿物。通过对典型铌钙矿进行能谱分析，其主要由铌、钙、氧组成，且含有少量钛等，见表3，进一步进行电子探针分析，其结果见表4。

表3 典型铌钙矿元素组成Table 3 Chemical elements composition of fersmite

表4 铌钙矿电子探针分析结果/%Table 4 Results of electron probe analysis of fersmite

根据电子探针结果，铌钙矿除铌和钙外，还含有少量的Ti，Ta，Si，Fe，Mg等。它们多以类质同象的形式赋存于铌钙矿中，其中Fe，Mg等元素代替Ca的位置，Ti，Ta，Si的元素代替Nb的位置。

3.1.2 嵌布特征

铌钙矿主要以他形粒状产出，与方解石、白云石、磷灰石、磁铁矿等关系密切，其主要嵌布特点为：①常常包裹方解石(图1)；②与白云石形成共结晶结构(图2)；③与磁铁矿交代伴生(图3)；④可见被磷灰石包裹(图4)，或者与磷灰石伴生。铌钙矿最大嵌布粒度为0.15 mm，粒度普遍在50～100 μm之间，粒度最小为20 μm。

图1 铌钙矿包裹方解石Fig .1 Fersmite coated calcite

图2 铌钙矿与白云石连生Fig .2 Fersmite inter-grown with dolomite

图3 铌钙矿与磁铁矿交代伴生Fig .3 Fersmite associated magnetite

图4 铌钙矿被磷灰石包裹Fig .4 Fersmite coated by apatite

矿石破碎至小于1 mm时，铌钙矿仅有少量单体解离，绝大部分是与其他矿物呈包裹关系，其次是与其他矿物呈共生关系。在包裹关系中，以铌钙矿与碳酸盐矿物的包裹关系为主（占81.6%），其次是铌钙矿与磷灰石的包裹关系（占10.9%）。在共生关系中，以铌钙矿与碳酸盐矿物的共生关系为主（占80.3%），其次是以铌钙矿与磁铁矿的共生关系（占15.6%）。铌钙矿与其他矿物的连生关系测试结果见表5。

表5 小于1mm粒级铌钙矿单矿物的连生关系测试结果Table 5 Test results of connate relation of ＜ -1mm monomer unitary fersmite

3.1.3 单体解离特征

铌钙矿的嵌布粒度较细，在0.074 ～ 0.045 mm的粒度范围，铌钙矿的解离度为71.58%，在小于0.045 mm的粒度范围，铌钙矿的解离度也只有72.36%。小于1 mm粒级铌钙矿单体解离度测试结果见图6。

图6 小于1mm粒级铌钙矿单矿物的单体解离度Fig .6 -1 mm monomer dissociation of unitary Fersmite

通过对-0.045 mm粒级以下铌钙矿连体分析，其中：与其他矿物毗邻共生为主，占73.95%，其次，为以与其他矿物相互包裹关系，占26.05%。0.045 mm粒级铌钙矿单矿物的连生关系测试结果见表6。通常粒度情况下铌钙矿较难完全解离。

表6 -0.045 mm粒级铌钙矿单矿物的连生关系测试结果Table 6 Test results of connate relation of ＜ 0.045 mm monomer unitary fersmite

3.2 铌钽铁矿[(FeMn)(NbTa)2O6]

3.2.1 化学成分

铌钽铁矿是该矿石中铌的主要载体矿物。通过对典型铌钽铁矿进行能谱分析，其主要由铌、钙、氧组成，且含有少量钛等，其化学元素组成见表7，进一步进行电子探针分析，其结果见表8。

表7 典型铌钽铁矿元素组成Table 7 Chemical elements composition of columbite-tantalite

表8 铌钽铁矿电子探针分析结果/%Table 8 Results of electron probe analysis of columbite-tantalite

图7 铌钽铁矿与方解石共生Fig .7 Columbite-tantalite and calcite symbiosis

图8 铌钽铁矿交代磁铁矿Fig .8 Columbite-tantalite associateed magnetite

图9 铌钽铁矿嵌布于方解石裂隙中Fig .9 Columbite-tantalite embedded in calcite fissure

根据电子探针结果，铌钽铁矿除铌、钽和铁外，还含有少量的Ti，Si，Ca,Mn等。在铌钽铁矿晶体中，它们多以类质同象的形式赋存于铌钽铁矿中，其中Fe，Mn为完全类质同象，Nb和Ta同样为完全类质同象，Ca为混入，多取代Fe和Mn位置。Ti与Nb呈完成类质同象，与Ta呈不完全类质同象，代替Nb和Ta的位置，Si的元素多取代Nb的位置。

3.2.2 嵌布特征

铌钽铁矿主要以他形粒状形式产出，与铌钙矿、磁铁矿、碳酸盐类矿物关系密切，其嵌布特征为：①与碳酸盐类矿物形成共生或包裹结构（图7）；②与磁铁矿或铌钙矿交代伴生（图8）；③部分铌钽铁矿沿着碳酸盐矿物的裂理呈脉状析出（图9）。铌钽铁矿最大晶粒为300 μm，晶粒普遍在45～260 μm之间，最小晶粒为30 μm左右。

在原矿为-1 mm状态下，铌钽铁矿仅有少量单体解离，绝大部分是与其他矿物呈共生关系，其次是与其他矿物呈包裹关系。在共生关系中，以铌钽铁矿与碳酸盐矿物的共生关系为主（占95.6%），其次是以铌钽铁矿与磁铁矿的共生关系（占3.9%）。在包裹关系中，以铌钽铁矿与碳酸盐矿物的包裹关系为主（占97.2%）。铌钽铁矿与其他矿物的连生关系测试结果见表9。

表9 小于1 mm粒级铌钽铁矿单矿物的连生关系测试结果Table 9 The test results of connate relation of ＜1 mm monomer unitary columbite-tantalite

3.2.3 单体解离特征

铌钽铁矿的嵌布粒度较细，在-0.074+0.045 mm的粒度范围，铌钽铁矿的解离度为68.97%，在-0.045 mm的粒度范围，铌钽铁矿的解离度也只有72.23%。小于1 mm粒级铌钽铁矿单矿物的单体解离度测试结果见图10。

图10 -1mm粒级铌钽铁矿单矿物的单体解离度Fig .10 ＜1 mm monomer dissociation of unitary Columbitetantalite

在-0.045 mm粒级中，仍有27.77%的铌钽铁矿以连体的形式存在，通过分析，其中以铌钽铁矿与其他矿物共生关系为主，占73.95%，以铌钽铁矿与其他矿物包裹关系为其次。占26.05%。小于0.045 mm粒级铌钽铁矿单矿物的连生关系测试结果见表10。通常粒度情况下铌钽铁矿较难完全解离。

表10 -0.045 mm粒级铌钽铁矿单矿物的连生关系测试结果Table 10 Test results of connate relation of ＜0.045 mm monomer unitary columbite-tantalite

3.3 金红石[TiO2]

金红石在该矿石中含量很少，以他形粒状产出，且其嵌布粒度很小，一般为-20 μm，分散分布。金红石中含有少量铌和钽，其含量分别为6.84%和1.88%，见表11。

表11 金红石电子探针分析结果/%Table 11 Results of electronprobe analysis of rutile

3.4 磷灰石[A5[XO4]3Z]

磷灰石成分较复杂，A为二价阳离子，以Ca为主，铅次之，也可以为钾、钠、锶、锰等。络阴离子[XO4]主要为[PO4]，但可被[SiO4]、[SO4]、[VO4]等代替。Z为附加阴离子，主要为OH和F，其次为Cl、O-2等。本矿中磷灰石在矿石中呈半自形柱状，粒径最小为50 μm，最大为1.25 mm，一般为100～500 μm。其嵌布特点主要是包裹铌钙矿或与铌钙矿连生（图4）。磷灰石中只含有少量钽(Ta2O5为0.01%)，通过电子探针分析未发现铌，见表12。

表 12 磷灰石电子探针分析结果/%Table 12 Results of electron probe analysis of columbite-tantalite

4 铌赋存状态

该铌钽矿中含铌矿物有4种，分别是铌钙矿、铌钽铁矿、金红石、碳酸盐矿物（以白云石和方解石为主，含其他硅酸盐矿物）。其中主要是以铌钙矿为主，其次为铌钽铁矿。通过对铌进行金属量平衡计算，结果见表13。

表13 铌金属量平衡计算结果Table 13 Calculation results of element balance of niobium

结果表明，矿石中的铌主要分布在铌钙矿中，其分布率为70.84%，其次分布在铌钽铁矿和碳酸盐矿物中，铌钽铁矿和碳酸盐矿物中铌的分布率为22.22%和6.25%，另外金红石中还有微量的铌，其分布率为0.69%。

由此可见，必须充分富集铌钙矿和铌钽铁矿，矿石中的铌金属才可得到较好的回收。

5 结 论

（1）矿石中主要有益组分为Nb2O5和Ta2O5，其含量分别为0.125%和0.0063%，其他金属元素的含量都较低。

（2）矿石中铌、钽的载体矿物共有5种，分别是铌钙矿、铌钽铁矿、金红石、磷灰石、碳酸盐矿物（包括白云石和方解石）。其中主要是以铌钙矿为主，其次为铌钽铁矿。

（3）矿石中的铌主要分布在铌钙矿中，其分布率为70.84%，其次分布在铌钽铁矿和碳酸盐矿物中，铌钽铁矿和碳酸盐矿物中铌的分布率分别为22.22%和6.25%，另外金红石中还有微量的铌，其分布率为0.69%；矿石中钽主要赋存于铌钙矿、铌钽铁矿中，在磷灰石和金红石中也有分布。

（4）矿石中铌钽矿物的嵌布粒度较细，铌钙矿嵌布粒度普遍在50～100 μm之间；铌钽铁矿嵌布粒度普遍在45～260 μm之间。在粒度为-1 mm状态下，铌钙矿的解离率为15.69%，铌钽铁矿的解离率为12.08%，铌钽矿物单体解离率低；在粒级为-0.045 mm时，铌钙矿和铌钽铁矿的解离率也分别仅有73.36%、72.23%，铌钽矿物需要在较细的磨矿细度下方能得到较大解离，但磨矿细度太细，势必影响选矿回收效果。

（5）铌钙矿和铌钽铁矿相互关系密切，在-0.045 mm粒级，两者共生或包裹的关系占连体总量的17.98%、20.19%，在选别过程中，两者较难分离；铌钙矿、铌钽铁矿与磁铁矿（含赤铁矿）相互关系密切，其共生或包裹的关系分别占连体总量的39.27%和28.36%。铌钙矿和铌钽铁矿在选别过程中与磁铁矿（含赤铁矿）也难于分离，因此，在确定选矿工艺时应充分考虑矿石的磨矿细度和含铌矿物的工艺矿物学特征，制定合理的选矿方法和工艺，提高选矿回收率。