某萤石矿工艺矿物学特征研究*

曹阳阳，梁 欢，何东升，宋国平

(1.武汉工程大学 资源与安全工程学院，湖北 武汉 430073；2.孝感市生态环境局应城市分局，湖北 应城 432400)

0 引言

萤石又名氟石，化学成分为CaF2，是一种重要的非金属矿物材料[1]。目前全球发现了大量的萤石矿床，已探明的萤石矿储量约为5亿t[2-4]。我国萤石矿资源位居世界第三，占世界总储量的10%，其中华东、华北和华中3个地区的矿山数量占全国的85%以上，而开采矿石总量约占全国总采矿量的80%[5-7]。萤石矿床的类型可分为单一型萤石矿床和伴(共)生型萤石矿床。单一型萤石矿床的矿石组成以萤石、石英为主，脉石矿物为方解石、白云石、磁铁矿、磷灰石和硫化物等。伴(共)生型萤石矿床中的萤石是该矿床的脉石矿物，而其最主要的矿物为方解石、金属硫化物和磁铁矿，因此伴(共)生型萤石矿床中的萤石是随着主要矿物的开采而被回收利用的。我国目前萤石矿的主要来源是单一型萤石矿床，伴(共)生型萤石矿床的开发水平比较落后[8]。

萤石是自然界含氟量最高的矿物，是氟化工的主要矿物原料，同时也被用于新能源、新材料等一些新兴产业。随着科学技术的不断进步，萤石的应用领域逐渐扩大，在氟化、制冷、航空、医药和原子能等行业也得到了应用[9-10]。萤石在冶金领域的应用是作为钢铁工业的熔剂，用于增加熔融矿物的流动性，从而降低冶炼温度，减少能源的消耗。萤石在化工领域可作为制备氢氟酸及其衍生物的原料，在塑料工业中使用可使塑料的耐腐蚀性和化学稳定性大幅度提高。我国丰富的萤石资源促进了氟化工行业的飞速发展，也促进了新能源、新材料等一些新兴产业的发展。因此，萤石矿资源的开发利用对于现代工业的发展具有越来越重要的战略意义[11-12]。

1 矿石的化学成分

矿石样品采自甘肃某矿，均匀混合后破碎、筛分、对辊细碎至-1 mm，装袋制成样品后用于工艺矿物学研究。

矿石样品中的主要元素质量分数采用X射线荧光光谱仪(XRF)进行测试分析，结果见表1。

表1 萤石矿样的化学多元素分析结果 单位：%

由表1可知，该矿石的主要有用矿物为CaF2，其品位为5.10%，属于典型的低品位萤石矿，主要杂质为SiO2、CaO、MgO、Fe2O3。

2 矿石的矿物组成

矿石样品的主要矿物组成及质量分数见表2。

表2 矿石样品的主要矿物组成及其质量分数 单位：%

由表2可知，矿石样品中所含矿物种类较多，矿石中含量最多的脉石矿物为石英，而主要的有用矿物为萤石，其余脉石矿物主要为方解石、白云石、磁铁矿，此外还含有微量的钾长石、钠长石和重晶石等矿物。

矿石样品中钙元素的分配比见表3。由表3可知，钙元素主要分配于氟化物矿物和碳酸盐矿物中，其中萤石的占有率为60.63%，方解石的占有率为25.87%，白云石的占有率为13.08%。矿石中含有较多的碳酸盐矿物，在浮选中尤其要注意脱除方解石和白云石，否则会增加萤石的分选难度。

表3 矿石样品中钙元素的分配比 单位：%

3 主要矿物的嵌布特征

利用AMICS对具有代表性的主要矿物进行表面微观形貌和微区成分分析。图1为萤石与石英共生的嵌布形态。由图1可知：一部分萤石以单体颗粒的形式存在，晶体完整，但结晶颗粒均较细；一部分萤石呈自形或半自形结构不均匀分布在脉石矿物之间，结晶颗粒呈致密块状，不完全解离，粒度一般在30～50 μm，少量的萤石(>50 μm)与石英紧密共生，周边多镶嵌细粒石英，显示萤石与石英的成因关系密切。

图1 萤石与石英共生的嵌布形态

图2为萤石与白云石共生的嵌布形态。

图2 萤石与白云石共生的嵌布形态

由图2可知：白云石呈隐晶质结构包裹于萤石集合体中，结晶颗粒非常细，粒度在5～10 μm；白云石主要呈自形、半自形粒状结构，并且以不均匀粒状或致密块状分布于矿石基质内，少量白云石与石英紧密共生或与次生石英共生于晶洞，粒度一般在15～30 μm；方解石呈显微球粒单晶分布于石英集合体的边缘位置，或以网脉状分布于基质中，结晶颗粒较粗，粒度一般在25～35 μm。

图3为萤石与磁铁矿共生的嵌布形态。由图3可知：磁铁矿以紧密粒状和不规则粒状分散在基质中，一部分镶嵌于萤石内，与石英、萤石形成共生关系，粒度一般在20～25 μm；石英呈不规则块状或粒状，一部分与白云石紧密共生或与萤石、磁铁矿共生，多数石英与萤石形成复杂的浸染、镶嵌共生关系，粒度一般在25～50 μm。

图3 萤石与磁铁矿共生的嵌布形态

表4为萤石与脉石矿物的嵌布特征。由表4可知，通过AMICS测试矿石样品得到的萤石单体解离度为67.60%。萤石主要与石英、方解石、白云石、磁铁矿等矿物共生，其中与萤石共生最多的矿物为石英，共生体的质量分数合计为15.11%，而萤石与白云石共生体的质量分数合计为4.67%，可以通过细磨进一步提高矿石中萤石的单体解离度，以降低脉石矿物之间的连生体对萤石分选指标的影响。

表4 萤石与脉石矿物的嵌布特征 单位：%

由AMICS测定萤石矿过程示意图(见图4)可知，多数萤石矿与石英以毗邻的形式共生，共生边界较不规则，部分细粒状萤石包裹于石英中，也有部分较细粒的石英包裹于萤石矿中。白云石大多呈细微粒状，部分与萤石连生，相对于石英矿物的解离情况较好。

图4 AMICS测定萤石矿过程示意图

综上所述，萤石矿的单体解离度比较高，达到了67.60%，共生比较多的脉石矿物为石英。矿石样品中石英与萤石的解离较差，并且两者均含有微细矿物颗粒，这样不仅增加了萤石的分选难度，也会造成萤石矿资源的浪费。

4 主要矿物的粒度分布特征

AMICS测得的主要矿物的粒度分布见图5和表5。

图5 萤石矿物的粒度分布

表5 萤石矿物的粒度分布

由图5可知，随着颗粒粒径的增大，萤石矿的单体颗粒质量分数逐渐增大。结合表5可知：该样品属于细粒萤石矿，样品中粒径大于26.52 μm的颗粒的质量分数为63.03%；萤石矿中萤石单体矿物-75 μm粒级的总占比为100%，而萤石的最佳浮选粒级为10～100 μm[13]，其中-22.30 μm粒级的质量分数最大。

萤石矿物单体颗粒按面积排列图见图6。由图6可知，萤石矿浸染状构造中，矿石矿物的分布杂乱，没有固定的方向，并且矿石的粒度相对较细，因此在选别过程中无需细磨。

图6 萤石矿物单体颗粒按面积排列图

5 结论

a.本研究矿石样品中的主要有用矿物为萤石，主要脉石矿物为石英，其次为方解石、白云石等。

b.萤石在矿石中的存在形式主要为细粒状和致密块状，与方解石、白云石、石英、磁铁矿等脉石矿物有较复杂的共生关系。

c.萤石矿的单体解离度为67.60%，部分与磁铁矿、石英共生，部分包裹着白云石。矿石中的萤石属于中细粒嵌布,其中11.15～63.07 μm粒级中细微粒占83.48%，-11.15 μm粒级的微细粒占14.74%，因10～100 μm粒级是萤石的最佳浮选粒级，因此该矿石无需细磨。