矿床成矿地质特征与矿物分离的关系研究——以夜长坪钼钨矿为例

马驰，常学勇，赵平，张艳娇

(中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006)

选矿和冶金过程中矿物与元素的分离是矿床形成的逆向过程，矿床形成时的成矿地质特征是决定矿物分选的最本质因素。包括矿石的矿物组成、嵌布特性、结晶粒度、矿物的晶体结构、元素信息、化学键信息、晶格信息、缺陷信息等，是由矿床成因及工业类型，矿石的结构构造、物质组成，矿物的共伴生组合和镶嵌特性等决定的，并直接影响碎磨、重选、磁选、浮选等加工特性。2018年，孙传尧院士提出了基因矿物加工工程的理念和思路，认为“矿床、矿石和矿物的基因特性决定了矿石的可选性”[1]，赵中伟等也认为矿床地球化学与冶金学科具有相似的物理化学基础，其相关理论和现有研究成果，对冶金过程新工艺的开发具有重要的借鉴意义[2-3]。

河南夜长坪钼矿现在采用自然崩落法开采，所采矿石为矽卡岩和斑岩型的混合矿石，随着矿石开采，二者比例不断变化，引起矿石入选品位、钼氧化率和矿物组成的大幅变化。该矿长期以来面临以下问题（1）矿石的钼氧化率较高，且在矿体中分布不均，变化较大；（2）有用矿物嵌布关系复杂，且矿石中蛇纹石、滑石、石膏、粘土矿物和碳酸盐矿物严重影响氧化钼的浮选；（3）矿山由于场地受限无法进行配矿作业，导致入选原矿性质波动较大，选矿过程难以稳定运行。本文从矿石类型、成矿期次与矿物分离关系的角度出发，重点研究了两种矿石类型和不同成矿期次的矿物嵌布特征、组成和矿物粒度分布情况，揭示了矿床地质特征与矿物分离之间的内在关系。

1 成矿地质特征

1.1 矿石类型

河南夜长坪钼矿为大型多金属矿床，是以钼为主伴生钨、铁和萤石的隐伏斑岩-矽卡岩型矿床，已探明钼金属量44.45万t，矿体主要赋存于中元古界官道口群龙家园组白云岩与隐伏斑岩体接触带的矽卡岩岩中，其次赋存于斑岩体中[4-5]。河南夜长坪钼矿以矽卡岩型矿石为主，斑岩型次之。矿体呈穹窿状，即中间凸起，向四周及深部延伸后分支复合，II-2 号斑岩型钼矿层侵蚀、占据 1号矽卡岩型钼矿层，呈瓦状波状起伏，III-1号矿 层与III-2号斑岩型钼矿层互层、穿插[5]。总之，矽卡岩型矿石和斑岩型矿石互相穿插、互层，矿山采用自然崩落法导致两种矿石类型混合，所以无法实现分采分选。

矽卡岩型矿石表现为磁铁矿-白钨矿-萤石型矿物组合（见表1），辉钼矿及其他硫化矿物含量较少；白钨矿呈粒状分布，结晶较好，与脉石矿物易于单体解离，粒度相对较粗-0.074 mm 69.62%；磁铁矿呈微细粒状浸染状分布，其中-0.074 mm 93.4%，与白钨矿密切共生。而斑岩型矿石表现为辉钼矿-石英-黄铁矿的矿物组合（见表1），白钨矿含量相对较低，不含磁铁矿，辉钼矿以细脉状产出为主，粒度较细，当细度为-0.074 mm 85%时单体解离度仅80%，相对不易单体解离。

表1 不同矿石类型的矿物组合形式Table 1 Mineral assemblages of different ore types

1.2 成矿期次研究

矿石矿化蚀变复杂多样，呈现多期多阶段性，根据成矿作用、矿物共生组合特点，成矿过程大致分为四个矿化阶段（图1）。

图1 夜长坪钼矿的成矿期次Fig. 1 Metallogenic stages of Yechangping molybdenum deposit

矽卡岩阶段：早期矽卡岩阶段以形成透辉石、硅灰石等矽卡岩矿物，晚期矽卡岩阶段以白钨矿生成，呈星散状分布，多生成磁铁矿、透辉石、透闪石（图2a）；氧化物阶段：生成主要是白钨矿、蛇纹石等；石英-硫化物阶段（中高温热液期）：此阶段持续时间长，矿液多次脉动，形成大量辉钼矿、黄铁矿等金属硫化物，并见硫化物与石英、方解石、萤石等组合形成的各种细脉充填于裂隙中（图2b），此阶段为主要成矿期。表生期阶段表现为褐铁矿化、高岭土化和蒙脱石化为主要特征（图2c，2d）。由此可以看出，透辉石、透闪石、白钨矿和磁铁矿同形成在于矽卡岩化阶段，而辉钼矿、石英、方解石、金属硫化物形成与石英—硫化物阶段，也就是白钨矿和辉钼矿主要成矿期次不同，导致二者在空间分布不紧密，但是白钨矿与磁铁矿为同期生成且紧密共生，当然这些也在矿石显微结构的得到体现。

图2 不同成矿期次矿物组合和结构Fig. 2 Mineral assemblages and structures of different metallogenic stages

2 钼、钨的赋存状态对矿物分离的影响

（1）该矿中主要含钼矿物为辉钼矿、钨钼钙矿、钼钙矿，钨主要以白钨矿和钼钨钙矿的形式存在。白钨矿中W、Mo呈完全类质同象产出，为白钨矿Ca[WO4]-钼钨钙矿Ca[MoO4]系列矿物（以下称“白钨矿”），WO的含量从0.00～76.58%，而MoO3的含量是从0.58%～67.15%之间变化[6]。且该矿钼的氧化率非常高，一般在20%～65%之间。

（2）白钨矿主要呈粒状分布，结晶较好，与脉石矿物易于单体解离，粒度相对较粗，-0.074 mm 69.62%；辉钼矿以细脉状产出为主，粒度较细，当细度为-0.074 mm 85%时单体解离度仅80%，相对不易单体解离。可见，二者最好分磨分选。

（3）影响白钨矿选别的含钙脉石矿物（白云石、方解石、石膏）和粘土矿物[7]，磁铁矿与白钨矿紧密共生，且主要分布在矽卡岩中。辉钼矿主要分布在斑岩型矿石中，且成矿时间晚于白钨矿。

综上，可以利用矿石中具有磁性的磁铁矿，将白钨矿富集在磁性产品中；将辉钼矿和影响白钨矿选别的含钙脉石矿物[8-9]、粘土矿物等有害矿物富集在非磁性产品中，从而一是可以减弱有害矿物对白钨矿浮选干扰，二是可以实现白钨矿和辉钼矿的分磨分选。

3 磁选分离实验研究

对-25 mm样品进行干式磁选分离实验（表2），可以看出，干式磁选可以有效的将白钨矿富集于磁性产品中，辉钼矿富集于非磁性产品中，同时两种物料中钼的氧化率也存在较大差异，故可以确定采用干式磁选可以实现钨的初步富集以及硫化钼与氧化钼的分离。采取不同钼氧化率的产品经过磁选后，磁性产品的钼氧化率远远高于非磁性产品（表3），说明白钨矿明显富集在磁性产品中。通过对磁选产品的主要矿物含量进行对比（表4），发现非磁性产品主要富集矿物为辉钼矿、石膏、白云石、石英、长石、高岭土、蒙脱石，磁性产品富集的矿物为白钨矿、磁铁矿、蛇纹石、滑石和方解石，磁选对萤石含量影响不大。

表2 干式磁选实验Table 2 Dry magnetic separation test

表3 磁性产品与非磁性产品中钼氧化率Table 3 Molybdenum oxidation rate of magnetic products and non-magnetic products in samples

表4 非磁性物与磁性物的矿物含量的比Table 4 Ratio of mineral content of non-magnetic products to magnetic products

采用该工艺进行了100 t/d工业实验，六天连续运转实验取得较好的选矿指标，达到了预期目的，实现了原矿含Mo 0.167%、WO30.142%，钼氧化率42.70 %，得到了钼精矿品位49.08%，钼钨混合精矿含Mo 14.23%、WO323.75%，Mo总回收率达74.07%、WO3总回收率54.20%，较以前的工艺相比Mo总回收率和WO3总回收率分别提升了20个百分点。

4 结论

（1）通过对夜长坪钼钨矿的成矿地质特征和矿物的赋存状态研究，提出磁选预分离工艺，实现硫化矿和氧化矿的分离，将影响白钨选别易泥化的蒙脱石、绿泥石、蛇纹石和含钙脉石矿物石膏分离到非磁性部分，而恰恰这些矿物对辉钼矿的选别影响不大，达到了分磨分选的目的，降低选矿药剂用量，提高了分选效率，使用现有采矿方法，解决了入选矿石性质波动对选矿过程的严重影响。

（2）矿物之间的共生关系是由矿床的地质特征（包括矿床成因、成矿期次、蚀变类型）决定的，这些因素直接影响矿物的赋存状态，也决定矿石分选工艺的选择，同时，在选矿预选分离效果研究中不仅仅应重视有用矿物的走向，还应更加重视对选矿有着不利影响的矿物在预选分离过程的走向。

（3）矿床的地质特征、矿物赋存状态与矿物分离的关系研究是工艺矿物学研究一个非常重要的方向，特别是多期成矿作用形成的多金属复杂共生矿床，应多关注矿石的成矿期次以及矿物形成、分布与成矿期次的关系，这为解决复杂多期次成矿的矿床选矿问题提供一个新的思路。