薊縣錳方硼石礦工藝礦物學研究

王守敬，卞孝東，馬 馳

（中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心，河南鄭州450006）

天津薊縣錳方硼石礦床是世界上獨有的錳方硼石礦床［1－2］。錳方硼石是一種特殊而重要的礦物，據前人初步研究得知：錳方硼石在剝離纖維生產工藝中可用來代替鈉金。該礦物的礦渣除可作為促進植物生長的激素外，還可以涂在電子終端設備的熒光屏上，可使減速的內容暫時留在上面，而用后稍微加熱即可消失。在電視機顯象管內利用它，可增強其壽命。在工業上還有其廣泛的用途。另外，它可能在國防工業有其廣泛用途，但詳情尚不知［1］。目前由天津地調院、中國地質大學 （北京）、北京科技大學、中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所等單位共同承擔的 “天津薊縣錳方硼石利用研究”項目，正在通過多方面研究，揭示其新性能、新用途。本次研究主要通過工藝礦物學研究指導該礦選礦試驗方案設計，為錳方硼石利用研究提供基礎資料。

1 礦床地質概況

天津薊縣硼礦床是世界上唯一的沉積環境特殊的錳方硼石型硼礦床。礦床呈層狀產于震旦系碳酸巖泥灰質巖系中，礦石呈鮞粒狀或球粒狀集合體，是成因條件極其特殊的礦床類型。含礦巖系為中元古界高于莊組沉積巖系，含礦巖性由下而上依次為：含錳白云巖、頁巖互層→含錳白云巖、泥硅質巖，夾錳方硼石礦層→含錳頁巖、白云巖→厚層白云巖→薄層白云巖→厚層白云巖，錳方硼石礦體在礦層中呈斷續相連的團塊狀或透鏡狀分布。錳方硼石礦體呈透鏡狀斷續成層分布，東西延長達30km。東部礦段以錳方硼石為主，向西部漸變為菱錳礦［2］。

2 礦石基本性質

天津薊縣硼礦床礦石有塊狀和斑點狀。塊狀礦石全部由鮞狀錳方硼石集合體組成。斑點狀礦石中，錳方硼石集中呈鮞狀集合體分布于泥質白云巖中。硼礦物成分簡單，只有錳方硼石一種礦物。

本次研究采取分別采取了1個塊狀礦石樣品（編號Ch1）和2個斑點狀樣品（編號為Ch2和Ch3）進行詳細的工藝礦物學研究。

2.1 礦石化學組成

本次研究對3個樣品分別進行了化學分析，分析結果見表1。

表1 原礦化學分析結果／%

從原礦化學多項分析結果可知，原礦中硼和錳含量較高，是主回收元素。其他元素含量較低，綜合利用價值不大。

2.2 礦石主要礦物組成

為了確定礦石中主要礦物組成，本次研究進行的X衍射分析，分析結果見圖1。

圖1 原礦樣品X衍射分析圖譜

分析結果顯示，礦石中主要組成礦物為錳方硼石、石英、白云石、綠泥石、鉀長石和伊利石等。

本次研究在X衍射分析結果的基礎上，進行薄片和人工重砂定量。定量結果見表2。

表2 礦石中主要礦物的相對含量／%

從分析結果可以看出，礦石中錳方硼石含量很高，是主要有用礦物。脈石礦物以白云石和石英為主，其他礦物含量較低。

3 主要礦物嵌布特征

3.1 錳方硼石嵌布特征

錳方硼石是礦石中的工業礦物。其在三個樣品中的含量分別為：Ch1，82.1%；Ch2，51.1%；Ch3，54.3%。

薄片鑒定顯示，礦石中錳方硼石主要呈自形、半自形粒狀，單個礦物顆粒粒度一般為0.01～0.1mm（圖2）。絕大部分錳方硼石都呈集合體產出，集合體按形態可分為塊狀集合體（圖3）、網眼狀集合體（圖4）和鮞狀集合體（圖5）。這3種集合體具有漸變關系。當礦石中錳方硼石鮞粒較少時，稱之為鮞狀集合體；當錳方硼石鮞粒含量逐步升高，鮞粒呈網眼狀稠密分布時，稱之為網眼狀集合體；當錳方硼石含量再升高，錳方硼石鮞粒緊密接觸時，稱之為塊狀集合體。

鮞狀錳方硼石集合體粒度最細，其粒度一般為0.3～1mm（圖5），網狀礦石和塊狀礦石中錳方硼石集合體粒度更粗（圖3，圖4）。因此，雖然礦石中錳方硼石粒度較細，但是由于其集合體粒度非常粗，沒有必要進行詳細的粒度統計。

圖2 半自形粒狀錳方硼石，單偏光

圖3 塊狀錳方硼石集合體，單偏光

圖4 網眼狀錳方硼石集合體，單偏光

圖5 鮞狀錳方硼石集合體，單偏光

錳方硼石集合體中各礦物顆粒之間結合的非常松散，在薄片中可見大量錳方硼石顆粒脫落（圖6）。輕輕敲擊礦石樣塊，也可見大量錳方硼石顆粒脫落。

圖6 錳方硼石集合體中大量顆粒已經脫落，單偏光

3.2 其他礦物嵌布特征

礦石中除了錳方硼石以外，還含有大量白云石和石英，以及少量的黏土礦物、綠泥石、長石和黑云母等礦物。其中，石英和長石主要作為碎屑物賦存在礦石中，黑云母主要作為雜基賦存在礦石中，白云石、綠泥石和黏土礦物主要作為膠結物膠結長石、石英等礦物（圖7）。值得一提的是，礦石中的白云石多為錳白云石，然而由于錳含量并不高，其綜合利用價值不大。

礦石中這些礦物緊密結合，可以看作脈石礦物集合體。脈石礦物集合體與錳方硼石集合體之間界線清晰，很少相互包含。脈石礦物集合體粒度一般大于1mm，有利于礦石中錳方硼石的選礦回收。

圖7 脈石礦物集合體，正交偏光

4 討論

4.1 選礦方案建議

薊縣錳方硼石礦床是世界上獨有的錳方硼石礦床。其礦石性質相對較簡單，選礦難度并不大。這里主要要討論的是如何更節能、合理的選別其中的錳方硼石。

薊縣錳方硼石礦中，主要礦物按其嵌布特征可以分為兩類礦物集合體。一類為錳方硼石集合體，另一類為脈石礦物集合體。其中脈石礦物集合體是由白云石、黏土礦物和綠泥石等礦物緊密膠結石英和長石等礦物而形成的統一體，其內部膠結的非常致密。錳方硼石集合體是由錳方硼石組成的鮞狀集合體，其內部膠結的較松散。由于兩類集合體存在膠結程度的差異，建議采用細碎→篩分方案選別錳方硼石。其原理是：在碎礦過程中，錳方硼石集合體由于其膠結松散，很容易就被破碎為細粒單體的顆粒，而脈石礦物集合體由于其膠結致密，在破碎過程中多形成粗粒集合體，從而通過篩分將兩者分離。

眾所周知，選礦廠能耗最大的是磨礦作業，因此多碎少磨是選礦廠節能降耗的有效途徑。對薊縣錳方硼石礦采用細碎→篩分方案選別錳方硼石，不但能降低選礦廠能耗，降低生產成本，而且流程簡單，易于操作。該方案已經經過實驗室試驗驗證，并取得很好的效果。

4.2 對工藝礦物學研究的啟示

隨著人類工業文明的發展，大量富礦、易選礦首先得到開發，并有開發殆盡的趨勢。目前開發的礦產多有“貧、細、雜”的特點。對待這種“貧、細、雜”礦產，選礦的基本思路是細磨深選。而工藝礦物學研究者受選礦細磨深選思想的影響，多注重礦物粒度、礦物之間的嵌布關系等礦石結構研究，而對礦物集合體之間的嵌布關系，即礦石構造關注不夠。

事實上，關注礦石中礦物集合體賦存特征，往往能獲得意想不到的結果。

李英堂等［3］對遼寧硼鎂鐵礦的研究顯示，礦石中礦石礦物硼鎂石和磁鐵礦嵌布粒度細微，共生關系密切復雜，嵌布十分緊密，它們的集合體具強磁性；二種主要脈石礦物葉蛇紋石和斜硅鎂石也緊密嵌布，其集合體工藝粒度遠遠大于礦石礦物的粒度，從而提出粗粒拋尾選礦工藝，并取得很好的選礦試驗效果。

王守敬等［4］對河南上房溝滑石型鉬鐵多金屬礦的研究顯示，礦石中的磁鐵礦與鎂質矽卡巖類礦物（部分在后期蝕變為滑石）呈條帶狀互層分布，輝鉬礦和石英呈脈狀分布，兩者關系不緊密，從而提出粗粒磁選預除滑石選礦方案，很好的解決了滑石對輝鉬礦浮選的影響。該方案在工業試驗中得到驗證［5］，并取得很好的效果。

本次研究采用集合體研究思想，將礦物劃分為錳方硼石集合體和脈石礦物集合體，從而發現兩類集合體膠結程度的差異，提出細碎→篩分方案選別錳方硼石。該方案已經得到實驗室試驗驗證，并取得很好的效果。

總之，深入研究礦石中礦物集合體的嵌布特征，對于解決“貧、細、雜”礦產的選礦問題，提出簡單易行的選礦方案具有重要意義。

5 結論

1）薊縣錳方硼石礦中，錳方硼石集合體與脈石礦物集合體的膠結程度差異較大，建議采用細碎→篩分方案選別錳方硼石。

2）在工藝礦物學研究中應多關注礦物集合體的嵌布特征。

［1］肖成東，張靜，張寶華，等.天津薊縣錳方硼石礦床［J］.地質調查與研究，2007，30（3）：186－191.

［2］肖榮閣，大井隆夫，等.天津薊縣錳方硼石礦物的硼同位素研究［J］.現代地質，2002，16（3）：270－275.

［3］李英堂，田淑艷，汪美鳳.應用礦物學［M］.北京：科學出版社.1995.261－266.

［4］王守敬，卞孝東，馬馳.上房溝高滑石型鉬鐵礦石工藝礦物學研究［J］.金屬礦山，2011（8）：94－104.

［5］趙平，邵偉華，常學勇，等.上房溝滑石型鉬礦工業試驗研究報告［R］.鄭州：中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，2011.