福建南平西坑鉭鈮礦稀有金屬資源的綜合利用分析

鄭文怡

（福建省地質調查研究院，福州　350013）

福建南平西坑鉭鈮礦稀有金屬資源的綜合利用分析

鄭文怡

（福建省地質調查研究院，福州350013）

福建南平西坑鉭鈮礦目前主要產品是鈮鉭精礦和錫精礦，其他稀有金屬礦產品尚未進一步開發。本次采集了鈮鉭礦礦石、錫精礦粉、尾礦3類樣品，分析表明：在錫精礦粉中鈮、鉭、鈾、鋯、鉿、錫的含量（wB）分別為Nb2O52.235 7%，Ta2O55.184 1%，U 0.869 4%，ZrO20.691 3%，HfO20.065 2%，SnO270.462 0%，明顯高于其在原礦石樣品中的含量（Nb2O50.007 9%，Ta2O50.017 8%，U 0.000 3%，ZrO20.001 9%，HfO20.000 2%，SnO20.059 1%），說明重選時可導致這些元素富集，應在目前采用的工藝基礎上進一步提升鈮鉭精礦和錫精礦品質，同時做好放射性污染防治工作；尾礦中鋰、鈹、銣含量較高（Li2O 0.145 5%，BeO 0.068 4%，Rb2O 0.189 1%），其中銣、鈹達到了工業品位，但由于選礦工藝難度較大等原因，單元素回收較難，可考慮進行綜合回收利用。今后應加強對礦石可選性和尾礦回收利用的研究，更好地實現礦區現有資源價值最大化。

鈮鉭礦；稀有金屬；綜合利用；南平；福建

福建南平西坑鉭鈮礦是我國大型花崗偉晶巖型鉭鈮礦床。本區域地質研究程度較高，自20世紀70年代起即開展了具有針對性的稀有金屬礦產地質勘探工作［1］，查明該礦區以鈮鉭礦物作為主要工業礦物，同時伴生其他稀有元素礦物及副礦物，其中部分稀有元素礦物具有一定的工業意義和開采價值［2-3］。2001年礦區正式投產，主要產品是鈮鉭精礦，對尾礦（固體廢物）中的白云母、鉀鈉長石和暗色礦物中的鈮鉭礦物進行了回收，其余部分則作為建筑用磚的原料或占地存儲［4］。本文通過對鈮鉭礦礦石、精礦粉和尾礦樣品的測試，初步對各元素利用價值進行討論，認為在選礦過程中的有用元素還有進一步綜合回收的空間，可以使資源得到充分利用。

1　礦區地質特征

南平西坑鈮鉭礦處于北武夷隆起區東南緣，政和-大埔深斷裂西側，是重要的花崗偉晶巖型稀有金屬成礦帶［5］，礦區內主要出露地層為古元古代麻源巖群南山巖組的片巖、變粒巖類變質巖系。南山巖組中褶皺構造非常發育，主要發育北東向、北東東向、近南北向復式背斜，溪源頭礦段可見花崗偉晶巖脈受軸向近南北的復背斜控制展布；溪源頭礦段內僅見一些小斷裂，對偉晶巖無明顯破壞［1］。區內未見大的侵入巖體，脈巖非常發育，主要為偉晶巖脈，其次為花崗斑巖、輝綠玢巖、煌斑巖等。鈮鉭礦體賦存于花崗偉晶巖脈中，其中溪源頭礦段內規模最大的31號脈發育于復背斜的核部與核翼轉折端。31號偉晶巖脈屬于典型的白云母-鈉長石-鋰輝石（Ⅳ類型）偉晶巖［6］（圖1），其交代作用強烈（白云母化、鈉長石化、磷酸鹽化等），圍巖蝕變發育（硅化、白云母化、鋁黑鱗云母化、細晶黑電氣石化），礦物種類豐富，伴生組分富集。

圖1　31號礦脈地質簡圖（據文獻［7］修改）Fig.1　Geological sketch maps of No.31 vein

2　礦石性質

圖2　含礦偉晶巖顯微照片Fig.2　Micrographs of ore-bearing pegmatite

2.1礦石的礦物成分

區內偉晶巖的造巖礦物基本相同，主要有石英、鈉長石、白云母、微斜長石等。主要的稀有元素礦物為鈮鉭鐵礦族、重鉭鐵礦、錫錳鉭礦、錫石、鋰輝石、綠柱石、鋯石等。

鈮鉭鐵礦族（圖2a、2b）是偉晶巖中最主要的鈮鉭礦物類型，占所有鈮鉭礦物總量的90%以上，同時也是該區最具有經濟效益的工業礦物［3］。鈮鉭鐵礦呈半自形-他形晶，粒狀外形，硬度大，礦物粒徑在0.3～40 mm，常與鈉長石（圖2c）共生或嵌布于白云母中。錫石多為半自形晶，粒狀，礦物粒徑在0.02～50 mm，有些受動力作用影響產生破碎，裂隙間常被石英、絹云母充填。錫石常常與鈮鉭礦物密切伴生［2］，且晶體較粗大。鋰輝石（圖2d）多為自形晶，呈短柱狀外形，干涉色鮮艷，近平行消光，多數均受到不同程度的絹云母化。有些鋰輝石已完全被細鱗白云母取代，只是仍保留有鋰輝石假象，稱之為“腐鋰輝石”。

2.2稀有金屬元素的賦存狀態

鈮鉭絕大部分賦存在鈮鉭鐵礦族、重鉭鐵礦、錫錳鉭礦等鈮鉭礦物中［3］，錫石中也賦存有1.58% 的Ta2O5和0.45%的 Nb2O5［2］，另有極少量鈮鉭分散在鈉長石、石英、白云母中［8］。錫石是錫最主要的賦存形式，其中 SnO2含量為93.08% ～99.81%［2］；而錫的分布在鈮鉭礦物中不甚相同，其總的趨勢是從鈮鉭鐵礦族—重鉭鐵礦—錫錳鉭礦方向上逐漸升高，鈮鉭鐵礦族中錫含量在0～0.60%，但是在錫錳鉭礦中錫含量可高達13.95%～16.92%［3］。鋰主要分布在鋰輝石中，含量為5.52%～6.49%［9］；另外僅在南平Ⅳ類型偉晶巖中產出的礦物——鋁黑磷云母，以賦存的鋰含量高為特征，平均含量約1.48%，實際上是由含鋰的偉晶溶液交代黑云母蝕變形成的［10］。鈹的最主要載體是綠柱石，占偉晶巖中BeO總量的82%，其余的分散在石英（占11.5%）、白云母、鈉長石及羥磷鋁鋰石中［11］。銣、銫主要以類質同象賦存于白云母、鋁黑磷云母［10］、微斜長石中，與富鉀礦物關系密切［12］。

3　樣品采集和結果分析

3.1樣品采集

本次采樣地點位于閩寧鈮鉭礦業有限公司廠區內，共采集鈮鉭礦礦石、錫精礦粉、尾礦3類樣品。其中：NPXKH1、NPXKH2、XYTH1、XYTH2、XYTH3、XYTH4、XYTH5為鈮鉭礦原礦石樣品，共7件，于南平西坑選礦廠堆礦場和溪源頭采礦廠堆礦場內分別取每塊質量約500 g的4～5塊礦石組合成一件樣品；NPXKH3、NPXKH4為以鈮鉭和錫石為主的混合精礦經強磁選選出鈮鉭精礦后再重選脫硫產出的錫精礦粉，共2件，各200 g，其中 NPXKH3是未經脫水干燥的中間產品，NPXKH4為錫精礦最終產品；NPXKH5、NPXKH6為尾礦樣品，共2件，分別于南平西坑選礦廠外20 m處尾礦庫中取5處深30 cm、分別重300 g的樣品組合成一件樣品。3.2樣品中稀有金屬元素測試結果分析

樣品的測試工作委托福建省地質測試研究中心進行檢測（2014年），分析元素鋰、鈹、鉿、鉭、鎢、鈾、鋯、鍶、銣、鈮、錫共11項。其中錫含量使用德國PGS-2發射光譜儀測定，鋯、鍶、銣、鈮含量使用菲利普PW2440 XRF測定，其余元素含量使用XSeriesⅡ等離子質譜儀測定。

3類樣品的單元素分析結果平均值見圖3。為方便進行數據對比，將單元素分析結果換算成氧化物或硫化物的質量分數，結果見表1。

（1）對比NPXKH3與NPXKH4元素含量可知，錫精礦最終產品相較于中間產品，品質明顯提升，主要表現在以錫為主的重礦物含量明顯提高，而鋰鈹等輕元素含量下降，進一步選別至尾礦中。

（2）鈮鉭錫鋯鉿元素含量表現形式一致，即在精礦粉中含量急劇升高，由于鈮鉭礦物、錫石與鋯石同屬重礦物，在重選過程中同時富集于精礦粉中。鈮鉭礦原礦石樣品中的Nb2O5、Ta2O5含量較高，分別為0.007 9%和0.017 8%，均達到工業品位，其中Ta2O5/Nb2O5的平均含量比值為2.25，印證了前人研究結論：隨著偉晶巖類型演化至Ⅳ類型后，由于鉭相較于鈮更易于遷移，則遠離母巖后Ta2O5含量明顯高于 Nb2O5［13］。原礦石樣品中SnO2平均含量為 0.059 1%，ZrO2平均含量為0.001 9%。在NPXKH4錫精礦粉樣品中：SnO2含量為70.462 0%，就錫含量而言達到了錫精礦Ⅰ級品的要求［14］，但Nb2O5和Ta2O5含量也明顯增加，經干燥脫水后分別為2.235 7%和5.184 1%。

圖3　南平西坑礦區樣品主要元素含量Fig.3　Major elements from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping

表1　南平西坑礦區取樣及分析結果Table 1　Sampling and analysis results from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping wB/%

（3）鈾在原礦石樣品中含量很低，但在選礦過程中伴生鈾含量隨著鈮鉭礦物的富集而增加，樣品NPXKH4鈾元素平均含量為0.869 4%，值得注意。

（4）鋰、鈹兩種輕元素分別在礦石樣品和尾礦中相對富集，Li2O在原礦石樣品中的平均含量為0.211 9%，達到綜合回收工業指標。而在礦石樣品中NPXKH1的鋰元素含量非常高，達到1.135 9%，這是由于該樣品中含有較多鋰輝石所致。在尾礦樣品中Li2O和BeO含量分別為0.145 5%和0.068 4%，相較于原礦石樣品中的含量更穩定，可考慮綜合利用。

（5）Rb2O含量在礦石和尾礦樣品中均達到伴生銣綜合回收參考工業指標。這是因為銣的賦存礦物鉀長石和云母是鈮鉭礦礦石選礦后尾礦的組成部分，從而導致尾礦中Rb2O含量較高。

（6）鎢、鍶未達到工業品位，無利用價值，本文暫不討論。

4　稀有金屬元素綜合利用探討

通過分析本次對3類樣品的測試結果認為，南平西坑鈮鉭礦精礦的品質以及尾礦利用仍有進一步提升的空間，具體原因及建議如下。

（1）錫精礦粉中鈮鉭和鋯鉿含量較高，鈮鉭含量達到了低品位鈮鉭精礦產品要求［4］，但是僅賦存在錫精礦中出售，使得其中的鈮鉭無法物盡其用。在礦石粗選時，應遵循早解離、早回收的原則［8］，確定合適的篩分粒度和磨礦工藝，將鈮鉭礦物和錫石盡可能單體分離，又避免過粉碎，從而在后續針對混合精礦選別時利用鈮鉭礦物的強磁性和錫石的非磁性，通過磁選提高鈮鉭精礦和錫精礦品位。若采用浮選方式可以進一步回收由于礦物嵌布密切而難以分離的鈮鉭礦物，但浮選所產生的廢水需進行過濾處理，若直接排放會造成一定的環境污染，應斟酌考慮。

（2）精礦粉中鈾含量較高。根據對礦區和選礦廠環境的γ輻射監測結果顯示，礦區及周邊環境γ輻射水平均在正常標準范圍內，但在磁選、電選車間和精礦庫內γ輻射水平遠高于福建省室內γ輻射測量平均值［15］。礦區已加強對配套設施的管理，做好對精礦粉在生產等各個環節的管理，加強精選礦工的防護措施和個人清潔衛生。除了通過監管防護措施外，還可以嘗試利用有機弱酸萃取劑等方法去除稀有金屬冶煉伴生的放射性元素［16］，從而緩解精礦粉中存在的放射性污染并可以對放射性元素回收利用。

（3）該礦山原礦中的白云母含量高且品質優，已投入生產回收純白云母。另外，由于31號脈的特征礦物鋁黑磷云母數量多少與圍巖蝕變強度呈正比，在蝕變最強烈時可形成石英—電氣石—鋁黑磷云母巖［10］，可考慮單獨開采并借鑒白云母回收工藝投入生產，作為提取鋰的原材料進行銷售。

（4）鋰輝石作為Ⅳ類型偉晶巖中的造巖礦物之一，礦物數量可觀，雖然強烈蝕變作用導致鋰輝石均有不同程度的絹云母化，使得蝕變后的鋰輝石中鋰含量虧損，但Li2O含量大約在5.52%～6.49%［9］，有一定的回收價值?？煽紤]進行礦石中鋰輝石的可選性試驗，從而提高鋰的回收率。

（5）尾礦中鈹元素含量較高，達到了伴生鈹綜合回收參考工業指標［14］。近年來鋰鈹浮選分離工作取得一些成果，例如可可托海3號脈的鈹礦石回收經過多次工業試驗，制定了鋰輝石、綠柱石混選再分離的工藝流程［17］，在生產過程中總結了豐富的實踐經驗，但依然存在工藝技術復雜、結果不穩定等問題［18］，且尾礦中鈹品位并不十分突出，是否進行鈹回收有待對技術和經濟效益的進一步考量。

（6）尾礦中Rb2O主要賦存于鉀長石和云母中。鉀長石作為南平偉晶巖的主體礦物，礦石數量較多。南平Ⅳ類型偉晶巖鉀長石的Rb2O含量在0.35%～1.24%，普遍高于其余類型花崗巖的鉀長石Rb2O含量［12］。南平西坑31號脈中的鋁黑磷云母Rb2O含量均高于1.40%，白云母Rb2O含量高于0.50%［10］。但是銣的提取需要另外一整套的選礦流程，且按現今技術，長石中的銣元素難以獲?。?9］，因此在技術和經濟角度上不適宜投入生產。所以可以在減少重礦物含量、提高白度的基礎上，將富含鋰、銫、銣等稀有金屬元素的尾礦用作中、高檔陶瓷原料［20］，使資源盡可能充分利用。

5　結束語

本文通過對南平鉭鈮礦區的鈮鉭礦礦石、錫精礦粉、尾礦3類樣品中稀有金屬元素含量的分析，得出礦區伴生資源尚未完全利用的結論。精礦粉生產過程中在符合技術成熟和成本控制的條件下，可考慮進一步改進選礦工藝，分別提高鈮鉭精礦和錫精礦的品位和回收率，使主要成礦元素得到充分利用，獲得更大的經濟效益。同時精礦粉中放射性元素可嘗試采用有機弱酸萃取劑去除回收，減少精礦粉中放射性元素的含量，保障產品及環境安全。針對尾礦可加強對鋰鈹銣等元素的回收利用，若單元素提取生產成本過高或技術水平不完善，可將多種稀有金屬元素整體進行綜合利用，從而更好地推進礦產資源的可持續發展。

本文樣品采集與測試數據引用了“福建三稀資源綜合研究與重點評價”項目工作成果，系集體勞動成果。成文過程得到了王登紅和陳振宇研究員、林鉆高級工程師、黃新鵬工程師的悉心指導，在此深表感謝！

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Comprehensive utilization of rare metal resources from Xikeng Nb-Ta mine in Nanping，Fujian

ZHENG Wen-yi
（Fujian Institute of Geology Survey，Fuzhou 350013，China）

The main products of Xikeng Ta-Nb mine in Nanping are currently niobium tantalum concentrates and tin ore concentrates，but the other rare metal products have not been further developed.Three kinds of samples are collected，including niobium tantalum ores，mineral contents and tailings.Results show that the content of Nb，Ta，U，Zr，Hf and Sn in the tin ore concentrates are Nb2O52.235 7%，Ta2O55.184 1%，U 0.869 4%，ZrO20.691 3%，HfO20.065 2%and SnO270.462 0%，which are significantly higher than the content in the original ore samples（Nb2O50.007 9%，Ta2O50.017 8%，U 0.000 3%，ZrO20.001 9%，HfO20.000 2%，SnO20.059 1%）.It suggests that the gravity separation may lead to heavy mineral enrichment，and the proper beneficiation process should be adopted while removing nuclide.Tailings contain a number of Li，Be and Rb （Li2O 0.145 5%，BeO 0.068 4%，Rb2O 0.189 1%）.Among them，Rb and Be are up to the industrial grade.However，because there is great difficulty in the smelting process of single element recovery，it is suggested to make use of comprehensive recovery and utilization.The research in ore separability and tailings recovery should be strengthened in order to obtain better economic and social benefits for the mine.

Nb-Ta mineral；rare metal；comprehensive utilization；Nanping；Fujian

TD983；P618.7

A

1674-9057（2016）01-0107-06

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.014

2015-06-03

中國地質調查局項目 （1212011220803；1212011220820）

鄭文怡（1990—），女，助理工程師，研究方向：地球化學找礦，1031421492@qq.com。

引文格式：鄭文怡.福建南平西坑鉭鈮礦稀有金屬資源的綜合利用分析［J］.桂林理工大學學報，2016，36（1）：107-112.