白云鄂博混合原礦中有害元素的賦存狀態研究

金海龍，李娜，魏威，郭春雷，王維維

(包頭稀土研究院白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點實驗室，內蒙古 包頭 014030)

白云鄂博礦床是一個由多種、多期次地質作用形成的鐵、稀土、鈮等多金屬共、伴生礦床，成礦作用復雜，礦石種類多樣，礦石礦物含量、礦物組合差別明顯，具有“貧、細、雜、多”的特點，資源利用難度較大[1-3]。

白云鄂博礦自發現以來，國內外科研部門、專家學者對礦石開采、分選、冶煉以及綜合利用等做了大量的研究工作，主要針對生產流程中鐵、稀土、鈮等有用元素的賦存狀態進行了側重研究[4-12]，卻忽略了有害元素在各個生產流程中起到的關鍵作用。隨著白云鄂博礦開采深度的不斷增加，礦石屬性也由氧化礦石已轉變為原生礦石，硫元素含量大幅度升高，稀土精礦中的鐵磷比不穩定，鐠釹配分也隨之降低，礦石的礦物組成、礦物工藝性質、元素分布等均出現明顯變化。其中有害元素賦存形式的演變尚未確認，相關科學問題亟待解決。本文以白云鄂博現行流程混合原礦中有害元素為研究對象，通過對其化學成分、礦物組成、有害元素分布率及其賦存狀態等方面的研究，希望為白云鄂博現行工藝產品提質降雜與資源高效利用提供科學依據。

1 樣品采集與分析方法

本次礦樣采集分兩部分組成，一是對主、東礦正在開采的臺階，以臺階為梯度、按礦石類型對礦體進行系統采樣，共計205 個樣品；二是在寶山公司現行流程中碎車間皮帶上采集混合原礦。多元素分析通過采用分光光度法來測定礦石樣品中SiO2、P2O5，化學滴定法測定F、TFe 的含量，高頻紅外碳硫儀進行S 的測定，原子吸收光譜儀測定Na2O 與K2O，用ICP-OES 測定CaO，用ICP-AES測得Nb2O5和REO，同時采用單偏光顯微鏡、場發射掃描電子顯微鏡與MLA 礦物自動分析系統對混合原礦進行了系統研究。

2分析結果

2.1 礦石化學成分

對主、東礦不同類型礦石以及生產車間混合原礦進行多元素測試，結果見表1。

表1 白云鄂博礦石多元素分析結果/%Table 1 Multi- element analysis results of Bayan Obo ores

由表1 可知，主、東礦不同類型礦石中P2O5含 量 介 于0.20% ～ 3.48%，F 含 量 介 于0.28% ～19.42%，S 含量介于0.14% ～ 4.30%，其中螢石型鈮稀土鐵礦石的P2O5、F 與REO 含量相對較高，可能是螢石、磷灰石與稀土礦物密切共生的原因；鈉閃石型鈮稀土鐵礦石中S 含量較高可能與黃鐵礦的存在有關。生產車間混合原礦中P2O5、F、S的含量分別為2.98%、8.89%、1.63%，有害元素的含量相對較高，會對生產流程中精礦產品產生不良影響。

表2 白云鄂博礦石礦物組成及含量Table 2 Mineral composition and content of Bayan Obo ores

2.3 元素分布率

根據白云鄂博混合原礦中的礦物含量、有害元素總含量及礦物中有害元素含量理論值[13]計算得出礦石中有害元素的分布率，計算結果見表3。

表3 白云鄂博礦石有害元素的分布率/%Table 3 Distribution rate of harmful elements of Bayan Obo ores

由表3 可知，白云鄂博混合原礦氟元素主要賦存在螢石與氟碳鈰礦中，二者含氟量之和占原礦氟總量的98.22%；磷元素集中分布在獨居石和磷灰石兩種礦物中，二者含磷量之和占原礦氟總量的93.69%；硫元素主要賦存在重晶石與黃鐵礦之中，其次為磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等，硫的分布率高達95.70%。

2.4 礦物特征

黃鐵礦與重晶石是白云鄂博礦區分布比較廣泛的含硫礦物，在主、東礦體內尤為常見。其中黃鐵礦在鈉閃石型鈮稀土鐵礦石中分布量最大，在其他類型礦石中雖亦有見到，但含量相對較少。黃鐵礦結晶程度較好，一般呈立方體，顯微鏡下觀察常呈正方形或長方形，與磁黃鐵礦緊密共生，被磁黃鐵礦所包裹，晶形保存完整，常見的共生礦物還有鈉閃石、霓石、方鉛礦、閃鋅礦等(圖1A)。

重晶石一般呈細粒集合體，粒徑多在-0.1 mm，多以細條帶的形式分布在螢石型鈮稀土鐵礦石或霓石型鈮稀土鐵礦石中，但在晚期脈中可發現重晶石斑晶，顆粒長達數厘米左右，而且在礦石間隙中可見完整的長板狀重晶石晶體(圖1B)。

圖1 白云鄂博礦石礦物嵌布特征Fig .1 Dissemination features of Bayan Obo ores

獨居石作為白云鄂博礦區分布最廣泛的稀土礦物之一，產狀形態多種多樣，通常以極細小顆粒遍布各種礦石類型中，與磷灰石關系密切。獨居石以“獨居”為特點，零星分布，有時呈串珠狀展布，粒度大小不一，可見不規則狀獨居石沿磁鐵礦裂隙結晶(圖1C)。磷灰石作為火成巖及變質巖中常見的副礦物，廣泛分布于礦區的白云巖和各類礦石之中，以條帶狀螢石型礦石中為最多，在霓石型礦石中次之。磷灰石常與螢石、氟碳飾礦、重晶石等礦物密切共生，晶形比較完整，由粒狀到長柱狀均有結晶(圖1D)。

在白云鄂博礦區螢石分布極為廣泛，而且由于氟交代作用的強度不同，各礦體螢石的礦化作用也有所不同。主礦的螢石分布量明顯多于東礦，西礦和東部接觸帶分布相對較少，螢石賦存在各種礦石類型中。螢石主要以條帶狀與浸染狀兩種形式產出。螢石多為不規則粒狀，顏色呈不同程度的紫色，偶見黑紫色或無色。常見的共生礦物有氟碳鈰礦、獨居石、霓石、白云石等，有時可見螢石、磁鐵礦、白云石、稀土礦物等近似平行地間隔分布(圖1E)。氟碳鈰礦作為整個礦區分布最廣泛的稀土礦物，在各種礦石類型中也均有產出。氟碳鈰礦多呈不規則粒狀集合體或珠串狀分布，與霓石、燒綠石、螢石、重晶石等礦物密切共生，早期的氟碳鈰礦以極細小的顆粒被包裹在磁鐵礦、霓石、螢石等礦物中，晚期的氟碳鈰礦顆粒相對粗大，以不規則狀析出于其他礦物晶粒間(圖1F)。

3 結 論

（1）白云鄂博現行流程生產車間混合原礦中有害元素P2O5、F、S 的含量不低，可能會對后續的生產流程產生不良影響，勢必引起高度重視。

（2）混合原礦中的有害元素主要以獨立礦物形式存在，包括螢石、氟碳鈰礦、獨居石和磷灰石、重晶石、黃鐵礦等，而且元素分布率均在93%以上。其中部分有害元素賦存在氟碳鈰礦、螢石等有用礦物中，一定程度上降低了除雜難度。

（3）白云鄂博混合原礦中包含有害元素的礦物在礦區內分布極為廣泛，以不同產狀在各種礦石類型中均有產出。礦石類型多樣、有害礦物種類復雜、有用礦物粒度細小，這些是影響白云鄂博礦石選別指標與資源利用不可忽視的重要原因。