青海某偉晶巖型鋰鈹礦工藝礦物學研究

應永朋 ，趙玉卿 ，熊艷 ，熊馨

（1.青海省地質礦產測試應用中心，青海 西寧 810008；2.江西省地質調查院，江西南昌 330000）

鋰作為一種新型且重要的能源戰略金屬，在鋰電池，新能源汽車，可控核聚變等領域發揮著顯著的作用[1-3]。到目前為止，自然界中發現的鋰礦床最主要的有3種類型：鹵水型、偉晶巖型和沉積巖型[4]。國內關于鋰多金屬礦的系統工藝礦物學研究報道極少[5]，因此希望運用工藝礦物學原理和方法[6]，利用X射線衍射儀、掃描電鏡和礦物自動分析系統等測試分析技術[7]，通過研究該偉晶巖型鋰鈹礦石工藝礦物學，為礦石的選冶實驗提供依據。

1 礦石的化學性質

礦石的主要化學成分見表1。

表1 礦石多元素分析結果/%Table 1 Multi-element analysis results of the run-of-mine ore

2 礦石的礦物組成

通過薄片鑒定、掃描電鏡和X射線衍射等綜合分析方式，確定了礦石中的主要礦物組成及含量（表2），研究表明礦石中的透明礦物主要由石英、鈉長石、正長石、鋰輝石和白云母等組成，金屬礦物主要由、褐鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦和閃鋅礦等組成。

表2 礦石的礦物組成及含量/%Table 2 Mineral composition and content of the ore

3 重要礦物的嵌布特征

鋰輝石是礦石中最主要的含鋰礦物，結晶程度較高，以自形-半自形結構為主，多呈柱狀產出，內部解理和裂理均較為發育。鋰輝石主要以單體形式存在，其次與鈉長石、石英及鉀長石等脈石礦物毗鄰鑲嵌（圖1），其共生邊界多較為平整，有少量鋰輝石內部分布有這些微細粒的脈石礦物而呈包晶結構（圖2）；有時可見鋰輝石邊緣及裂隙蝕變成白云母（圖3）。

圖1 鋰輝石與鈉長石連生Fig.1 Spodumene and albite contiguous

圖2 鋰輝石內部包裹有微細粒的石英Fig.2 Spodumene wrapped with fine-grained quartz

圖3 鋰輝石邊緣蝕變成白云母Fig.3 Edge erosion of spodumene into muscovite

鋰綠泥石在礦石中含量較少，常為鋰輝石蝕變而來。X-射線能譜分析顯示該礦物中常含少量的Fe或者Mn，由于Fe2+、Mn4+是致色離子，使得部分含Fe的鋰綠泥石呈綠色、部分含Mn的鋰綠泥石呈紅色。鋰綠泥石多呈片狀集合體產出，常沿鋰輝石邊緣交代呈殘余結構（圖4），在鋰綠泥石內有時能見到殘余的鋰輝石；其次可見鋰綠泥石常與石英、鉀長石、鈉長石鑲嵌連生。

圖4 鋰輝石邊緣被鋰綠泥石交代Fig.4 Spodumene edge replaced by lithium chlorite

磷鋁鋰石為含鋰的磷酸鹽礦物，其中Li2O的理論含量為10.16%，也見少量磷鋁鋰石中含鈉，系磷鋁鋰石中的鋰被鈉以類質同相的形式置換所致。其中磷鋁鋰石主要呈自形-半自形粒狀結構產出。

白云母主要呈撓曲片狀、鱗片狀集合體形式產出。白云母多為單體，少量與石英、鈉長石和鉀長石等脈石礦物連生，偶見白云母沿鋰輝石邊緣及裂隙交代呈殘余結構。

綠柱石是礦石中最主要的含Be礦物，粒度較粗，主要分布于0.100～0.400 mm。其中BeO的理論含量為14.1%。綠柱石常呈柱狀或者粒狀產出，自形-半自形結構，多以單體形式存在，部分與鈉長石、石英等緊密鑲嵌在一起（圖5）。

圖5 綠柱石中包裹細粒的鈉長石Fig.5 Fine-grained albite wrapped in beryl

鈮鉭鐵礦的分子式為（FeMn)（NbTa）2O6，其粒度主要分布于0.040～0.100 mm。鐵與錳、鈮與鉭是完全類質同象，常有鈦、錫、鎢、鋯、鋁、鈾等的混入，按成分可劃分為鈮鐵礦、鉭鐵礦、鈮錳礦、鉭錳礦等四個亞種。為了了解礦石中鈮鉭鐵礦的成分，通過掃描電鏡及X射線能譜對礦石中的鈮鉭鐵礦成分進行了分析，確認礦石中的鈮鉭鐵礦為鈮錳礦和鉭錳礦。礦石中鈮錳礦和鉭錳礦的含量很少，二者多呈自形-半自形粒狀嵌布于脈石礦物中（圖6），少量以單體形式產出（圖7）。

圖6 鈮鉭鐵礦分布于石英中Fig.6 Niobium-tantalum ore is distributed in quartz

圖7 鈮鉭鐵礦呈單體分布Fig.7 Niobium-tantalum ore is an independent entity

鈉長石是礦石中含量最高的礦物，主要以柱狀或者粒狀產出，自形-半自形結構，多發育有聚片雙晶。鈉長石主要以單體形式產出，少量與石英、鉀長石、白云母及鋰輝石等鑲嵌在一起。鈉長石的粒度較粗，多在+0.150 mm。

鉀長石常呈長柱狀或者厚板狀，自形-半自形結構，常發育有卡氏雙晶。鉀長石主要以單體形式存在，少量與鈉長石、石英、鋰輝石等礦物緊密共生在一塊。鉀長石的粒度很粗，多分布在+0.200 mm。

石英含量較多，主要呈粒狀產出，自形-半自形結構。石英主要以單體形式產出，部分與鈉長石、鉀長石、鋰輝石等礦物共生關系密切。石英的粒度較粗，多分布在0.150 mm以上，部分可達數毫米。

4 礦石中鋰、鈹等有價元素的賦存狀態

通過挑選單礦物獲得鋰輝石和白云母兩個富集樣，為了查明富集樣的純度，通過礦物自動測量手段對二產品進行礦物定量測試。結果顯示，鋰輝石富集產品中鋰輝石的含量94.21%，白云母1.11%，其他雜質礦物主要為鈉長石、石英和鉀長石等；白云母富集產品中白云母含量99.30%，鋰輝石含量0.22%，其他雜質礦物含量很少。對富集的鋰輝石和白云母富集樣進行化學元素分析，獲得二產品中Li2O含量的含量分別為6.54%和0.19%。再通過計算獲得該礦石中鋰輝石和白云母中Li2O的理論含量分別為6.94%和0.17%。磷鋁鋰石中的Li2O理論含量10.16%，進而推算出鋰綠泥石中Li2O的林論含量為2.43%。

通過鋰的配分平衡計算，確認礦石中的鋰絕大部分賦存在鋰輝石中，其占有率為95.19%，磷鋁鋰石和白云母中的占有率分別為1.35%和1.45%，鋰綠泥石中占有率為2.01%。鋰的平衡配分見表3。

表3 鋰在不同礦物中的平衡配分Table 3 Balanced distribution of lithium in different minerals

礦石中的伴生有價元素鈹和鉭、鈮均主要以獨立礦物的形式存在，其中，鈹基本上都賦存于綠柱石中；鈮、鉭主要賦存于鈮鉭鐵礦中。

5 重要礦物的嵌布粒度

為了解礦石中重要礦物的粒度分布特性，以便確定合理的磨礦細度，故對礦石中鋰輝石和綠柱石的粒度進行測試，結果見表4。

表4 鋰輝石和綠柱石的粒度分布Table 4 Particle size distribution of spodumene and beryl

結果表明，礦石中鋰輝石和綠柱石的粒度均相對較粗。其中， 鋰輝石在+0.074 mm粒級的占有率高達91.06%，其粒度主要分布于0.147～0.589 mm。綠柱石的粒度分布比較均勻，集中分布于0.074～0.417 mm，在該粒級范圍的占有率達到84.15%。

通過上述兩種礦物的粒度分布規律可知，由于其結晶粒度均較粗，在較粗的磨礦細度下，這些礦物即可實現較好的解離。

6 礦石中鋰、鈹礦物的連生特征

為了解礦樣中鋰輝石和綠柱石的連生特征，對其單體解離度及連生狀態進行了系統的測定，其結果見表5。

表5 礦石中重要礦物的連生特征/%Table 5 Connection growth characteristics of important minerals in ore

由表5可知，鋰輝石和綠柱石的單體解離度較高，二者的單體占有率分別84.49%和71.43%。其連生體中，鋰輝石主要與長石連生，其次與云母連生，還有少量與石英、磷灰石等脈石連生；綠柱石也主要與長石連生，其次與石英連生，少量與云母等脈石連生。故在較粗的磨礦細度下，鋰輝石和綠柱石解離效果好，但是由于粗粒鋰輝石在浮選過程中不易上浮，因此，在磨礦過程中要選擇合適的磨礦細度，保證磨礦的均勻程度，以利于鋰輝石和綠柱石的回收。

7 影響礦石中鋰、鈹等有價元素回收的礦物學因素

鋰的賦存狀態研究表明，礦石中的鋰絕大部分賦存于鋰輝石中，且鋰輝石中Li2O的含量達到6.94%，對鋰的回收指標有利。但是，礦石中有1.35%的鋰賦存于磷鋁鋰石中，雖然該礦物中的Li2O的含量高達10.16%，但其內磷的含量也較高，若對其進行回收，有可能導致鋰精礦中磷超標，所以要盡量避免該礦物進入鋰精礦。此外，還有少量鋰分布于白云母和鋰綠泥石中，基本無回收價值。

鋰輝石的粒度整體較粗，其在+0.074 mm粒級中的占有率高達90%以上，有利于鋰輝石的磨礦解離和分選，但也有少量鋰輝石內部包裹微細粒的脈石礦物，在一般磨礦細度下不易解離，在浮選過程中容易隨鋰輝石進入到鋰精礦產品而影響精礦的品質。

礦石中鋰輝石與石英、長石以及云母等硅酸鹽礦物浮游性能相似，要實現它們的彼此分離以獲得高品質的精礦產品，將會存在一定的難度。

礦石中的鈹基本都賦存于綠柱石中，綠柱石粒度較粗，對其磨選有利。

鈮、鉭均分布于鈮鉭鐵礦中，但其粒度相對較細，如果要對其進行回收，尚需對礦石進行細磨。同時，由于礦石中還存在一定量的磷鐵錳礦、鐵鋁榴石、磷灰石等比重較大或者具有磁性的礦物，在對鈮、鉭礦物的磁選或者重選過程中，容易隨之進入到鈮鉭精礦進而影響精礦品位，后續需要進一步采取手段對粗精礦進行分選以獲得合格鈮鉭精礦。

礦石中含有一定量的磷，磷主要分布于磷灰石、磷鐵錳礦和磷鋁鋰石中，在酸性選別條件下，磷灰石和磷鋁鋰石可浮性較好，在對鋰輝石的選別過程中容易進入到鋰精礦中。故在對鋰礦物的選別過程中，要重點加強這些含磷礦物的關注，防止精礦產品中磷超標。

8 結 論

（1）礦石中Li2O的含量為0.75%，是最主要的回收對象。此外，礦石中還存在少量的Be、Ta、Nb、Rb和Cs，可以考慮綜合回收。

（2）礦石中的含鋰礦物主要為鋰輝石，另有少量的鋰綠泥石、磷鋁鋰石和白云母；鈹礦物主要為綠柱石；鈮鉭礦物主要為鈮鉭鐵礦。其他礦物主要為石英、鉀長石和鈉長石，另有少量磷鐵錳礦、磷灰石、鐵鋁榴石、黑云母和方解石等。

（3）鋰、鈹的賦存狀態表明，礦石中的鋰絕大部分賦存于鋰輝石中，且鋰輝石中Li2O的含量達到6.94%，鈹也基本分布于綠柱石中，對鋰、鈹的回收指標有利。礦石中鋰輝石、綠柱石與其他脈石礦物之間的共生邊界較為平整，嵌布關系比較簡單，而且這些礦物的粒度整體較粗，在+0.074 mm粒級中的占有率分別達到91.06%和84.15%，也有利于目的礦物的解離。

（4）鈮、鉭主要賦存于鈮鉭鐵礦中，由于其粒度整體較細，在磨礦過程不易解離；同時，礦石中還存在一定量磷灰石、磷鐵錳礦和鐵鋁榴石等比重較大或者具有磁性的礦物，在對鈮鉭鐵礦的磁選或者重選過程中，不易與這些礦物分離，會對精礦品位造成一定的影響。

（5）礦石中存在大量的鈉長石、鉀長石以及石英，這些礦物純度較高，雜質元素（如Fe）含量低，可以考慮綜合回收。

（6）礦石中存在一定量的磷，磷主要分布于磷灰石、磷鐵錳礦和磷鋁鋰石中，這些含磷礦物由于具有比重大、弱磁性或者可浮性好的特點，在對鈮鉭礦物的重選、磁選以及對鋰礦物的浮選過程中，容易隨之進入到鈮鉭精礦以及鋰精礦中，造成精礦產品中的磷超標，故在選別過程中要予以重視。

（7）綜上所述，鋰作為礦石中最重要的有價元素，絕大部分賦存于鋰輝石中，從鋰輝石的鋰含量、粒度、嵌布關系等工藝礦物學特征來看，通過浮選應該可以獲得高品質的鋰精礦。建議采取適中的磨礦細度，保證磨礦的均勻程度，避免鋰輝石過磨；同時采取合適的藥劑制度，強化鋰輝石與長英質礦物的分離效果，最終取得理想的選鋰指標。