湖南九嶷山鎢錫礦床錫礦物質組分及選礦試驗研究

莊 曉, 劉云華, 付建明, 陶霞清, 劉樹生, 魏均啟

(1.長安大學地球科學與資源學院,陜西西安 710054;2.宜昌地質礦產研究所,湖北宜昌 443003;3.湖南省地質調查院湘中地質礦產所,湖南婁底 417000)

湖南九嶷山鎢錫礦床錫礦物質組分及選礦試驗研究

莊 曉1, 劉云華1, 付建明2, 陶霞清2, 劉樹生3, 魏均啟1

(1.長安大學地球科學與資源學院,陜西西安 710054;2.宜昌地質礦產研究所,湖北宜昌 443003;3.湖南省地質調查院湘中地質礦產所,湖南婁底 417000)

湖南九嶷山鎢錫礦床礦石類型屬低品位云英巖型,通過對礦床物質組分、錫的賦存狀態及選礦工藝研究表明,錫石中的錫含量占礦石總錫量的 96.24%,主要嵌布于交代礦物顆粒之間或者包裹于礦物內部,粒度一般小于 2mm,各粒級中無明顯集中分布,易解離。在階段磨碎、搖床選別和浮選條件下,本區錫礦回收率均能達到 80%以上。為區域礦床開發工作提供了重要的基礎研究資料和經濟可行的選礦工藝流程。

鎢錫礦床;九疑山;選礦試驗

湖南九嶷山鎢錫礦床是中國地質調查局地質大調查以來在南嶺地區發現的大型鎢錫礦之一。近年來,在礦床地質特征、成礦規律等方面已進行了比較系統的研究 (廖鳳初,2004;劉樹生等,2005;曾志芳等,2005),對與成礦有關花崗巖巖石類型、形成時代及構造環境進行了詳細探討 (付建明等,2004,2005;章邦桐等,2001),為區域找礦勘探工作的突破提供了理論指導。區域最重要的礦石類型為云英巖型(廖鳳初,2004;龔述濤,2007),該類型礦石具有礦石量大、品位低的特點,為了便于對該類型礦床的開發及礦石進行綜合利用,筆者對區域礦石物質組成、錫石賦存狀態及礦石選冶性能進行了研究,為區域礦產資源開發工作及礦產綜合利用提供了可靠依據。

1 區域地質特征

九嶷山大坳鎢錫礦處于華夏板塊與揚子板塊接合帶附近(付建明等,2007)。區域巖漿巖活動強烈,其中燕山期花崗巖與區域分布的一系列大型-超大型鎢、錫多金屬礦床有著密切的成因聯系,礦化作用主要發生在該期花崗巖于圍巖的內外接觸帶上。

礦田主要分布的是酸性巖漿巖,包括雪花頂巖體和金雞嶺復式巖體,根據巖石譜系單位劃分為志留紀雪花頂、晚侏羅世金雞嶺和螃蟹木等 3個超單元 (圖 1),其中金雞嶺和螃蟹木超單元與鎢錫多金屬成礦關系最密切。金雞嶺超單元巖性主要為微細—粗中粒斑狀二 (黑)云母二長花崗,晚期為細粒二云母二長花崗巖,形成年齡 (鋯石 SHR IMP)為 (156±2)Ma(付建明等,2004);螃蟹木超單元巖性為中細粒(二)黑云母花崗巖,形成年齡 (Rb-Sr等時線)為(150.7±2.8)Ma(廖鳳初,2004);二者之間呈侵入接觸關系,但不存在冷凝邊,為燕山早期同一構造巖漿活動的產物,為鋁質 A型花崗巖 (付建明等,2005)。此外,礦田內還出露少量的震旦—寒武系地層。

礦田內斷裂構造較為發育,據斷裂展布方向可分為北北東-近南北向、北東向及北西向 3組,其中北北東-近南北向的 F1～F5斷裂最重要 (圖 1)。該組斷裂為區內形成最早,活動延續的時間較長,斷裂內云英巖化、硅化、鈉長石化等蝕變較強,局部可見鎢錫、鉛鋅等礦化。其次級斷裂可見鎢錫、鉛鋅礦脈及礦化體。區內主要的鎢錫多金屬礦床分布于該組斷裂間,顯示礦體范圍內該組斷裂具有重要的控礦作用。

2 礦床地質特征

礦床賦存圍巖為金雞嶺和螃蟹木超單元的二云母二長花崗巖,主要分布于巖體內,礦化以錫為主,局部伴隨有鎢礦化。礦體主要分布于 F1與 F5斷裂間 (圖 1),鎢錫礦化類型分云英巖體型、破碎帶蝕變巖型、變花崗巖型和云英巖-石英脈型①付建明,劉云華,魏君奇,等.2006.“南嶺地區錫礦成礦規律研究”中期成果報告.,其中以云英巖體型礦化為主。云英巖體型主要由云英巖、石英脈、云英巖化花崗巖等組成,頂部常發育 0.2～2 m透鏡狀偉晶巖脈。

圖 1 九嶷山地區地質略圖Fig.1 Geological sketch map of the J iuYimountains area

鎢錫礦體呈板狀、厚板狀、脈狀、透鏡狀自上而下疊置呈樓層式分布于云英巖體中,產狀與云英巖蝕變體一致,礦體剖面圖見圖 2。礦化強度與云英巖化作用的強弱有關,云英巖化作用越強,鎢錫礦石品位越高,云英巖、云英巖化花崗巖等構成鎢、錫礦體。礦體走向近南北,向東或西傾斜,傾角為 11～46°,走向長度為 120～990 m。主要礦體特征見表 1,其中規模最大的Ⅰ號礦體,走向長 990m,厚 1.40～78.29 m,平均 23.52 m,品位:Sn 0.05%～0.41%,平均0.18%;WO30.03%～1.28%,平均 0.22%。

圍巖蝕變具面狀分布的特點,主要為云英巖化,其次見黃玉化、鈉化、螢石化、鉀化、電氣石、綠柱石化等。按有用礦物含量分為錫礦石、鎢礦石及鎢錫礦石 3種礦石類型,三種礦石在礦體中互為過渡。礦石具有鱗片變晶結構、自形-半自形粒狀結構及交代結構等,塊狀構造、浸染狀構造、細脈狀構造。礦石主要由錫石、黑鎢礦、鐵鋰云母、石英、鉀長石 、白云母、黃玉、黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、鐵閃鋅礦電氣石及綠柱石等組成,錫石多呈浸染粒狀分布于交代石英、鐵鋰云母、黃玉中,交代作用越強的部位,錫石含量越高,黑鎢礦呈半自形板狀及他形粒狀分布于偉晶巖、石英脈及云英巖中。

3 錫石賦存狀態

3.1 礦石的礦物及化學組成

區域主要礦石類型為云英巖型,其礦物組成也相對復雜,經光薄片及人工重砂鑒定,透明礦物主要有:石英、鐵鋰云母、白云母、黃玉、螢石、電氣石、綠柱石、磷灰石、榍石等;金屬礦物組成主要有:褐鐵礦、赤鐵礦、自然鐵、黃鐵礦、錫石、黑鎢礦、黝錫礦、黃銅礦、毒砂、、脆硫銻鉛礦、硫鉍鉛礦、斑銅礦、方鉛礦、輝鉬礦、輝銻礦、輝銅礦、輝銻鉛礦、閃鋅礦、自然鉛等。

經對多個礦石樣品進行化學成分分析,其平均成分如下:SnO20.221%,WO30.212%,S iO271.64%,Al2O312.97%,Fe2O37.16%,K2O 2.30%,Na2O 0.050%,CaO0.226%,MgO1.30%,Li2O 0.491%,S 0.217%,Bi 0.028%,As 0.012%,T iO20.029%,Cu 0.033%,Pb 0.051%,Zn 0.063%,燒失量2.00%。

化學分析結果與光薄片所觀察到的礦物組成及礦物含量一致,即云英巖型錫礦石主要的礦物組成為石英和鐵鋰云母,人工重砂中所見到的硫化物種類雖然較多,但其總量較少,Sn與 WO3的含量分別為 0.183%和 0.211%,說明該類型的礦石主要為低品位的鎢、錫礦石。Sn,Wo品位系數沿礦脈走向及傾向變化較大;沿厚度方向,脈幅與品位表現為正相關;Sn,WO3品位呈明顯的負相關,具有上部富鎢,下部富錫的特點。

3.2 錫石嵌布特征

云英巖型礦石主要為鱗片粒狀變晶結構和交代殘余結構,塊狀構造。云英巖的主要礦物成分是氣成熱液交代作用形成的石英和鐵鋰云母,交代石英為粒狀變晶集合體,粒度 0.2～1.2 mm,分布不均勻,而殘留石英粒度 2～5 mm,它形粒狀,波狀消光,兩種石英具有較顯著的區別,殘留石英的含量主要與交代作用的強度有關,當交代作用強烈時,原巖石英基本無保留;鐵鋰云母為細小鱗片狀,交代原巖中的黑云母等,同時,原巖中交代長石的絹云母被白云母交代。錫石在薄片中呈不規則浸染狀分布,自形-半自形粒狀,少數他形膝狀雙晶,粒度大小在 0.001～0.3 mm之間,在局部富集出現;顏色褐色、無色或淺褐色等,透明—半透明,低反射率,反射色暗灰色,非均質性可見;主要分布在交代作用較為強烈的部位,即分布于交代石英、鐵鋰云母、黃玉礦物顆粒之間或者包 裹于礦物內部 (圖 3)。

圖 2 大坳鎢錫礦床剖面圖Fig.2 Profile chartmap of the Daao W-Sn deposit

表 1 九嶷山地區主要巖體型礦體特征表Tab.1 The ore-body characteristics ofmain rock-type in J iuYiMountains area W-Sn deposit

圖 3 錫石礦石顯微結構特征及錫石嵌布特征Fig.3 The m icro-structure and distribution of ore-Cassiterite

根據光片、薄片和重砂鏡下觀察鑒定,錫石礦物 結晶較細,嵌布粒度以中細為主,一般小于0.2 mm。根據礦物連生嵌鑲關系,錫石與其它礦物之間主要有毗連嵌鑲型和包裹嵌鑲型兩種類型,均有利于破碎解離。其中毗連嵌鑲類型的礦石中錫石與鐵鋰云母、黃玉、石英和赤鐵礦等礦物呈不等粒不規則毗連,少見有石英及黃玉顆粒與錫石穿插連生。包裹嵌鑲類型的礦石中見有中細粒錫石被鐵鋰云母、黃玉、石英或赤鐵礦等包裹,反映錫石與這些蝕變礦物同期或略早形成的特征。

3.3 錫的賦存狀態

錫賦存狀態研究是選礦方法及選礦工藝流程確定的前提。用光薄片鑒定、人工重砂分析、篩析、物相分析和顯微鏡下油浸鑒定、電子探針等手段,分析了錫的主要載體礦物及錫的主要賦存狀態。

3.3.1 錫石粒度分布及礦物特征

將原礦磨碎至 -2 mm以下,篩分為以下七個粒級,產率及鎢錫分布特征見表 3。從表中可以看出,樣品 WO3平均含量為0.211%,Sn平均含量為0.183%,鎢錫含量在七個粒級中無明顯富集分布,其中WO3含量在 0.162%～0.260%之間變化,Sn在0.119%～0.255%之間變化;從金屬分布率上看,不同粒級金屬分布率變化規律也不明顯,只是從粗粒到細粒鎢錫金屬分布率略有集中的趨勢。

表 3 原礦不同粒級鎢錫含量分析結果Tab.3 The analysis results of tungsten-tin of tungsten-tin of various partical sizegrade inrun-of-m ine ore %

本區錫石顏色變化很大,有黑色、深淺不同的褐色、棕色、黃色、綠色、乳白色及無色等,部分錫石色帶明顯,反映形成時流體成分發生變化。錫石晶形主要以等軸狀或短柱狀為主,晶體普遍遭受熔蝕(圖 3),形成近圓形的柱狀體,反映出錫石形成過程中流體溫度的回升或溶液性質發生了變化。

錫石電子探針分析結果見表 4。除主量元素之外,錫石中還含有Nb,Ta,Fe,Mn,Si,A1,W等雜質元素,其中Nb,Ta,Fe,Mn的含量與錫石顏色有著密切的關系,由表中可見,深色錫石中 Fe,Mn,Nb,Ta等雜質元素的含量較高,其原因可能是這些色素離子類質同像替代錫進入八面體配位場中的分裂能與可見光波長一致,從而對可見光吸收的結果。一般認為深色錫石形成時間相對較早,形成溫度相對高,雜質含量高;而晚期錫石形成的溫度相對較低,含雜質少,顏色淺。這與早期高溫條件下類質同像容易發生的結果一致。

表 4 錫石電子探針分析結果Tab.4 The results of cassiterite in electron m icroprobe analysis %

從表中還可看出,錫石 Nb和 Ta總量不超過1%,并且絕大部分錫石中的是Nb大于 Ta,與其它地區云英巖型錫礦床錫石中 Nb和 Ta的含量特征一致。

3.3.2 錫在不同礦物中的分布

根據礦石中礦物的定性和定量分析,首先確定礦石中主要的含錫礦物由錫石、褐鐵礦、鐵鋰云母、赤鐵礦、黑鎢礦等組成,再利用電子探針分別測定這些礦物中錫的含量,就可確定錫的主要載體礦物,測試結果見表 5。

表 5 礦石中錫在各礦物中的分布特征表Tab.5 The distribution characteristics of tin in the of in various %

從表 5中可以看出,以錫石形式存在的錫占礦石總錫量的93.48%,由此可見,錫石是礦石中的主要載錫礦物,為錫礦的選冶提供了良好的條件。褐鐵礦、鐵鋰云母、赤鐵礦及黑鎢礦中的錫約占礦石總錫量的 4.73%,這部分錫在礦床中不能被利用。錫在這些礦物中的含量約占礦石總錫量的98.21%,表明錫主要賦存于這些礦物中。

3.3.3 錫的物相分析

經對礦石樣品進行錫的物相分析,結果見表 6。從表 6中可以看出,樣品中錫主要以錫石為主,占總錫量的 96.24%,其中含有少量的膠態錫,同時有少量錫賦存于黝錫礦中。

表 6 錫的化學物相分析結果Tab.6 The analysis results of tin-chemofacies%

從錫的賦存狀態分析中可以看出,本區云英巖型錫礦石中錫主要賦存于錫石中,少量錫以膠態錫或者以其它方式分布于其它礦物中,能夠被利用只有以錫石形式存在的錫。

4 錫石選礦試驗

錫石的選礦方法較多 (周少珍等,2002),不同礦石類型及礦石工藝特點所采用的選礦流程不同 (雷時益等,2008;李正輝,2008;劉四清等,2007),針對本區云英巖型低品位錫礦石的特點,進行了詳細選礦工藝研究②劉云華,陶霞清,莊曉.2006.“湖南九嶷山-姑婆山錫多金屬礦物質組分研究及選礦試驗”研究成果報告.。本礦區錫石粒度一般小于 2 mm的特點,將原礦磨細到 -74μm(占 76.5%),按 2～0.5 mm,0.5～0.25 mm,0.25～0.1 mm,<0.1 mm將原礦篩分為四個粒級,不同粒度級別產率及錫含量見表7。

表 7 原礦不同粒級產率及錫含量Tab.7 The production rates in different grain and tin content of originalore %

從表中可以看出,錫在 2～0.5 mm和 <0.1 mm兩個粒級中的產率及金屬分布率相對較高,但優勢不明顯。將原礦及篩分后不同粒級的礦樣分別進行了搖床重選試驗 (表 8)。從表中可看出,對原礦直接進行搖床重選試驗,Sn金屬回收率為53.04%,富集率達到 20.64,選礦效果不理想,回收率較低;對篩分出的四個粒級分別進行搖床選礦試驗。結果表明,2～0.5 mm的粗粒級和 <0.1 mm的細粒級回收率均不高,分別為 53.78%和 52.55%,而在 0.5～0.25 mm和 0.25～0.1 mm粒級中,金屬回收率分別達到 78.27%和 82.99%。此選礦結果說明,粗粒級產率雖然較高,但回收率相對較低,說明粗粒級中的部分錫石未完全解離,隨輕礦物溜走;而在細粒級中,由于錫石粒度太細,受其它礦物的影響,在搖床床面上分帶較寬,在原有條件 (和粗粒級相同的頻率、水量、床面坡度)下,其產率僅為 0.7%,Sn品位達14.04%,說明部分錫石分帶超過原有床面范圍,因此,在適當提高產率的條件下,可以提高金屬回收率。按照以上分析,對 <0.1 mm的細粒級樣品的精礦接收范圍重新進行了調整,在粗精礦產率提高到2.78%的情況下,精礦中錫品位達到 5.32%,金屬回收率達到 79.94%,富集率降低到 28.76。

表 8 搖床重選考察試驗結果Tab.8 The results of shaking sorting and gravity separation

以上分析結果顯示,在篩選分別后,不同粒級進行搖床選別,小于 0.5粒級綜合回收率達到80.58%,而小于 2 mm粒級綜合回收率為 72.62%,由此可見,階段磨碎、搖床選別效果良好。此外對錫礦石還進行了浮選試驗研究,WO3綜合回收率為 84.39%,Sn為 79.89%。與重選結果相比,其兩種方法產率相當,但浮選成本相對較高,且對環境造成一定污染,不建議使用。

5 結論及建議

本區礦石類型為低品位微細粒鎢錫礦石。錫主要賦存于錫石中,在礦床中錫石主要分布在交代作用較為強烈的部位,以毗連嵌鑲型、包裹嵌鑲型嵌部于交代石英、鐵鋰云母、黃玉礦物顆粒之間或者包裹于礦物內部。錫石顏色從黑色到淺色均有,顏色變化主要與錫石中的 Nb,Ta,Fe,Mn等雜質元素的含量有關。錫石粒度一般小于 2 mm,在小于 2 mm的各粒級中無明顯集中分布,易解離。在階段磨碎、搖床選別和浮選條件下,本區錫礦回收率均能達到80%以上,考慮到成本及環保因素,不推薦使用浮選方法。

付建明,李華芹,屈文俊,等.2007.湘南九嶷山大坳鎢錫礦的 Re-Os同位素定年研究[J].中國地質,34(4):651-656.

付建明,馬昌前,謝才富,等.2004.湖南九嶷山復式花崗巖體 SHR IMP鋯石定年及其地質意義[J].大地構造與成礦學,28(4):370-378.

付建明,馬昌前,謝才富,等.2005.湖南金雞嶺鋁質 A型花崗巖的厘定及構造環境分析[J].地球化學,34(3):215-226.

龔述清.2007.淺析湖南九嶷山礦田錫礦類型及找礦方向[J].中國礦業,16(1):90-93.

雷時益,張俞明,曾衛東,等.2008.大廠錫石多金屬硫化礦的合理選礦工藝[J].國外金屬礦選礦,45(12):2-6,17.

李正輝.2008.老廠錫石多金屬氧硫混合礦選礦實踐[J].有色金屬(選礦部分),1:7-10.

廖鳳初.2004.湖南大坳地區云英巖蝕變體型鎢錫礦床地質特征及控礦因素[J].華南地質與礦產,(3):20-25.

劉樹生,賈寶華,曾志方.2005.九嶷山錫礦田礦床地質特征及礦床成因[J].華南地質與礦產,(2):39-44.

劉四清,紅梅,劉文彪,等.2007.某錫石多金屬硫化礦選礦工藝研究[J].礦產保護與利用,2:28-30.

曾志方,曾永紅,劉大勇.2005.湖南大坳鎢錫礦區構造控礦規律及其在找礦中的應用效果[J].礦產與地質,19(1):18-24.

章邦桐,戴永善,王駒,等.2001.南嶺西段金雞嶺復式花崗巖基地質及巖漿動力學特征[J].高校地質學報,7(1):5O-61.

周少珍,孫傳堯.2002.錫石選礦進展[J].國外金屬礦選礦,39(8):10-14.

Mineralogy and M ineral Separation Exper iment of the JiuY iMounta in W-Sn Deposit in Hunan

ZHUANG Xiao1, L IU Yun-hua1, FU Jian-ming2, TAO Xia-qing2, L IU Shu-sheng3, WEI jin-qi1
(1.School of Earth Sciences and Resources,Chang’an University,Xi’an,SX 710054,China;2.Yichang Institute of Geology andMineral Resources,Yichang,HB 443003,China;3.Central·Hunan Institute ofHunan Geological Survey,Loudi,HN 417000,China)

The JiuYiMountains areaW-Sn deposit is belong to greisen and low-grade ore-type in Hunan.Studieson deposit composition and mode of occurrence of tin and ore-dressing process,the results shown that the 96.24%of tin total amount consist in cassiterite,and the cassiterite mainly exist among or interior of metasomatic mineral grains,and the grain size of cassiterite generally less than 2 mm,and the cassiterite is no obvious concentrated acconding to the grain size,and the cassiterite is easy to dissociation. In grinding,shaking sorting and flotation process,the recovery rate of tin in this area can reach over 80%.These resultsprovides an important basic research data and and economically viable beneficiation process for regional deposit development.

W-Sn deposit;JiuYiMountain;ciation test

P618.67;P618.44

:A

:1674-3504(2010)04-332-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.005

2009-10-26

中國地質調查局地質大調查項目 (12120106339-01-4,200110200024-2)

莊 曉 (1970—),女,助理工程師,主要從事重砂礦物分離及單礦物分選工作。