湖南九嶷山钨锡矿床锡矿物质组分及选矿试验研究

庄 晓, 刘云华, 付建明, 陶霞清, 刘树生, 魏均启

(1.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;2.宜昌地质矿产研究所,湖北宜昌 443003;3.湖南省地质调查院湘中地质矿产所,湖南娄底 417000)

湖南九嶷山钨锡矿床锡矿物质组分及选矿试验研究

庄 晓1, 刘云华1, 付建明2, 陶霞清2, 刘树生3, 魏均启1

(1.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;2.宜昌地质矿产研究所,湖北宜昌 443003;3.湖南省地质调查院湘中地质矿产所,湖南娄底 417000)

湖南九嶷山钨锡矿床矿石类型属低品位云英岩型,通过对矿床物质组分、锡的赋存状态及选矿工艺研究表明,锡石中的锡含量占矿石总锡量的 96.24%,主要嵌布于交代矿物颗粒之间或者包裹于矿物内部,粒度一般小于 2mm,各粒级中无明显集中分布,易解离。在阶段磨碎、摇床选别和浮选条件下,本区锡矿回收率均能达到 80%以上。为区域矿床开发工作提供了重要的基础研究资料和经济可行的选矿工艺流程。

钨锡矿床;九疑山;选矿试验

湖南九嶷山钨锡矿床是中国地质调查局地质大调查以来在南岭地区发现的大型钨锡矿之一。近年来,在矿床地质特征、成矿规律等方面已进行了比较系统的研究 (廖凤初,2004;刘树生等,2005;曾志芳等,2005),对与成矿有关花岗岩岩石类型、形成时代及构造环境进行了详细探讨 (付建明等,2004,2005;章邦桐等,2001),为区域找矿勘探工作的突破提供了理论指导。区域最重要的矿石类型为云英岩型(廖凤初,2004;龚述涛,2007),该类型矿石具有矿石量大、品位低的特点,为了便于对该类型矿床的开发及矿石进行综合利用,笔者对区域矿石物质组成、锡石赋存状态及矿石选冶性能进行了研究,为区域矿产资源开发工作及矿产综合利用提供了可靠依据。

1 区域地质特征

九嶷山大坳钨锡矿处于华夏板块与扬子板块接合带附近(付建明等,2007)。区域岩浆岩活动强烈,其中燕山期花岗岩与区域分布的一系列大型-超大型钨、锡多金属矿床有着密切的成因联系,矿化作用主要发生在该期花岗岩于围岩的内外接触带上。

矿田主要分布的是酸性岩浆岩,包括雪花顶岩体和金鸡岭复式岩体,根据岩石谱系单位划分为志留纪雪花顶、晚侏罗世金鸡岭和螃蟹木等 3个超单元 (图 1),其中金鸡岭和螃蟹木超单元与钨锡多金属成矿关系最密切。金鸡岭超单元岩性主要为微细—粗中粒斑状二 (黑)云母二长花岗,晚期为细粒二云母二长花岗岩,形成年龄 (锆石 SHR IMP)为 (156±2)Ma(付建明等,2004);螃蟹木超单元岩性为中细粒(二)黑云母花岗岩,形成年龄 (Rb-Sr等时线)为(150.7±2.8)Ma(廖凤初,2004);二者之间呈侵入接触关系,但不存在冷凝边,为燕山早期同一构造岩浆活动的产物,为铝质 A型花岗岩 (付建明等,2005)。此外,矿田内还出露少量的震旦—寒武系地层。

矿田内断裂构造较为发育,据断裂展布方向可分为北北东-近南北向、北东向及北西向 3组,其中北北东-近南北向的 F1～F5断裂最重要 (图 1)。该组断裂为区内形成最早,活动延续的时间较长,断裂内云英岩化、硅化、钠长石化等蚀变较强,局部可见钨锡、铅锌等矿化。其次级断裂可见钨锡、铅锌矿脉及矿化体。区内主要的钨锡多金属矿床分布于该组断裂间,显示矿体范围内该组断裂具有重要的控矿作用。

2 矿床地质特征

矿床赋存围岩为金鸡岭和螃蟹木超单元的二云母二长花岗岩,主要分布于岩体内,矿化以锡为主,局部伴随有钨矿化。矿体主要分布于 F1与 F5断裂间 (图 1),钨锡矿化类型分云英岩体型、破碎带蚀变岩型、变花岗岩型和云英岩-石英脉型①付建明,刘云华,魏君奇,等.2006.“南岭地区锡矿成矿规律研究”中期成果报告.,其中以云英岩体型矿化为主。云英岩体型主要由云英岩、石英脉、云英岩化花岗岩等组成,顶部常发育 0.2～2 m透镜状伟晶岩脉。

图 1 九嶷山地区地质略图Fig.1 Geological sketch map of the J iuYimountains area

钨锡矿体呈板状、厚板状、脉状、透镜状自上而下叠置呈楼层式分布于云英岩体中,产状与云英岩蚀变体一致,矿体剖面图见图 2。矿化强度与云英岩化作用的强弱有关,云英岩化作用越强,钨锡矿石品位越高,云英岩、云英岩化花岗岩等构成钨、锡矿体。矿体走向近南北,向东或西倾斜,倾角为 11～46°,走向长度为 120～990 m。主要矿体特征见表 1,其中规模最大的Ⅰ号矿体,走向长 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%。

围岩蚀变具面状分布的特点,主要为云英岩化,其次见黄玉化、钠化、萤石化、钾化、电气石、绿柱石化等。按有用矿物含量分为锡矿石、钨矿石及钨锡矿石 3种矿石类型,三种矿石在矿体中互为过渡。矿石具有鳞片变晶结构、自形-半自形粒状结构及交代结构等,块状构造、浸染状构造、细脉状构造。矿石主要由锡石、黑钨矿、铁锂云母、石英、钾长石 、白云母、黄玉、黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿、铁闪锌矿电气石及绿柱石等组成,锡石多呈浸染粒状分布于交代石英、铁锂云母、黄玉中,交代作用越强的部位,锡石含量越高,黑钨矿呈半自形板状及他形粒状分布于伟晶岩、石英脉及云英岩中。

3 锡石赋存状态

3.1 矿石的矿物及化学组成

区域主要矿石类型为云英岩型,其矿物组成也相对复杂,经光薄片及人工重砂鉴定,透明矿物主要有:石英、铁锂云母、白云母、黄玉、萤石、电气石、绿柱石、磷灰石、榍石等;金属矿物组成主要有:褐铁矿、赤铁矿、自然铁、黄铁矿、锡石、黑钨矿、黝锡矿、黄铜矿、毒砂、、脆硫锑铅矿、硫铋铅矿、斑铜矿、方铅矿、辉钼矿、辉锑矿、辉铜矿、辉锑铅矿、闪锌矿、自然铅等。

经对多个矿石样品进行化学成分分析,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%,烧失量2.00%。

化学分析结果与光薄片所观察到的矿物组成及矿物含量一致,即云英岩型锡矿石主要的矿物组成为石英和铁锂云母,人工重砂中所见到的硫化物种类虽然较多,但其总量较少,Sn与 WO3的含量分别为 0.183%和 0.211%,说明该类型的矿石主要为低品位的钨、锡矿石。Sn,Wo品位系数沿矿脉走向及倾向变化较大;沿厚度方向,脉幅与品位表现为正相关;Sn,WO3品位呈明显的负相关,具有上部富钨,下部富锡的特点。

3.2 锡石嵌布特征

云英岩型矿石主要为鳞片粒状变晶结构和交代残余结构,块状构造。云英岩的主要矿物成分是气成热液交代作用形成的石英和铁锂云母,交代石英为粒状变晶集合体,粒度 0.2～1.2 mm,分布不均匀,而残留石英粒度 2～5 mm,它形粒状,波状消光,两种石英具有较显著的区别,残留石英的含量主要与交代作用的强度有关,当交代作用强烈时,原岩石英基本无保留;铁锂云母为细小鳞片状,交代原岩中的黑云母等,同时,原岩中交代长石的绢云母被白云母交代。锡石在薄片中呈不规则浸染状分布,自形-半自形粒状,少数他形膝状双晶,粒度大小在 0.001～0.3 mm之间,在局部富集出现;颜色褐色、无色或浅褐色等,透明—半透明,低反射率,反射色暗灰色,非均质性可见;主要分布在交代作用较为强烈的部位,即分布于交代石英、铁锂云母、黄玉矿物颗粒之间或者包 裹于矿物内部 (图 3)。

图 2 大坳钨锡矿床剖面图Fig.2 Profile chartmap of the Daao W-Sn deposit

表 1 九嶷山地区主要岩体型矿体特征表Tab.1 The ore-body characteristics ofmain rock-type in J iuYiMountains area W-Sn deposit

图 3 锡石矿石显微结构特征及锡石嵌布特征Fig.3 The m icro-structure and distribution of ore-Cassiterite

根据光片、薄片和重砂镜下观察鉴定,锡石矿物 结晶较细,嵌布粒度以中细为主,一般小于0.2 mm。根据矿物连生嵌镶关系,锡石与其它矿物之间主要有毗连嵌镶型和包裹嵌镶型两种类型,均有利于破碎解离。其中毗连嵌镶类型的矿石中锡石与铁锂云母、黄玉、石英和赤铁矿等矿物呈不等粒不规则毗连,少见有石英及黄玉颗粒与锡石穿插连生。包裹嵌镶类型的矿石中见有中细粒锡石被铁锂云母、黄玉、石英或赤铁矿等包裹,反映锡石与这些蚀变矿物同期或略早形成的特征。

3.3 锡的赋存状态

锡赋存状态研究是选矿方法及选矿工艺流程确定的前提。用光薄片鉴定、人工重砂分析、筛析、物相分析和显微镜下油浸鉴定、电子探针等手段,分析了锡的主要载体矿物及锡的主要赋存状态。

3.3.1 锡石粒度分布及矿物特征

将原矿磨碎至 -2 mm以下,筛分为以下七个粒级,产率及钨锡分布特征见表 3。从表中可以看出,样品 WO3平均含量为0.211%,Sn平均含量为0.183%,钨锡含量在七个粒级中无明显富集分布,其中WO3含量在 0.162%～0.260%之间变化,Sn在0.119%～0.255%之间变化;从金属分布率上看,不同粒级金属分布率变化规律也不明显,只是从粗粒到细粒钨锡金属分布率略有集中的趋势。

表 3 原矿不同粒级钨锡含量分析结果Tab.3 The analysis results of tungsten-tin of tungsten-tin of various partical sizegrade inrun-of-m ine ore %

本区锡石颜色变化很大,有黑色、深浅不同的褐色、棕色、黄色、绿色、乳白色及无色等,部分锡石色带明显,反映形成时流体成分发生变化。锡石晶形主要以等轴状或短柱状为主,晶体普遍遭受熔蚀(图 3),形成近圆形的柱状体,反映出锡石形成过程中流体温度的回升或溶液性质发生了变化。

锡石电子探针分析结果见表 4。除主量元素之外,锡石中还含有Nb,Ta,Fe,Mn,Si,A1,W等杂质元素,其中Nb,Ta,Fe,Mn的含量与锡石颜色有着密切的关系,由表中可见,深色锡石中 Fe,Mn,Nb,Ta等杂质元素的含量较高,其原因可能是这些色素离子类质同像替代锡进入八面体配位场中的分裂能与可见光波长一致,从而对可见光吸收的结果。一般认为深色锡石形成时间相对较早,形成温度相对高,杂质含量高;而晚期锡石形成的温度相对较低,含杂质少,颜色浅。这与早期高温条件下类质同像容易发生的结果一致。

表 4 锡石电子探针分析结果Tab.4 The results of cassiterite in electron m icroprobe analysis %

从表中还可看出,锡石 Nb和 Ta总量不超过1%,并且绝大部分锡石中的是Nb大于 Ta,与其它地区云英岩型锡矿床锡石中 Nb和 Ta的含量特征一致。

3.3.2 锡在不同矿物中的分布

根据矿石中矿物的定性和定量分析,首先确定矿石中主要的含锡矿物由锡石、褐铁矿、铁锂云母、赤铁矿、黑钨矿等组成,再利用电子探针分别测定这些矿物中锡的含量,就可确定锡的主要载体矿物,测试结果见表 5。

表 5 矿石中锡在各矿物中的分布特征表Tab.5 The distribution characteristics of tin in the of in various %

从表 5中可以看出,以锡石形式存在的锡占矿石总锡量的93.48%,由此可见,锡石是矿石中的主要载锡矿物,为锡矿的选冶提供了良好的条件。褐铁矿、铁锂云母、赤铁矿及黑钨矿中的锡约占矿石总锡量的 4.73%,这部分锡在矿床中不能被利用。锡在这些矿物中的含量约占矿石总锡量的98.21%,表明锡主要赋存于这些矿物中。

3.3.3 锡的物相分析

经对矿石样品进行锡的物相分析,结果见表 6。从表 6中可以看出,样品中锡主要以锡石为主,占总锡量的 96.24%,其中含有少量的胶态锡,同时有少量锡赋存于黝锡矿中。

表 6 锡的化学物相分析结果Tab.6 The analysis results of tin-chemofacies%

从锡的赋存状态分析中可以看出,本区云英岩型锡矿石中锡主要赋存于锡石中,少量锡以胶态锡或者以其它方式分布于其它矿物中,能够被利用只有以锡石形式存在的锡。

4 锡石选矿试验

锡石的选矿方法较多 (周少珍等,2002),不同矿石类型及矿石工艺特点所采用的选矿流程不同 (雷时益等,2008;李正辉,2008;刘四清等,2007),针对本区云英岩型低品位锡矿石的特点,进行了详细选矿工艺研究②刘云华,陶霞清,庄晓.2006.“湖南九嶷山-姑婆山锡多金属矿物质组分研究及选矿试验”研究成果报告.。本矿区锡石粒度一般小于 2 mm的特点,将原矿磨细到 -74μm(占 76.5%),按 2～0.5 mm,0.5～0.25 mm,0.25～0.1 mm,<0.1 mm将原矿筛分为四个粒级,不同粒度级别产率及锡含量见表7。

表 7 原矿不同粒级产率及锡含量Tab.7 The production rates in different grain and tin content of originalore %

从表中可以看出,锡在 2～0.5 mm和 <0.1 mm两个粒级中的产率及金属分布率相对较高,但优势不明显。将原矿及筛分后不同粒级的矿样分别进行了摇床重选试验 (表 8)。从表中可看出,对原矿直接进行摇床重选试验,Sn金属回收率为53.04%,富集率达到 20.64,选矿效果不理想,回收率较低;对筛分出的四个粒级分别进行摇床选矿试验。结果表明,2～0.5 mm的粗粒级和 <0.1 mm的细粒级回收率均不高,分别为 53.78%和 52.55%,而在 0.5～0.25 mm和 0.25～0.1 mm粒级中,金属回收率分别达到 78.27%和 82.99%。此选矿结果说明,粗粒级产率虽然较高,但回收率相对较低,说明粗粒级中的部分锡石未完全解离,随轻矿物溜走;而在细粒级中,由于锡石粒度太细,受其它矿物的影响,在摇床床面上分带较宽,在原有条件 (和粗粒级相同的频率、水量、床面坡度)下,其产率仅为 0.7%,Sn品位达14.04%,说明部分锡石分带超过原有床面范围,因此,在适当提高产率的条件下,可以提高金属回收率。按照以上分析,对 <0.1 mm的细粒级样品的精矿接收范围重新进行了调整,在粗精矿产率提高到2.78%的情况下,精矿中锡品位达到 5.32%,金属回收率达到 79.94%,富集率降低到 28.76。

表 8 摇床重选考察试验结果Tab.8 The results of shaking sorting and gravity separation

以上分析结果显示,在筛选分别后,不同粒级进行摇床选别,小于 0.5粒级综合回收率达到80.58%,而小于 2 mm粒级综合回收率为 72.62%,由此可见,阶段磨碎、摇床选别效果良好。此外对锡矿石还进行了浮选试验研究,WO3综合回收率为 84.39%,Sn为 79.89%。与重选结果相比,其两种方法产率相当,但浮选成本相对较高,且对环境造成一定污染,不建议使用。

5 结论及建议

本区矿石类型为低品位微细粒钨锡矿石。锡主要赋存于锡石中,在矿床中锡石主要分布在交代作用较为强烈的部位,以毗连嵌镶型、包裹嵌镶型嵌部于交代石英、铁锂云母、黄玉矿物颗粒之间或者包裹于矿物内部。锡石颜色从黑色到浅色均有,颜色变化主要与锡石中的 Nb,Ta,Fe,Mn等杂质元素的含量有关。锡石粒度一般小于 2 mm,在小于 2 mm的各粒级中无明显集中分布,易解离。在阶段磨碎、摇床选别和浮选条件下,本区锡矿回收率均能达到80%以上,考虑到成本及环保因素,不推荐使用浮选方法。

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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

中国地质调查局地质大调查项目 (12120106339-01-4,200110200024-2)

庄 晓 (1970—),女,助理工程师,主要从事重砂矿物分离及单矿物分选工作。