云南盈江某花岗伟晶岩中钪的赋存状态浅析

周 雄，杨 磊，刘飞燕，徐 莺

（中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都610041）

钪（Sc）是典型的稀散亲石元素，在上地壳中的平均丰度为11×10－6[1]，与稀土元素性质有着显著的差别，但由于其常与稀土元素伴生且某些性质相似，因此习惯上将钪列为稀土元素。其独立矿物少见，与800多种矿物分散存在，含量很少，故又称之为稀散元素。

自然界中，钪大多以类质同象的形式广泛赋存于钛铁矿、钒钛磁铁矿、锆英石、铝土矿、等矿物中[2]。钪的独立矿物极为少见，目前发现的有钪钇矿、水磷钪矿、铍硅钪矿、钛硅酸稀金矿。钪具有良好的物理化学性能[3]，能制备有优异性能的新型材料[4]，在电光源、宇航、电子工业、核技术、超导技术等重要领域获得应用[5]。但由于钪含量低、复杂的提纯工艺导致钪的产量不大，价格昂贵，对钪的研究程度仍然处于起步阶段。

本文拟通过对云南盈江县某地花岗伟晶岩中钪的赋存状态研究，查明花岗伟晶岩中主要的含钪矿物，为从花岗伟晶岩中提取钪矿物提供理论依据，也为在该地区寻找钪矿提供一定的找矿方向。

1 样品特征

研究所用样品主要来自含钪花岗伟晶岩。花岗伟晶岩样品颜色以灰色为主色调，块状样品局部或部分可见灰白色、黄绿色、灰绿色等，以致密块状为主，具花岗伟晶结构、块状（图1（a））及条带状构造。肉眼可见粗大的白色石英晶体，以及层状、条带状分布的粗大黑云母片状集合体，纤维状绿泥石等。样品有一定程度的伟晶岩化、片麻岩化、硅化、绿帘石化、绿泥石化、褐铁矿化等蚀变及矿化现象。

石英呈粒状，粒度一般为0.1～1.2mm，少量细粒石英呈集合体嵌布于粗粒石英、黑云母及长石颗粒粒间，粒度一般介于0.025～0.1mm之间，嵌布于长石内的蠕石英粒度多为0.01～0.05mm。黑云母呈片状，径长一般为0.4～1.3mm。长石粒度差别较大，大者径长可达2mm以上，小者径长不足0.03mm。少量样品中黑云母有细晶岩化现象。

石英：颗粒较为粗大的石英晶体常与黑云母、长石等矿物毗邻紧密镶嵌，粒度略细者常呈集合体嵌布于长石、黑云母等矿物粒间。另外，花岗伟晶岩样品中常见长石矿物颗粒粒间、边缘有蠕虫状，偏光镜下具同时消光性质的蠕石英嵌布。由于石英性质稳定，不易发生蚀变，一般晶体完好。此外，在单体石英粒间有少量绢云母颗粒嵌布。

长石：花岗伟晶岩原生矿样品中的长石有斜长石、钾长石、微斜长石、透长石。其中斜长石常发育致密的聚片双晶，钾长石具卡斯巴双晶，微斜长石具格子双晶。长石主要嵌布在石英、黑云母粒间，少数长石中包裹近浑圆粒状的石英、黑云母包体。样品中长石的蚀变类型主要为绢云母化以及高岭土化，但蚀变强度较弱。绢云母化程度略高于高岭土化，蚀变形成的绢云母呈细小鳞片状。绢云母、高岭土主要沿长石裂隙缝以及解理缝嵌布；黑云母：黑云母呈片状晶体，主要嵌布在长石及石英颗粒粒间，极少数颗粒呈近浑圆片状包裹于长石颗粒内。部分黑云母边缘、解理裂隙中具绿泥石化；其他矿物：石英、长石颗粒边缘、裂隙可见到有细片状金云母、细粒高岭石以及透闪石、绿泥石、钛铁矿、褐铁矿等少量微量矿物嵌布。

对花岗伟晶岩进行了多项分析（表1）。由表1可见，花岗伟晶岩的w（SiO2）较高（56.40%），富 Ca（8.06%）贫 K（2.96%）富Zr（13.2×10－6），具有较高的Sc含量（18.9×10－6）。

表1 花岗伟晶岩化学多项分析结果

2 矿石特征

2.1 矿石组构

矿石结构主要有花岗伟晶结构、自形晶结构、它形粒状结构、蠕虫结构。

花岗伟晶结构：局部石英、长石、黑云母结晶粗大构成黑白相间的花岗伟晶结构。

自形晶结构：少量石英具自形粒状结构（图1（b）），部分黑云母具自形片状结构（图1（c））。

半自形－它形结构：长石主要呈半自形－它形板柱状结构（图1（d））。

它形粒状结构：大多数石英为它形粒状结构（图1（e）），少量自形－半自形粒状。

蠕虫结构：岩石中在斜长石和钾长石的边缘、粒间可见蠕虫状的石英嵌布。

矿石构造主要有块状构造、条带状构造、显微镜下研究见到脉状构造、浸染状构造等。

块状构造：样品整体呈由石英、长石、黑云母黑白颗粒构成的致密块状（图1（f）），局部有铁染现象。

条带状构造：主要由石英、长石、黑云母呈条带状分布，构成黑白相间的条代。条带状构造的样品中黑云母定向排列明显。

脉状构造：显微镜下可见呈脉状分布的石英。

浸染状构造：黄铁矿、钛铁矿、萤石、榍石等微量矿物主要呈浸染状分布于石英、长石、黑云母粒间。

图1 花岗伟晶岩矿石构造（a）及矿物显微照片（b－f，正交偏光）

2.2 矿物成分

按照主要矿物、次要矿物、少量及微量矿物对样品中矿物进行分类，主要矿物为石英、云母，次要矿物为长石类和高岭石，少量及微量矿物为蛇纹石、绿帘石、透闪石、褐铁矿、绿泥石、萤石、榍石、钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、白钨矿、钨华、铌钽铁矿、镁铝榴石、锡石、锆石、黄铁矿、磷灰石、一水铝石、滑石等。

矿物含量的测定是以花岗伟晶岩原生矿综合样为准，制备砂光片在显微镜下以线法逐粒统计，统计结果见表2。由表2可见，样品中主要矿物为石英、云母类、长石类、黏土矿物4大类，共占矿物总量的97.2%，其他矿物含量甚微，合计占矿物总量的2.8%。

表2 花岗伟晶岩中的矿物含量／%

2.3 矿物化学成分

为了查明钪在不同矿物中的分布情况，我们对样品中主要矿物进行单矿物分离，并分别进行了化学分析，以确定钪在不同矿物种的含量，结果见表3。由表3可以看出，花岗伟晶岩原生矿中含钪矿物主要为云母类矿物（钪含量为44.80×10－6）；其次为黏土矿物（为19.20×10－6，包括高岭石、绿泥石、蛇纹石等）、长石类矿物（0.25×10－6）、钛铁矿、榍石、透闪石、磁铁矿、褐铁矿等。石英中钪含量最低，几乎不含钪（低于检测限）。

3 钪的赋存状态

为了查明花岗伟晶岩原生矿中钪的存在形式，我们对样品进行了大量的电子探针分析及电镜扫描，研究过程中无法确定独立钪矿物的存在。前文研究结果表明，钪呈分散状态存在于云母类、长石类、高岭石、绿泥石、透闪石、钛铁矿等矿物中，而黑云母则为主要含钪矿物（表3），为此我们对黑云母进行了电子探针分析，结果见表4。

由表4可以看出，少量黑云母片状晶体中钪含量在电子探针的检测限以下（如黑云母1、2、3、4等），黑云母8－1、8－2为同一云母颗粒上两个不同位置的测试结果，显示同一黑云母颗粒的不同部位钪的含量亦不同，由此说明黑云母中钪含量不均匀但普遍含钪。在检测限以内，钪的变化范围为30×10－6～440×10－6，最高可达440×10－6。

表3 花岗伟晶岩单矿物分析结果／%

表4 黑云母的电子探针分析结果／%

4 讨论

通过以上研究，我们无法确认花岗伟晶岩中有钪独立矿物的存在，只能确定其分散存在于云母类矿物、长石类矿物、闪石类矿物、黏土矿物、榍石、钛铁矿等矿物中，而黑云母则为主要含钪矿物，其他含钪矿物如云母类矿物、长石类矿物含钪量则较低。考虑到样品中云母类以黑云母占绝大多数，一般晶体粗大，结晶完好，在破碎后的样品中主要呈单体状态。少量绢云母主要以集合体形式存在，部分与粒状石英、长石连生，但集合体粒度较粗解离较易。长石在破碎后的样品中主要单体状态存在，少量长石晶体裂隙边缘有绢云母、黏土矿物嵌布。黏土矿物普遍粒度细小，在破碎后的样品中主要呈黏土矿物集合体形式存在，少量粘连在黑云母、长石、石英裂隙、边缘。因此可考虑通过分选花岗伟晶岩中的黑云母来提取钪。

目前，提取钪主要有3种方法：萃取法、离子交换法和沉淀法[6]，相对比较成熟的提钪工艺有5种：从钛白废液中提取钪、从赤泥中回收钪[7]、从原生矿中回收钪、从渣中回收钪、从处理液中回收钪[8]，对于从黑云母中提取钪几乎是一个空白。普遍存在的一个难题是：钪的提取技术不够，导致成本太高而回收率低。那么，如何寻找一种高效的钪提取工艺，降低成本，达到钪的高效利用，是目前选矿工作者所面临的一项挑战，但同时也是一种机遇。

5 找矿前景探讨

钪的独立矿物少见，目前国内外发现的钪矿床也鲜有报道：1987年发现的湖南益将石英闪长岩风化壳型稀土钪矿，属钪矿床的新类型，是中国找到的第一个大型钪矿床[9]，国外仅有澳大利亚在昆士兰州原有的镍矿内发现世界最大的钪矿[10]。花岗伟晶岩中又通常富集铌、钽、钪、锆、铪等有用元素[11]。从前文研究可知，云南盈江某地的花岗伟晶岩中含有较高的Sc（原生矿中含量18.9ppm，表1；单矿物分离后云母中含量44.80ppm，表3；黑云母最高可达440ppm，表4），指示该地区花岗伟晶岩具有较好的找钪前景，因此在该地区可进一步整合资源勘查类型，加大勘查力度，拓展资源加工和利用范畴，从而使该地区成为钪工业的加工和生产基地。

6 结论

1）查明了花岗伟晶岩原生矿中含钪矿物主要为云母类矿物（钪含量为44.80×10－6），其次为黏土矿物（为19.20×10－6）、长石类矿物（0.25×10－6）、钛铁矿。确认了钪主要分散存在于云母类矿物、长石类矿物、闪石类矿物、黏土矿物、榍石、钛铁矿等矿物中，而黑云母则为主要含钪矿物。电子探针结果显示，花岗伟晶岩中普遍含钪（最高可达440×10－6），可考虑通过分选花岗伟晶岩中的黑云母来提取钪。

2）鉴于目前选矿工艺水平，选矿工作者应积极寻找一种高效的钪提取工艺，降低成本，达到钪的高效利用。同时，也应积极探索从花岗伟晶岩中提取钪的工艺。

3）该地的花岗伟晶岩中含有较高的Sc，指示该地区花岗伟晶岩具有较好的找钪前景，因此在该地区可进一步整合资源勘查类型，加大勘查力度，拓展资源加工和利用范畴，从而使该地区成为钪工业的加工和生产基地。

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