石灰窑大型铷矿床中铷矿石可选性试验*

段先哲 时 皓 孙 嘉 谭凯旋 谢焱石 冯志刚 胡 杨

(1.南华大学核资源与工程学院；2.湖南省核燃料循环技术与装备协同创新中心；3.内蒙古自治区矿产实验研究所；4.中国地质科学院矿产资源研究所)

石灰窑大型铷矿床中铷矿石可选性试验*

段先哲1，2时 皓3孙 嘉4谭凯旋1谢焱石1冯志刚1胡 杨1

(1.南华大学核资源与工程学院；2.湖南省核燃料循环技术与装备协同创新中心；3.内蒙古自治区矿产实验研究所；4.中国地质科学院矿产资源研究所)

内蒙锡林浩特石灰窑花岗岩型铷多金属矿床Rb2O平均品位为0.163%，总金属量超过87万t，为提高该矿床的工业利用价值，对其进行了铷矿石可选性试验研究。试验结果表明：铷元素主要赋存于铁锂云母和微斜长石中；湿法磁选试验的效果优于摇床重选试验；铷精矿主要物相为铁锂云母，可用于提取K2O、Li2O、Rb2O、Cs2O；尾矿主要物相为石英、钠长石和微斜长石，其中微斜长石中Rb2O的含量为0.9%左右，K2O的含量在16%以上，品位很高，具有较高的工业利用价值。

石灰窑 花岗岩型铷多金属矿床 可选性 湿法磁选 摇床重选 铷精矿

铷是非常重要的稀有金属之一，不仅用于玻璃、陶瓷等民用工业领域，而且对于航天航空、能源、国防工业领域中都有着重要的应用价值[1-9]。与国外资源相比，我国铷资源具有分布范围广、规模小、品位低、难开发利用等特点[10-11]。我国目前正处于国民经济高速增长阶段，对矿产品需求不断加大，特别是加入世贸组织后，开始融入世界的主流，这种变化给我国地勘业和矿产生产企业带来极大影响和极好的发展机遇。因此，加强铷资源勘探力度和提取工艺研究意义重大[12-16]。为此，针对内蒙古锡林浩特石灰窑花岗岩型铷多金属矿床进行了可选性试验，试验最终获得了满意的试验指标。

1 原矿性质分析

石灰窑铷多金属矿床采集矿样，质量约100 kg，矿样为灰白色，中粗粒，显晶质，可见有珍珠光泽的云母片，其中云母含量较高。选取5 kg样品，经颚式破碎机粗碎、圆盘式振动磨细碎、试验型球磨机粉磨1 h，制得铷矿原矿粉体试样。原矿粉体X射线荧光化学分析、微量元素成分ICP-MS分析和主要矿物相的电子探针分析结果见表1～表3，铷矿石X射线粉晶衍射图见图1。

表1 铷矿石化学成分X射线荧光分析结果 %

成分SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnO含量75.960.01710.760.943.630.782成分MgOCaONa2OK2OP2O5烧失含量0.0680.0581.084.090.0070.59

注：所选样品铷矿石化学成分X射线荧光分析在核工业北京地质研究所完成。

表2 铷矿石微量元素含量分析结果 ×10-6

元素LiBeRbCsNbTaSn含量6415449.14870219143.983.1456.18

注：所选样品铷矿石微量元素含量分析在中国科学院青藏高原研究所完成。

由表1可知，矿石主要化学成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、FeO和Fe2O3，其他氧化物组分含量甚微。

表3 铷矿石主要矿物相化学成分电子探针分析结果 %

矿物相SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2ORb2OCs2O总量D1-1Mus46.3722.2013.561.810.070.040.2710.4394.74D1-2Mus47.3221.8212.971.880.010.2610.040.290.0594.63D2-1Mus47.7221.7811.413.410.020.2510.200.260.0695.10D2-1Mus51.9520.239.362.540.010.180.2010.500.2495.21D3-1Mus46.7421.6113.281.820.2310.550.360.0794.66D3-1Mus48.0626.277.701.110.030.190.1310.990.7095.17D3-1Mus46.3821.814.021.980.010.080.2710.100.430.1595.21D3-1Mus48.1122.0313.122.050.040.1510.530.340.0596.43D4-1Mus46.070.2221.4513.731.850.080.040.1310.180.5094.23D5-1Mus45.8626.629.660.870.040.2710.910.6194.85D5-1Mus46.5928.526.800.760.080.060.3210.770.5294.44D1-2kf63.9917.420.070.3016.680.9099.36D1-2kf64.1417.360.220.060.050.080.2416.660.9699.77D2-1kf64.4417.340.040.4216.530.7699.53D3-1kf64.8717.510.060.020.3316.690.95100.43D4-1kf64.1017.430.160.040.050.2716.700.8599.62D1-1Pl68.350.0318.710.040.0611.670.1599.01D3-1Pl68.6518.900.100.060.1511.410.1999.46D5-1Pl68.8118.920.090.010.0911.600.1599.68D4-1Gao47.0137.470.610.040.240.140.1885.69

注：铷矿石电子探针化学成分分析在中国地质大学(北京)电子探针室完成。

由表2可知，矿石中Nb、Ta、Li、Rb、Be、Cs的品位高，其中Rb2O品位为0.53%，具有较高的工业利用价值。

图1 铷矿石(BRB01)X射线粉晶衍射图

由图1可见，其主要矿物相均为铁锂云母、石英、微斜长石和钾长石，其中铁锂云母含量较高。

根据表3中主要矿物相的电子探针分析结果，采用以阴离子为基准的氢当量法计算各矿物相的离子系数，得矿物晶体化学式如下：

依据物质平衡原理，采用LINPRO.FOX程序计算，矿样中各矿物含量为石英51.5%，铁锂云母33.7%，钠长石8.6%，微斜长石4.3%，其他矿物1.9%。

综上分析，Rb、Cs主要赋存于铁锂云母和微斜长石中，Li主要赋存于铁锂云母。

2 铷矿石可选性试验研究

为有效分离石灰窑铷矿石中的铁锂云母、石英、钠长石和微斜长石，设计了摇床重选和湿法磁选选矿试验。选取矿样20 kg，送至华北理工大学矿物加工试验室进行矿石可选性试验。

采用图2所示流程对铷矿进行粉碎和混匀缩分，即先将全部矿样用PC125×150型颚式破碎机粗碎至-50 mm，再用PC60×100型颚式破碎机中碎至-15 mm，筛出-2 mm粒级后的粗粒用200 mm×125 mm对辊破碎机闭路细碎至-2 mm。将所有-2 mm细粉混匀后，缩分出平行小试样每份 1 000 g，以备检测、分析和选矿条件试验。

图2 铷矿石(BRB01)粉碎制样流程

2.1 铷矿石磨矿粒度试验

选矿试验首先要将不同矿物通过粉碎进行解离，然后再利用其性质不同，确定选矿分离方案。磨矿粒度试验的目的是确定矿物的最佳粉碎解离条件。试验采用湿法棒磨进行铷矿样的粉磨。首先取1 000 g矿样，加水1 000 mL，磨矿浓度为50%，在棒磨机中棒磨，磨矿时间分别为1、2、3、5、7、10 min，通过沉淀磨细矿样，在 105 ℃下烘干至恒重。取烘干矿样50 g左右，通过200目水筛，取筛上物在 105 ℃ 下烘干至恒重后，称重，计算矿样粉体的粒度，试验结果见表4。

表4 不同磨矿时间条件下矿样-74 μm粒度分析结果

由表4可知，随着磨矿时间的延长，矿样-74 μm 粒级含量增大，但由于铷矿属中粗粒结构，磨矿时间为5 min时，铁锂云母与石英已经解离，超过5 min后，粒度过细，不利于后续选矿试验。因此，选取前4组样品进行后续试验。

2.2 铷矿石摇床重选试验

摇床重选试验的目的是利用铁锂云母、石英、钠长石和微斜长石的比重和结晶形态不同，通过重选将其分离。摇床重选试验流程见图3。摇床重选试验结果见表5。

图3 铷矿石摇床重选流程

表5 铷矿石摇床重选试验结果 %

选取摇床试验CT-4得到的精矿、中矿1、中矿2和尾矿样品，进行X射线粉晶衍射分析。分析结果表明：摇床尾矿和中矿2的主要物相为铁锂云母、石英、钠长石和微斜长石(见图4、图5)；摇床中矿1、精矿的主要物相为石英、铁锂云母、钠长石和微斜长石(见图6、图7)。由此可见，摇床重选可将铁锂云母与石英、钠长石、微斜长石部分分离，但无法实现石英、钠长石、微斜长石之间的分离。

2.3 铷矿石强磁选试验

选取CT-3试样，在湿法棒磨磨矿时间为3 min、磨矿浓度为50%、磨矿粒度为-74 μm 38.14%、磁场强度为1 273.89 kA/m的条件下进行2次扫选湿法强磁选条件试验，试验流程见图8，试验结果见表6。

表6 铷矿石(CT-3)湿法强磁选试验结果%

产品名称精矿1精矿2尾矿总量产率23.688.9867.34100.00

图4 铷矿CT-4试样摇床重选尾矿X射线粉晶衍射图

图5 铷矿CT-4试样摇床重选中矿2X射线粉晶衍射图

图6 铷矿CT-4试样摇床重选中矿1X射线粉晶衍射图

图7 铷矿CT-4试样摇床重选精矿X射线粉晶衍射图

图8 铷矿石湿法强磁选流程

由表6可知，铷矿石湿法磁选精矿1产率为23.68%，精矿2产率为8.98%，尾矿产率为67.34%。

对铷矿石湿法磁选样品进行X射线粉晶衍射分析，结果表明精矿1和精矿2的主要物相为铁锂云母(见图9、图10)；尾矿的主要物相为石英、钠长石和微斜长石(见图11)。由此可见，湿法磁选可将铁锂云母与石英、钠长石、微斜长石较好的分离，但同样无法实现石英、钠长石、微斜长石之间的分离。

图9 铷矿CT-3试样湿法强磁选精矿1X射线粉晶衍射图

图10 铷矿CT-3试样湿法强磁选精矿2X射线粉晶衍射图

图11 铷矿CT-3试样湿法强磁选尾矿X射线粉晶衍射图

铷矿石湿法磁选样品微量元素成分ICP-MS分析结果见表7，铷矿CT-3试样强磁选结果见表8。

由表7可知，试验所得精矿1的Li2O品位为3.26%、Rb2O品位为1.14%、Cs2O品位为477.51×10-6；精矿2的Li2O品位为2.42%、Rb2O品位为

表7 铷矿CT-3试样微量元素成分分析结果

×10-6

注：铷矿试样(CT-3)的微量元素成分由中国科学院青藏高原研究所分析；其中Li、Mn、Rb含量单位为“%”。

0.87%、Cs2O品位为339.37×10-6；尾矿的Li2O品位为0.57%、Rb2O品位为0.25%、Cs2O品位为85.26×10-6。

表8 铷矿CT-3试样强磁选试验结果 %

产品名称产率品位Li2ORb2OCs2O回收率Li2ORb2OCs2O精矿123.683.261.1447856.2252.2756.27精矿28.982.420.8733915.8315.1315.16尾矿67.340.570.258527.9532.6028.57合计100.001.370.52200100.00100.00100.00

注：Cs2O含量单位为10-6。

由表8可知，精矿1产率为23.68%，其中Li2O的回收率为56.22%、Rb2O的回收率为52.27%、Cs2O的回收率为56.27%；精矿2产率为8.98%，其中Li2O的回收率为15.83%、Rb2O的回收率为15.13%、Cs2O的回收率为15.16%；尾矿产率为67.34%，其中Li2O的回收率为27.95%、Rb2O的回收率为32.60%、Cs2O的回收率为28.57%；经过湿法磁选后，Li2O、Rb2O和Cs2O在精矿1和精矿2中实现富集。

3 结 语

(1)石灰窑铷多金属矿床中铷矿石原矿分析结果表明，其主要化学成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、FeO和Fe2O3，富含Li2O、Rb2O、Cs2O等碱金属氧化物；其主要物相为铁锂云母、石英、钠长石和微斜长石，Li2O主要赋存于铁锂云母中，Rb2O、Cs2O主要赋存于铁锂云母和微斜长石中，具有较高的工业利用价值。

(2)石灰窑铷矿石选矿试验结果表明，湿法磁选试验的效果优于摇床重选试验。铷矿石湿法磁选选矿的建议工艺条件为，磨矿时间为湿法磨棒 3 min，磨矿浓度为50%，磨矿细度为-74 μm 38.14%，在磁场强度为1 273.89 kA/m的条件下进行2次扫选。

(3)铷矿精矿1主要物相为铁锂云母，Li2O品位为3.26%、Rb2O品位为1.14%、Cs2O品位为477.51×10-6；精矿2主要物相为铁锂云母， Li2O品位为2.42%、Rb2O品位为0.87%、Cs2O品位为339.37×10-6；尾矿物相为石英、钠长石和微斜长石，Li2O品位为0.57%、Rb2O品位为0.25%、Cs2O品位为85.26×10-6。

(4)精矿1产率为23.68%，其中Li2O的回收率为56.22%、Rb2O的回收率为52.27%、Cs2O的回收率为56.27%；精矿2产率为8.98%，其中Li2O的回收率为15.83%、Rb2O的回收率为15.13%、Cs2O的回收率为15.16%；尾矿产率为67.34%，其中Li2O的回收率为27.95%、Rb2O的回收率为32.60%、Cs2O的回收率为28.57%。经过湿法磁选后，Li2O、Rb2O、Cs2O在精矿1和精矿2实现富集，但富集率仅为70%。

(5)精矿1和精矿2主要物相为铁锂云母，可用于提取K2O、Li2O、Rb2O、Cs2O；尾矿主要物相为石英、钠长石和微斜长石，其中微斜长石中Rb2O的含量为0.9%左右，K2O的含量16%以上，品位很高，具有较高的工业利用价值。

[1] 孙 艳，王瑞江，亓 锋，等.世界铷资源现状及我国铷开发利用建议[J].中国矿业， 2013，22(9):11-13.

[2] 李静萍，许世红.长眼睛的金属——铯和铷[J].化学世界，2005(2):108-117.

[3] Shan Zhiqiang，Shu Xinqian，Feng Jifu，et al. Modified calcination conditions of rare alkali metal Rb-containing muscovite(KAl2[AlSi3O10](OH)2)[J].Rare Metals，2013(6):632-635．

[4] 刘建坤，郑荣华，骆宏玉，等.粉末压片-X射线荧光光谱法测定矿石中高含量铷[J].理化检验：化学分册，2014，50(11):1451-1452.

[5] Bloc k M，Ho J，McClell T，et al.军事星中的铆和石英频率标准的性能数据一一在模拟太空环境中地检和实际轨道中所得数据的比较[J].空间电子技术，1999(4):49-55.

[6] 牛慧贤.铷及其化合物的制备技术研究与应用展望[J].稀有金属，2006，30(4):523-527.

[7] 廖元双，杨大锦.铷的资源和应用及提取技术现状[J].云南冶金，2012，41(4):27-30.

[8] 张霜华.浅谈拓宽我国铷铯的应用领域[J].新疆有色金属，1998(2):43-47.

[9] 邓飞跃，尹桃秀，甘文文，等.锂云母提锂母液中钾铷铯的综合利用[J].矿冶工程，1999(1):50-52.

[10] 董 普，肖荣阁.铯盐应用及铯(碱金属)矿产资源评价[J].中国矿业，2005(2):30-35.

[11] 刘 力.中国铷铯资源、技术现状[J].新疆稀有金属，2013(增)：158-165.

[12] 蒋育澄，岳 涛，高世扬，等.重稀碱金属铷和铯的分离分析方法进展[J].稀有金属，2002(4):299-303.

[13] 曹冬梅，张雨山，高春娟，等.提铷技术研究进展[J].盐业与化工，2011(1):44-47.

[14] 李 杨.从含铷的长石中提取RbCl的工艺研究[J].河北冶金，1998(1):40-42.

[15] 孙 艳，王瑞江，李建康，等.锡林浩特石灰窑铷多金属矿床白云母40Ar-39Ar年代及找矿前景分析[J].地质论评，2015，61(2):463-468.

[16] 王 丹，曾 强，金 明，等.某铷矿石选矿试验[J].金属矿山，2015(5):97-100.

Experimental Study on the Rubidium Ore Beneficiation of a large scale of Rubidium Polymetallic Deposit from Shihuiyao Region, Inner Mongolia

Duan Xianzhe1,2Shi Hao3Sun Jia4Tan Kaixuan1Xie Yanshi1Feng Zhigang1Hu Yang1

(1. The School of Nuclear Resource Engineering, University of South China; 2. Cooperative Innovation Center for Nuclear FuelCycle Technology and Equipment, Hunan Province;3. Inner Mongolia Institute of Mineral Experiment; 4. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences)

Shihuiyao rubidium polymetallic deposit, which is one large scale of rare metal deposit with an initially explored rubidium of total amount of >870 000 tons and average grade of 0.163%, has been recently found in Xilinhot city, Inner Mongolia, China. In order to improve the industrial utilization value of this deposit, an experimental research on the rubidium ore beneficiation of this deposit was conducted in this study. The experimental results can demonstrate the following issues: Rubidium mainly occurs in zinnwaldite and microcline; the experiment of wet magnetic separation is more efficient than that of shaker gravity tabling; the main phase of rubidium concentrate ores is zinnwaldite, and thus can be used for the extraction of K2O, Li2O, Rb2O, Cs2O, whereas that of tailings is quartz, albite, and microcline; in the microline, the content of Rb2O and K2O are 0.9% and 16%, respectively. These indicate that this deposit potentially has much high grades of these metal oxides and satisfactory industrial utilization values.

Shihuiyao region, Granitic rubidium polymetallic deposit, Ore beneficiation, Wet magnetic separation, Shaker gravity tabling, Rubidium concentrate

*内蒙古地质勘查专项资金、国家自然科学基金(编号：41503016)；国防基础科研计划项目(编号：B3720110004)；南华大学博士科研启动基金(编号：2014XQD08)；湖南省教育厅优秀青年项目(编号：15B201)和南华大学“蒸湘学者计划”联合资助。

2015-09-16)

段先哲(1985—)，男，博士，讲师，421001 湖南省衡阳市常胜西路28号。