基于原矿矿物学基因特性的榴辉岩综合利用技术研究

黄俊玮 王守敬 吴会军 李洪潮 刘 磊 雷晴宇 赵恒勤

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南郑州450006；3.自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室，河南郑州450006；4.河南建筑材料研究设计院有限公司，河南郑州450006）

榴辉岩是一种区域变质岩，是变质岩中比重最大的岩石。一般认为是由基性、超基性岩浆岩在极大的压力条件下变质形成的，而温度条件不限，低温到高温范围内都可形成［1，2］，因此，处在大别-苏鲁这条典型的超高压变质带上的江苏省东北部地区和山东省东南部地区是我国榴辉岩矿的主要产地［3-5］。榴辉岩矿中主要有用矿物为金红石、石榴子石和绿辉石，有时含有可综合利用的蓝晶石、白云母等。江苏省东北部地区和山东省东南部地区榴辉岩矿床具有规模大、矿体厚、易于勘探和开采、经济价值高等特点，是一类较易开发利用的矿产资源［6-9］。

基因矿物加工是由孙传尧院士在2016年提出的全新矿物加工学术理念，即以矿床成因、矿石性质、矿物物性等矿物加工的“基因”特性测试为基础，快捷、高效、精准地选择选矿工艺技术和装备［10］。以大量历史选矿试验数据、工艺矿物学研究数据、设计数据、生产数据等为基础建立的数据库则是基因矿物加工的核心［11］。本文对江苏东海、山东日照及青海乌兰的榴辉岩矿进行了详细的工艺矿物学研究及选矿试验评价，收集了不同产地榴辉岩矿的工艺矿物学、选矿工艺参数等基础研究数据，分析了不同类型榴辉岩矿矿物学基因特征的差异及其对选矿工艺的影响，以期对不同类型榴辉岩矿选矿技术的研发提供借鉴［12-13］。

1 榴辉岩矿矿物学基因特性

1.1 主要化学成分及钛物相对比分析

江苏东海、山东日照及青海乌兰三地的榴辉岩矿石主要化学成分分析列于表1，钛物相分析结果列于表2。

由表1和表2可知：①三地榴辉岩矿石中主要有价成分均为TiO2，含量较低，在1.51%～3.46%之间；②均含有P、S等有害元素，需要去除；③三地榴辉岩矿石中的TiO2均主要以金红石（分布率为51.31%～80.13%）和钛铁矿（分布率为13.25%～35.08%）的形式存在；④在选择回收率为考查指标时，应以金红石矿物回收率作为指标，而不是以TiO2回收率作为指标。

1.2 主要矿物相对含量对比分析

江苏东海、山东日照及青海乌兰三地的榴辉岩矿主要矿物相对含量列于表3。

由表3可知：①三地榴辉岩矿石中主要有用矿物均为金红石、石榴子石和绿辉石，3种矿物含量合计在各地矿石中均超过75%；②含硫脉石矿物主要为黄铁矿，含磷脉石矿物均主要为磷灰石；硫杂质较易去除，可采用反浮选去除，磷灰石由于理化性能与金红石类似，因此较难去除，需采用反浮选、电选或酸浸等方法去除。

1.3 主要矿物粒度分布特征对比分析

江苏东海、山东日照、青海乌兰三地榴辉岩主要矿物粒度分析见表4～表6。

分析表4～表6可知：江苏东海、山东日照、青海乌兰的榴辉岩矿石中主要有用和有害矿物粒度均较粗，这有助于有用矿物实现单体解离，对选矿而言是有利的。同时，也有利于获得经济价值较高的粗粒级石榴子石和绿辉石精矿产品。

1.4 主要矿物嵌布特征对比分析

1.4.1 江苏东海榴辉岩矿主要矿物嵌布特征

矿石中金红石单矿物分析结果表明矿石TiO2含量为94.76%～98.01%，平均为96.62%，另含有少量铁、硫的杂质元素。金红石多为他形粒状或半自形粒状晶形，多分布在石榴子石、绿辉石等矿物粒间，部分被石榴子石等矿物包裹，这对金红石回收有一定的影响，部分金红石与钛铁矿紧密共生（图1），两者很难单体解离。

矿石中石榴子石主要为铁铝榴石，少量的为钙铝榴石。石榴子石主要呈团块状、浸染状分布，部分石榴子石中包裹金红石等矿物（图2）。大部分石榴子石与其他矿物接触较平直，粒度较粗，有利于其单体解离。

矿石中绿辉石多具不规则状晶形，部分则为半自形柱状。绿辉石多呈浸染状分布，多与其他矿物平直接触，有利于其单体解离，部分绿辉石包裹金红石等矿物。

1.4.2 山东日照榴辉岩矿主要矿物嵌布特征

金红石单矿物分析结果表明TiO2含量为98.45%～100.00%，普遍含有少量铁的类质同象置换。其嵌布状态分为2种：一是分布在石榴子石粒间、绿辉石粒间或石榴子石与绿辉石粒间（图3）；二是被其他矿物包裹，主要被石榴子石和绿辉石包裹（图4）。

矿石中的石榴子石主要是铁铝榴石，含少部分钙铝榴石。矿石中石榴子石分布较为均匀，颗粒间紧密相连，裂纹发育。矿石受蚀变和交代作用较轻，石榴子石退变质作用不明显，仅在个别粒间或裂隙中发生。

矿石中绿辉石呈半自形-他形粒状分布，辉石式解理发育。次生变化主要转变为绿色角闪石，或者与石榴子石一起经后成合晶作用形成斜长石+角闪石+绿帘石。

1.4.3 青海乌兰榴辉岩矿主要矿物嵌布特征

金红石单矿物分析结果表明TiO2含量为97.27%～98.92%，普遍含有铁、钙等杂质元素。显微镜观察显示矿石中金红石主要呈浸染状分布，多为他形粒状，部分被钛铁矿交代（图5）。矿石中金红石多分布在石榴子石、绿辉石等矿物粒间，部分被石榴子石等矿物包裹（图6），这对金红石回收利用有一定的影响。

矿石中石榴子石为铁铝榴石，显微镜观察显示矿石中石榴子石主要呈团块状分布，石榴子石粒间多分布有绿辉石等。大部分石榴子石与其他矿物接触较平直，粒度较粗，有利于其单体解离，同时，石榴子石碎裂明显，晶体呈破裂结构，在磨矿过程中易被磨细。

绿辉石多具不规则状晶形，部分则为半自形柱状。绿辉石多分布在石榴子石粒间。绿辉石多与其他矿物平直接触，有利于其单体解离，部分绿辉石与金红石等矿物紧密共生，对金红石的选矿有一定的影响。部分绿辉石蚀变成绿泥石，这部分矿物易泥化，不利于选别。

1.5 主要有用矿物理化学性能对比分析

对江苏东海、山东日照和青海乌兰三地榴辉岩矿中主要有用矿物的密度、比磁化系数、可浮性进行了对比分析，为选矿工艺流程的制定提供依据，分析结果见表7。

分析表7可知：通过重选可以将比重较大的金红石、石榴子石和比重较小的绿辉石进行初步分离（石榴子石和绿辉石仍需通过磁选进一步提纯）；通过磁选可以将石榴子石和金红石进行分离；通过浮选工艺可以进一步提纯金红石。

1.6 榴辉岩矿类型分析

根据榴辉岩矿矿物学基因特性及选矿试验研究可知，原矿中以金红石形式存在的二氧化钛含量决定了金红石精矿富集的难易程度；杂质磷硫的含量决定了金红石除杂的工艺流程（反浮选、电选或酸浸）；主要有用矿物的粒度大小决定了是否需要采用分级作业和能否获得粗粒级精矿产品。综合分析可将上述三地的榴辉岩矿分成3个类型，即高磷高硫高钛粗粒型榴辉岩矿（江苏东海）、低磷高硫低钛粗粒型榴辉岩矿（山东日照）及高磷低硫低钛细粒型榴辉岩矿（青海乌兰）。

2 选矿工艺流程及分选指标

通过对不同类型榴辉岩矿的化学物相组成、主要矿物粒度分布、嵌布特征及理化性能等矿物学基因特性的分析，结合选矿试验研究，确定了3种类型榴辉岩矿的选矿工艺流程及分选指标，结果见表8。

3 影响榴辉岩矿选矿工艺流程及分选指标的矿物学基因特性

将不同类型榴辉岩矿工艺矿物学特征与分选试验结果结合加以分析，可知二者之间存在着内在的联系。影响榴辉岩选矿工艺流程及分选指标的矿物学基因特性见表9。金红石单矿物纯度、与其他矿物的嵌布关系是影响其选矿难易程度的主要因素；石榴子石和绿辉石的原生粒度、矿物内部碎裂情况是决定能否获得粗粒级石榴子石和绿辉石精矿的关键因素；硫、磷杂质的含量及赋存状态是影响金红石除杂工艺的决定性因素。

4 结论

（1）榴辉岩矿中主要有用矿物为金红石、石榴子石和绿辉石，金红石含量一般较低，只有综合回收石榴子石和绿辉石才能大幅提高经济效益。

（2）金红石单矿物含杂、部分金红石被石榴子石和绿辉石包裹、部分金红石和钛铁矿紧密共生等矿物学基因特性是导致榴辉岩矿中金红石难选的主要原因；矿石中石榴子石和绿辉石的粒度分布特性及矿物内部碎裂情况是决定能否获得经济价值较高的粗粒级石榴子石和绿辉石精矿的关键因素；硫、磷杂质的含量及赋存形式是影响金红石除杂工艺的决定性因素。

（3）重选预选、干式磁选精选优先回收石榴子石和绿辉石；干式磁选非磁产品通过浮选回收金红石是榴辉岩矿较为合适的选矿工艺流程。