江西某蚀变花岗岩锂矿工艺矿物学研究

胡 金,吕 伟,朱明波,余志玮,张淑娴

(1.玉溪师范学院,云南 玉溪 653100;2.江西省自然资源事业发展中心,江西 南昌 330025)

0 引言

锂是自然界最轻的金属,具有密度低、压缩性小,硬度大和熔点高等特征,被广泛应用于新能源汽车、航空、核工业、医疗、玻璃、陶瓷、光电、冶金等行业领域中。当前随着新能源产业的的发展,锂矿市场需求量大增[1-6]。目前含锂资源的矿床主要有卤水型、硬岩型和黏土型[7-11],市场上开采的锂矿是以伟晶岩矿床为代表的硬岩型锂矿,其含锂矿物锂辉石是锂矿的主要矿物来源。随着近十年的锂矿勘查,硬岩型锂矿从单一的花岗伟晶岩型到蚀变花岗岩型、伟晶岩型、角砾岩筒型、沉积型等多种类型并重[12],特别是蚀变花岗岩型,其矿床规模往往比较大,品位低,其主要含矿矿物锂云母提锂技术逐渐受到关注[13-15]。江西某锂矿是近年来地质勘查新发现的一大型锂矿床,是江西岩浆热液蚀变作用形成的典型蚀变花岗岩型锂矿床之一,其含锂矿物主要为锂云母。本文对该矿床矿石开展工艺矿物学研究,阐明锂元素的赋存状态、矿物的嵌布特征和锂云母的嵌布粒度和单体解离度,为锂矿石的选矿工艺提供科学依据。

1 矿床地质概况

1.1 矿体概况

矿区位于江南隆起带九岭逆冲隆起南缘古阳寨岩体东部,区内锂矿赋矿母岩为白云母花岗岩,围岩为含锂量偏低的白云母花岗岩或二云母二长花岗岩体,具有明显的成矿专属性。矿区共有5条锂矿体,呈似层状平缓产出,均赋存于中细粒白云母花岗岩中,为大型矿床,估算Li2O大于30万t,平均品位0.44%。3条主矿体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)分布在同一空间,Ⅰ号矿体出露于地表,埋深较浅,向深部依次分布Ⅱ号和Ⅲ号矿体(图1),相互垂直间距10～110 m不等,3个矿体特征较为相似。Ⅰ号矿体规模最大,似层状,走向近SN,倾向W,倾角约15°,走向长1 381 m,倾向延深819 m,平均厚度21.93 m,平均品位0.44%。另外2条矿体与主矿体特征相似,但规模较小。

1.2 矿石概况

矿石为中细粒钠长石化花岗岩,呈灰白色-灰色,最常见的构造为块状构造、团粒状构造和星散状构造;细-中粒花岗结构,分为半自形晶粒结构、他形晶粒状结构和交代残余结构。

图1 矿区某剖面示意图

2 样品采集与分析方法

试验样品根据各矿体的资源量占比布置采样点采集岩心样,选择最具代表性的样块制备光薄片和电子探针样品,采用偏光显微镜、扫描电镜分析矿石主要矿物组合、结构构造特征嵌布粒度和能谱微区成分。余样用鄂式和对辊破碎破碎至-2 mm后筛分、混匀配矿缩分后采用X荧光光谱分析、X射线衍射和MLA矿物自动定量系统进行化学分析、矿物组成和相对含量分析。

3 分析结果

3.1 化学成分

矿石中LiO2含量0.42%,为选矿回收的主要组分;K2O含量为3.86%、Na2O含量为3.60%,主要赋存于长石等矿物中,可随长石矿物富集回收;Ta2O5、Nb2O5、Rb2O、Cs2O品位均较低,回收价值不大,选矿需要排除的杂质组分为Fe2O3,主要元素的化学成分分析结果见表1。

表1 矿石多元素分析结果

3.2 矿物组成

经镜下鉴定、X射线衍射分析和MLA矿物自动定量系统分析,矿石中有用矿物为锂云母,脉石矿物为钾长石、斜长石、钠长石、石英、白云母、方解石及少量的黑云母、磷灰石、磁铁矿、黄铁矿、赤(褐)铁矿、铌钽铁矿、锆石、萤石、独居石、黄玉、榍石、阳起石、钛铁矿、绿帘石等,各矿物的相对含量见表2。

3.3 矿石中锂元素赋存状态

为查明矿石中锂云母的赋存状态,挑选浅色云母(锂云母和白云母)、长石和石英单矿物进行化学分析,Li2O的分析结果分别为3.57%、0.05%和0.01%,结合浅色云母的含量,锂在浅色云母中的分布率为92.10%,锂主要分布在浅色云母中(表3)。

为查明云母的微区化学成分特征,采用扫描电镜对锂云母和白云母进行了能谱微区成分测定。测定结果表明,锂云母的主要成分为K、Al、Si和F(图2、表4),平均含量分别为10.36%,29.24%、49.48%和2.25%,另外锂云母中含有极少量Rb、Cs、Mg、Mn等元素,其中K含量远高于原矿中的含量,结合矿物含量计算,约有27.46%的K随锂云母走向一致,但锂云母中Rb、Cs平均含量较低,其中Rb含量为0.028%、Cs含量为0.018%左右,结合矿物含量计算,约1.59%的Rb及4.60%的Cs随锂云母走向一致。白云母能谱微区成分测定结果表明(表5),Rb、Cs在白云母中亦未有效富集,仅0.045%的Rb及0.01%的Cs随白云母走向一致,难以随云母的浮选富集而回收。

表2 矿物组成分析结果

表3 矿石中锂的平衡分配计算结果

图2 锂云母的X射线能谱成分图

表4 锂云母的能谱微区成分(%)分析

表4(续)

表5 白云母的能谱微区成分/%分析

4 矿石矿物的嵌布特征与嵌布关系

4.1 云母

矿石中云母多呈半自形叶片状、鳞片状等形态分布,片径在0.5～2.0 mm范围,具多色性,白色、浅玫瑰色-浅褐色,部分为黑云母蚀变而成,解理缝可见残存黑云母假象,局部有钠长石交代并与长石紧密镶嵌,解理发育(图3a);沿(001)面可剥成无数薄片,有的薄,有的被铁质渲染,并呈包裹体形态分布;部分铁锂云母以鳞片状分布于长石和石英粒间(图3b),交代长石与石英;另有少数白云母片径在0.1～0.2 mm,含量稀少,边缘附有白色黏土矿物。

4.2 脉石矿物

长石:多为白色、淡粉色,主要有钾长石、钠长石和斜长石,其中斜长石呈半自形板状,长径1.0～3.2 mm,部分具轻微绢云母化、黏土化,大部分已钠化,部分斜长石呈交代残留体与交代矿物钠长石、石英、铁锂云母、锂白云母等组成难以分离的集合体。钾长石呈半自形-他形板状,长径1.2～4 mm,具弱—中等泥化,边部常被钠长石交代呈残状,具交代残余结构,部分钾长石边缘还被铁质、黏土矿物渲染呈淡粉色、淡红色。钠长石呈半自形板柱状或糖粒状,长径0.2～0.8 mm,多可见两组完全解理,颗粒为柱状、板柱状,其自形程度比其它造岩矿物高,呈板条状,聚片双晶发育,常以交代钾长石产出。另外钾长石、钠长石相互间也彼此交代呈集合体。由于矿石在原生矿体中遭受不同程度蚀变作用,导致部分长石矿物被分解成高岭石、绢云母和黏土矿物,使得矿石中黏土矿物含量较高,矿石泥化及粉碎化现象严重。

图3 矿石中主要矿物的显微照片

钽铌:主要为钽铌铁矿,以钽铁矿和铌铁矿两种形式存在,半透明褐色或深褐色调,多呈细小的针柱状形态分布,长径在0～0.25 mm,嵌布粒度较细。钽铌矿物多数为细小的单体矿物,但部分被石英、长石等包裹交代,并组成致密的集合体形态。另外,矿石中烧绿石也有钽铌存在,但含量稀少,粒度微细,回收困难。

石英:呈他形粒状,粒径1.5～5.0 mm,边部常被钠长石交代。

磷灰石:呈柱状、粒状,长径0.05～0.1 mm。

榍石:呈不规则形,粒径0.1～0.2 mm。

独居石:呈自形粒状,粒径0.1 mm,具放射晕。

其他金属矿物:黄铁矿多呈半自形-他形晶粒,粒径在0.05～0.2 mm范围,部分已被氧化为次生褐铁矿;钛铁矿多呈他形或不规则形晶粒,粒径约0.1 mm;磁铁矿多呈半自形晶粒,粒径在0.1～0.2 mm范围。矿石中金属矿物相互间无接触交代关系,但部分与铁锂云母、锂白云母、长石、石英等非金属矿物交代包裹,彼此分离难度大。

5 锂云母嵌布粒度和单体解离度

5.1 嵌布粒度

在显微镜下测定矿物的粒级分布(表6、表7),锂矿物嵌布粒度较粗,+0.10 mm粒级含量占62.70%,+0.038 mm粒级含量占81.91%,可见锂矿物嵌布粒度以粗粒为主,呈粗-中嵌布;钽铌矿物嵌布粒度较细,+0.074 mm粒级含量为48.61%,而+0.038 mm粒级含量达68.22%,-0.038 mm粒级含量占31.78%,可见钽铌矿物嵌布粒度以细粒为主,呈细-中粒嵌布,部分为微细粒级。

表6 锂矿物嵌布粒度特性

表7 钽铌矿物嵌布粒度特性

5.2 单体解离度

在显微镜下测定矿物单体解离度(表8、表9),锂矿物单体解离情况良好,多数为单体矿物,-0.10+0.074 mm粒级单体含量为73.38%、-0.074+0.038 mm单体含量达82.56%,尽管+0.15 mm粒级未能实现完全解离,但全样单体解离为74.01%,有利于锂矿物的回收;钽铌矿物单体解离较差,粗粒级中单体含量较少,虽然细粒级中钽矿物基本实现单体解离,-0.038 mm粒级单体含量可达95.38%,但粒度微细,不利于钽铌矿物的回收。

表8 锂矿物单体解离度测定结果

表9 钽铌矿物单体解离度测定结果

6 结论

(1)矿石中Li2O含量为0.42%,是主要回收的组分;其他元素含量均未达到工业品位或综合评价指标,有害组分为Fe2O3含量0.64%。矿石中的有价矿物主要是锂云母,脉石矿物含量较高的是长石和石英。

(2)锂矿物嵌布粒度呈粗—中嵌布,以粗粒为主,全样单体解离度高,有利于锂矿物的回收;钽铌矿物嵌布粒度呈中—细粒嵌布,以细粒为主,部分为微细粒级,虽然细粒级普遍解离,但由于粒度过细,不利于钽铌的重选回收,同时钽铌品位低未达到工业品位,无回收利用价值。