稀有金属 2011,35(05),736-746

江西横峰特大型钽铌矿工艺矿物学研究

马驰 卫敏 卞孝东 朱慧娟 孙红惠 王守敬

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心

摘 要：

对江西横峰特大型钽铌矿,通过光学显微镜、人工重砂、X射线衍射分析以及电子探针分析,确定了该矿主要矿物的组成及含量,详细研究了钽铌铁矿类矿物的化学成分、粒度和嵌布特征,以及钽、铌等元素的赋存状态。该矿含钽、铌的矿物种类复杂多样,钽铌铁矿的粒度为一般在0.044⁰.300 mm之间。钽铌铁矿类矿物有两种嵌布形式,粒间分布占73.92%,呈包裹体分布的占26.08%。钽铌铁矿类矿物主要为为铌铁矿、钽铁矿、铌锰矿3个矿物种,以富铁和富铌类占多数,有一定量的钛、锡等元素混入。富含锡、钛的钽铁矿变种SnO2的平均含量在9.88%,含TiO2的平均含量为7.22%。根据金属量平衡结果确定,该矿钽、铌主要集中在钽铌铁矿类矿物和细晶石中,主要分散分布在铁锂云母、锡石、闪锌矿和长石等矿物中,Nb2O5的集中系数为82.83%,Ta2O5的集中系数为55.10%。在该研究的基础上,选矿工艺制定了合理的流程,取得了良好的选矿指标。

关键词：

钽铌矿;工艺矿物学;江西横峰;赋存状态;

中图分类号： P618.79

作者简介：马驰(1981-),男,陕西武功人,硕士,工程师;研究方向:工艺矿物学(E-mail:machi111@126.com);

收稿日期：2011-01-05

基金：国家地质大调查项目(1212010816036)资助;

Process Mineralogy in Super Large Hengfeng Tantalum-Niobium Deposit in Jiangxi Province

Abstract：

There was a super large tantalum-niobium deposit in Hengfeng country,Jiangxi Province.Using a optical microscopy,manual artificial heavy concentrate,X-ray diffraction(XRD),electron probe micro-analyzer(EPMA),tantalum-niobium minerals and accompany minerals category and content of samples were studied,including chemical compositions,species,grain size,embedded characteristics,modes of occurrence of tantalum-niobium minerals.The results showed that tantalum-niobium minerals particles were mainly ranged from 0.044 mm to 0.300 mm in size.About 73.92% tantalum-niobium minerals was more liberated,but about 26.08% of tantalum-niobium minerals was locked and might be lost in tails.Valuable minerals were mainly columbite,tantalite and mangancolumbite.Some tantalum-niobium minerals contained certain amount tin and titanium.Electron microprobe analyses showed that the average SnO2 and TiO2 content in tantalum-niobium minerals were 9.88% and 7.22%,respectively.Metal distribution showed that tantalum and niobium concentrate tantalum-niobium minerals and microlite mainly,in the tailings the lost antalum and niobium were mainly scattered in zinnwaldite,cassiterite,sphalerite and feldspar.The results also showed that the recovery of Nb2O5 was 82.83%,and Ta2O5 was 55.10%.On the basic of this research,a reasonable design processing flowsheet was made and good ore dressing indicia was achieved.

Keyword：

tantalum-niobium ore;process mineralogy;Hengfeng;Jiangxi Province;modes of occurrence;

Received： 2011-01-05

1 矿区的地质概况

江西横峰钽铌矿矿床地处江南复合地体与华夏复合地体碰撞增生带次级怀玉地体内, 赣东北深大断裂带东侧, 灵山花岗岩体西缘外接触带, 矿区出露地层为震旦系, 按其岩石地层单位, 自下而上划分为休宁组、 南沱组、 兰田组和皮园村组 ^[1] , 在剖面上, 岩体呈“ 钟”状。 岩体自交代作用发育, 钠长石化、 云英岩化强烈而普遍。 铌、 钽矿体赋存于隐伏蚀变岩体内, 矿体形态特征与隐伏岩体基本一致, 矿体分带与岩体蚀变分带对应, 接触带往下依次出现伟晶岩型、 钾化花岗岩型、 云英岩化花岗岩型、 钠长石化花岗岩型矿化分带, 其中, 钠长石化花岗岩型矿石占主体, 赋存于矿体中、 下部, 呈厚大似层状按钠长石含量由少至多划分从上至下出现弱钠化花岗岩型、 中钠化花岗岩型、 强钠化花岗岩型三个亚带 ^[2] 。

表1 原矿化学多项分析结果(*表示单位为g·t-1)

Table 1 Chemical composite of the deposit (Note*unit being g·t^-1)

Element	Ta2O5	Nb2O5	Li2O	Rb2O	ZrO2	TiO2	WO3	SiO2	Al2O3
Content/%	0.0136	0.0232	0.2100	0.1600	0.0240	0.0078	0.0068	71.7900	15.9300
Element	CaO	MgO	K2O	Na2O	S	Zn	Pb	Sn	TFe
Content/%	0.1500	0.0150	3.9900	5.2000	0.0890	0.0890	0.0220	0.0280	1.0100
Element	Au*	Ag*	U3O8	ThO2
Content/%	0.2500	0.9000	0.0033	0.0037

横峰钽铌矿矿床位于江西省横峰县境内, 属隐伏蚀变花岗岩型铌钽矿床, 探获Ta, Nb 资源量达特大型, 江西省有色地质勘查局2005年底提交的详查地质报告, 探明333储量级别以上矿石量2.26亿吨, Ta₂O₅资源量31385 t, Nb₂O₅资源储量48849 t, Rb₂O资源储量448055 t, 规模为亚洲最大, 除了钽铌外, 还含有Li, Se, Sn, W, Rb等多种有用矿物 ^[3] 。 但是该矿钽铌含量低, Ta₂O₅平均品位0.013%, Nb₂O₅平均品位0.0216%, Rb₂O的平均品位为0.1978%, 而且矿石矿物嵌布关系复杂, 选矿难度较大。

2 矿石的化学成分

通过对原矿进行化学多项分析, 查明矿石中所含主要化学成分(组分)的种类及含量见表1。

由原矿的化学多项分析结果看出, 矿石的有用元素Ta, Nb, Li, Rb含量均达到工业利用品位。 其他伴生金属元素Pb, Zn, Fe, S, W等含量都很低, 均没有达到工业利用品位。

对原矿进行放射性检测, 结果见表2。

3 矿石的矿物组成

3.1 主要的矿物组成

矿石中主要矿物为微斜长石、 钠长石、 石英, 其次是铁锂云母、 黄玉、 闪锌矿等。 其他矿物含量较少。 详见表3。

3.2 主要矿物的含量

在已查明矿石中矿物组成的基础上, 结合矿石的化学多项分析、 光(薄)片镜下测定 ^[4] , 以及X光衍射分析等手段, 综合平衡计算得出矿石中主要矿物的相对含量, 见表4。

表2 原矿放射性检测结果

Table 2 Radioactive results of the deposit

Ra-226	Th-232	K-40	Internal exposure index I(Ra)	External exposure index I(r)
Specific activity(Bq/kg)
333.95	161.62	934.15	1.67	1.75

表3 原矿的矿物组成

Table 3 Mineral composition of the deposite

Tantalit-columbite mineral	Columbite, mangancolumbite, tantalit-columbite, columbite-tantalite, olovotantalite, uranmicrolite
Metal sulfide	Pyrite, chalcopyrite, galena, sphalerite
Metal oxides	Magnetite, hematite, wolframite, cassiterite, ilmenite, rutile
Naturalelements	Goldargentid, gold, native bismuth
Gangue mineral	Albite, microcline, quartz, zinnwaldite, topaz, mica, carbonate, chlorite, epidote, apatite
Other	Zircon, monazite, fluorite, thorite, cerianite, uraninite, thorite

表4 矿石中主要矿物的相对含量 (%)

Table 4 Content of the main ore mineral (%)

Mineral	Tantalum-niobium	Topaz	Sphalerite	Galena	Pyrite	Chalcopyrite	Ilmenite	Magnetite	Limonite	Cassiterite
Contenet/%	0.038	2.910	0.100	0.025	0.068	<0.010	0.015	<0.001	0.014	0.035
Mineral	Zircon	Fluorite	Feldspar	Albite	Quartz	Zinnwaldite	Muscovite	Epidote	Carbonate	Microlite
Content/%	0.033	<0.001	18.330	52.200	19.210	5.210	0.510	<0.100	<0.250	Little

表5 钽铌铁矿的原生嵌布粒度分布

Table 5 Grain size distribution of the tantalum-niobium

Grain grade/mm	-0.55+0.4	-0.4+0.3	-0.3+0.2	-0.2+0.1	-0.1+0.074	-0.074+0.044	-0.044+0.02	-0.02
Content/%	3.36	10.92	15.00	38.49	14.45	14.27	3.32	0.19
Cumulative distribution/%	3.36	14.28	29.28	67.77	82.22	96.49	99.81	100

4 矿石的主要矿物特征

4.1 铌铁矿-钽铁矿组矿物(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6

斜方晶系, 晶体呈柱状、 板状, 晶面条纹明显, 颜色为铁黑色、 褐黑色、 暗褐红色, 条痕灰褐色、 暗红褐色, 金属光泽或半金属光泽, 解理中等—不完全, 断口贝壳状—不平坦状, 性脆, 常见有锖色。 钽铌铁矿是矿石中主要的有用矿物, 在薄片中钽铌铁矿为暗红色, 有时呈黑色, 有些色调较浅, 呈棕红色, 色调不均匀, 多色性明显 ^[5,6] 。

(1) 钽铌铁矿的原生粒度和嵌布特征

因为钽铌类矿物晶体形态多为柱状、 长柱状、 板状, 所以钽铌铁矿的粒度测定是以长轴为准。 钽铌铁矿的最粗粒度为0.5 mm左右, 一般在0.3～0.044 mm之间, 最细的为0.012 mm。 原生粒度分布见表5。

钽铌铁矿有两种嵌布形式, 主要为粒间分布, 占73.92%, 呈包裹体分布的占26.08%。 钽铌铁矿粒间嵌布形式是多样的, 主要分布在微斜长石、 铁锂云母、 钠长石、 石英等矿物的粒间。 包裹体主要分布在铁锂云母中, 其次是石英、 长石和锡石中, 还有少量被包裹在绢云母和绿泥石中。 而包裹在铁锂云母中的粒度较粗, 大部分是垂直与铁锂云母的解理分布, 有利于单体解离。 钽铌铁矿常与锡石、 锆石呈连生体。

(2) 铌钽铁矿的X衍射分析

对钽铌类矿物挑选单矿物做X衍射分析, 分析结果见表6。 根据X衍射分析可以确定其应主要为铌铁矿和钽铌铁矿 ^[7] 。

(3) 铌钽铁矿的成分分析

该类型矿物中铌、 钽、 铁和锰为完全类质同象系列,根据矿物中Fe/Mn和Nb/Ta的原子比,可分为铌铁矿、 铌钽铁矿、 钽铌铁矿、 钽铁矿、 铌锰矿、 铌钽锰矿、 钽铌锰矿、 钽锰矿。

在本矿石中,根据电子探针分析 ^{[7,8,9,10,11,12]} 结果(见表7, 8)和能谱分析结果(图1, 2),可分为铌铁矿、 钽铁矿、 铌锰矿共3个矿物种, 有4个变种矿物: 钽铌锰矿、 钽铌铁矿、 铌钽铁矿、 锡钽铁矿, 以富铁和富铌类占多数, 该类矿物为连续类质同象系列,在一颗矿物的两个不同部位进行电子探针分析, 表明一部分为铌铁矿, 另一部分为钽铌铁矿。根据电子探针分析, 表明钽铌铁矿矿物中, 铁与锰, 铌与钽分别为完全类质同象, 有一定量的钛、 锡等混入。 富含锡、 钛的钽铁矿变种SnO₂的平均含量在9.88%, 含TiO₂的平均含量为7.22%。 其单矿物化学分析的结果为: Nb₂O₅: 57.08%, Ta₂O₅: 16.41%, Fe₂O₃: 15.74%, MnO: 3.83%。

表6 钽铁矿-铌铁矿X衍射分析结果

Table 6 X-ray diffraction analysis of tantalite-niobium

d	I/Io	d	I/Io
5.771	20	1.833	17
4.767	26	1.774	38
3.764	16	1.760	12
3.678	39	1.737	37
3.366	11	1.723	45
2.968	100	1.535	18
2.872	89	1.512	12
2.538	13	1.463	24
2.491	27	1.455	22
2.379	16	1.433	30
2.203	20	1.378	17
1.192	34

Note: Instrument D/Max-RC, copper target 1.5406, the current 40～80 kV·mA. Unit of analysis: Graduate School of China University of Geosciences Laboratory X-ray diffraction. Hereinafter

为了查清铌钽矿物的嵌布特征, 随机挑选在0.1～0.074 mm之间的钽铌矿物做Ta, Nb, Sn, Fe, Ti的多元素面扫描(见图3, 白色区域为所测元素富集区域), 结果显示: 该矿石钽铌类矿物主要以钽铌铁矿为主, 铌钽矿物成分变化比较大, 有的几乎构成一个完全的类质同像系列。

表7 钽铌铁矿电子探针测定结果(%)

Table 7 EPMA analysis of tantalum and niobium ore (%)

Mineral	CaO	TiO2	MnO	FeO	Nb2O5	SnO2	Ta2O5	ThO2	UO2	Total
Columbite	0.11	0.97	4.04	21.91	65.63	0.00	6.13	0.03	0.06	98.88
Columbite	0.08	1.14	4.22	20.54	65.06	0.26	8.62	0.00	0.00	99.92
Columbite	0.04	0.98	3.90	20.14	66.43	0.12	6.12	0.00	0.02	97.75
Mangancolumbite	0.00	2.35	11.80	10.75	40.86	0.74	31.94	0.00	0.12	98.56
Tantalit-columbite	0.02	2.39	5.31	19.03	56.36	1.11	14.30	0.13	0.05	98.70
Tantalit-columbite	0.09	5.88	5.42	16.78	42.20	2.45	26.13	0.00	0.00	98.95
Tantalit-columbite	0.00	6.06	5.24	17.19	42.95	2.74	25.52	0.05	0.00	99.75
Tantalit-columbite	0.03	10.38	4.66	15.50	31.20	5.05	32.10	0.00	0.00	98.92
Columbite-tantalite	0.07	1.66	7.10	14.31	25.25	3.57	45.88	0.08	0.15	98.07
Average	0.05	3.53	5.74	17.35	48.44	1.78	21.86	0.03	0.04	98.83

Note: The analysis of mineral resources in the Chinese Academy of Geological Sciences, analytical conditions: Instrument: Japan′s JXA8800R JEOL electron microprobe analyzer and Oxford ISIS300 X-ray spectrometer; working conditions: pressure: 20 KeV, electron beam beam: 2×10^-8 A; image: backscatter (composition) of electronic images and secondary electron images and X-ray images (elemental distribution images); standard sample: sample-based national standards for electronic probe, such as: olivine, pyroxene, feldspar, TiO₂, RE phosphate. Hereinafter

表8 富钛锡钽铁矿电子探针测定结果(%)

Table 8 EPMA analysis of titanium-rich olovotantalite composition (%)

Mineral	CaO	TiO2	MnO	FeO	Nb2O5	SnO2	Ta2O5	ThO2	UO2	Total
Olovotantalite	0.03	6.18	3.22	17.31	20.08	8.45	42.87	0.19	0.00	98.33
Olovotantalite	0.08	9.50	4.56	14.59	19.89	10.47	40.41	0.00	0.02	99.52
Olovotantalite	0.18	9.21	3.94	13.08	5.98	8.42	58.56	0.00	0.00	99.37
Olovotantalite	0.09	9.69	3.70	13.68	5.67	8.50	57.03	0.35	0.00	98.71
Olovotantalite	0.08	1.51	4.77	15.09	13.11	13.56	50.58	0.22	0.05	98.97
Average	0.09	7.22	4.04	14.75	12.94	9.88	49.89	0.15	0.014	98.98

图3 铌矿物砂样中多元素(Ta, Nb, Sn, Ti, Mn, Fe)的面扫描结果图

Fig.3 Electron mcroscopic mapping of tantalum and niobium Ore

以氧原子数目为基础计算铌铁矿-钽铁矿矿物的分子式 ^[13] , 根据电子探针的分析数据的平均结果为依据, 计算其平均化学成分的分子式(表9);

从表9可以得出该铌钽矿物的平均化学成分的分子式为: Mn_0.32Fe_0.93Sn_0.03Ti_0.07Nb_1.46Ta_0.36O₆从分子式可以看出该铌钽类主要为钽铌铁矿。

表9 铌铁矿-钽铁矿矿物的分子式计算表

Table 9 Niobium tantalite mineral formula calculation

Element	Content/%	Molecular number	Oxygen atom	Cation	O=6
					Oxygen atom	Cation
TiO2	2.68	18	36	18	0.14	0.07
MnO	5.88	83	83	83	0.32	0.32
FeO	17.58	244	244	244	0.93	0.93
Nb2O5	50.59	190	950	380	3.64	1.46
SnO2	1.37	9	18	9	0.07	0.03
Ta2O5	20.58	47	235	94	0.9	0.36
ThO2	0.036	Omit
UO2	0.05
CaO	0.051
Total	98.82

表10 富铀细晶石成分电子探针测定结果(%)

Table 10 EPMA analysis of uranmicrolite composition (%)

Mineral	CaO	TiO2	MnO	FeO	Nb2O5	SnO2	Ta2O5	ThO2	UO2	Total
Uranmicrolite	7.95	2.76	0.34	1.11	7.12	1.16	61.29	1.60	15.42	98.75
Uranmicrolite	6.11	2.82	0.03	0.00	2.17	1.65	67.71	1.57	16.59	98.65
Uranmicrolite	5.57	0.36	0.00	0.18	4.30	1.45	68.28	0.00	18.62	98.76
Uranmicrolite	7.17	2.37	0.18	0.52	7.47	0.81	61.50	0.95	17.77	98.74
Uranmicrolite	6.48	1.41	0.00	0.15	4.26	1.57	67.58	0.79	16.46	98.70
Uranmicrolite	6.80	2.77	0.00	0.00	5.57	0.81	64.61	0.96	17.33	98.85
Uranmicrolite	5.44	2.17	0.00	0.00	4.90	0.92	64.84	0.57	20.08	98.92
Uranmicrolite	5.32	3.11	0.00	0.34	4.72	0.98	64.66	1.33	18.37	98.83
Average	6.36	2.22	0.07	0.29	5.06	1.17	65.05	0.97	17.58	98.78

4.2 细晶石((Ca,Na)2(Ta,Nb)2O6(O,OH,F)

细晶石属烧绿石亚族矿物。 细晶石呈黄褐色, 少数呈黄白色、 黑色, 具八面体或四角三八面体的聚晶, 或呈不规则粒状。 玻璃-树脂光泽, 密度 5.9～6.4 g·cm^-3, 莫氏硬度5.9～6.4 ^[14] 。 细晶石A组阳离子为Ca和Na, 但常为U⁴⁺代替Ca²⁺, 并有Pb, Ba等替代, B组阳离子为Ta和Nb, 以Ta为主, Nb含量不超过10%。 本矿石细晶石富含铀, 一般含UO₂在15%～20%之间, 为细晶石的富铀变种。 细晶石主要嵌布于长石中或长石与云母之间, 少数嵌布于云母中, 矿物颗粒细小, 粒度主要集中在0.02～0.1 mm。 亦可见少量细晶石与钽铌铁矿连生。 细晶石电子探针测定结果见表10。

4.3 铁锂云母

铁锂云母为鳞片状, 颜色为浅褐色, 暗灰绿色, 珍珠光泽。 单偏光下略带浅褐色, 无色, 微弱的多色性, 一组解理发育, 二级干涉色。 具有弱的电磁性。

铁锂云母中常含有钽铌铁矿的包体, 约占14.5%, 包体的最大粒度可达到0.5 mm左右, 但是钽铌铁矿一般垂直于解理缝隙分布, 这不利于钽铌铁矿的单体解离。 对铁锂云母挑选单矿物做化学分析、 X衍射分析和电子探针分析结果见表11～13。

4.4 锡石(SnO2)

锡石属四方晶系的氧化物矿物。 呈正方双锥状、 粒状, 茶褐色、 褐黑色、 棕色, 色调不均匀, 金刚光泽、 玻璃光泽, 参差状断口, 性脆。 锡石的莫氏硬度6.0～7.0, 密度6.8～7.1 g·cm^-3。 单偏光下为棕红色、 褐棕色, 有呈晶簇状集合体, 高突起, 糙面显著。 多色性明显, 浅棕色-棕红色, 干涉色鲜艳多彩。 锡石中总会包裹着细粒的钽铌铁矿, 或与钽铌铁矿、 锆石呈集合体。 锡石一般粒度为0.2～0.074 mm之间, 钽铌元素往往以固体矿物相或者超显微包裹体存在于锡石中。 部分钽、 铌是以异价类质同像方式置换锡石中的锡。 从锡石的多元素线扫描的结果来看(图4): 锡石与钽铌矿物呈完全的过渡关系。

表11 铁锂云母单矿物化学多项分析结果

Table 11 Chemical composition of zinnwaldite

Element	Nb2O5	Ta2O5	Rb2O	Li2O
Content/%	0.305	0.0104	0.86	2.72

表12 铁锂云母的X衍射分析结果

Table 12 X-ray diffraction analyses of zinnwaldite

d	I/Io	d	I/Io
9.753	48	2.469	17
4.919	5	2.401	2
3.625	3	2.151	2
3.288	100	1.977	46
3.089	5	1.655	5
2.892	5	1.512	3
2.668	4	1.414	7
2.592	2	1.351	5

表13 铁锂云母成分电子探针测定结果(%)

Table 13 EPMA analysis of zinnwaldite composition (%)

Na2O	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	TiO2	Cr2O3	MnO	FeO	ZrO2	Total
0.68	24.29	47.46	10.04	0.07	0.05	0.07	0.67	12.26	0.05	95.64
0.00	23.57	46.95	9.95	0.07	0.03	0.08	1.03	14.29	0.05	96.02
0.61	24.21	47.75	9.93	0.00	0.10	0.02	0.86	11.95	0.10	95.53

注: 电子探针分析不能测出Li元素的含量

锡石的单矿物分析: Nb₂O₅; 8.30%; Ta₂O₅: 3.68%; Sn: 52.11%。 锡石单矿物是从选矿的电选产品中挑选的, 铌钽除了呈包裹体分布在锡石中外, 可能会混有少量的钽铌铁矿的单体, 因此铌钽含量偏高。 从而影响锡石中锡的品位, 有少量的脉石矿物连生体, 但是粒度很细。

锡石的电子探针分析结果(表14)来看: 锡石中平均含Nb₂O₅为1.4%, Ta₂O₅为6.5%, 所以锡石产品的钽、 铌可以考虑综合回收利用。

4.5 方铅矿(PbS)和银金矿

方铅矿是金银矿的载体矿物。 金银矿呈前黄色、 较软、 有延展性, 反射色为浅黄色、 高反射率。 也有单体金存在脉石矿物中, 反射色为金黄色。 最大粒径为0.18 mm, 一般在0.02～0.04 mm, 最细的为0.004 mm。 对银金矿做电子探针分析, 结果见表15。

4.6 黄玉和闪锌矿(ZnS)

黄玉为斜方晶系, 晶体少见, 以不规则粒状产出, 颜色为无色, 条痕无色, 玻璃光泽, 二轴晶, 正光性。 对黄玉做电子探针分析, 结果见表16。

闪锌矿是矿石中含量较多的硫化物, 棕黄色、 棕黑色、 棕红色、 黄色、 棕色, 色调不均匀, 透明至半透明。 油脂光泽、 金刚光泽, 粉末呈棕色, 性脆。 单偏光下为黄色、 棕黄色, 均质性;反光下为灰白色。 闪锌矿呈乳滴状分布在黄铜矿中。

图4 锡石中铌、 钽、 铁、 锡的线扫描

Fig.4 Electron microscopic line scan of cassiterite

表14 锡石成分电子探针测定结果(%)

Table 14 EPMA analysis of cassiterite composition (%)

Mineral	SiO2	CaO	TiO2	MnO	FeO	Nb2O5	SnO2	Ta2O5	Total
Cassiterite	0.21	0.00	0.00	0.00	0.47	0.41	97.52	1.01	99.62
Cassiterite	0.35	0.00	0.12	0.17	0.48	2.85	85.19	8.47	97.63
Cassiterite	1.07	0.00	0.00	0.32	0.54	2.89	83.66	10.75	99.23
Cassiterite	0.32	0.00	0.79	0.04	1.17	2.78	89.18	5.55	99.51
Cassiterite	0.09	0.00	0.00	0.03	0.42	0.53	97.51	1.00	99.49
Cassiterite	1.06	0.00	0.00	0.05	1.76	0.56	92.17	4.63	99.17
Cassiterite	0.74	0.05	0.00	0.15	1.87	1.08	78.63	16.60	98.38
Cassiterite	0.22	0.09	0.00	0.06	0.26	0.44	97.87	0.70	99.42
Cassiterite	0.00	0.42	0.44	0.22	3.22	2.36	77.10	14.80	98.56
Cassiterite	0.63	0.00	0.00	0.08	0.79	0.07	96.60	1.36	99.53
Average	0.469	0.056	0.135	0.112	1.098	1.397	89.543	6.487	99.05

表15 银金矿成分电子探针测定结果(%)

Table 15 EPMA analysis of electrum composition (%)

Si	Ni	Cu	Ag	Au	Bi	Total
0.01	0.15	0.14	12.12	86.61	0.65	99.68
0.00	0.11	0.07	13.21	85.61	0.65	98.65

表16 黄玉成分电子探针测定结果(%)

Table 16 EPMA analysis of topaz composition (%)

Na2O	MgO	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	TiO2	MnO	FeO	ZrO2	Total
0.05	0.04	53.49	31.97	0.06	0.01	0.02	0.08	0.08	0.05	85.85
0.10	0.00	54.22	31.83	0.00	0.00	0.02	0.01	0.11	0.00	86.29

4.7 黑钨矿((Mn,Fe)WO4)

黑钨矿为黑色, 棕色; 条痕黑褐色, 一般呈板状、 柱状, 柱面上常有纵条纹。 断口不平坦, 金属至半金属光泽, 性脆, 莫氏硬度4.5～5.5, 密度6.7～7.6 g·cm^-3。 黑钨矿成分电子探针测定结果见表17。

4.8 锆石

锆石为四方晶系, 晶体呈四方柱状, 大部分以粒状产出。 以四方柱状晶形产出者, 颜色为烟灰色, 半透明, 油脂光泽—金刚光泽; 以不规则粒状产出者, 颜色为肉红色, 半透明, 油脂光泽, 一轴晶, 正光性。 锆石的电子探针结果见表18。

4.9 自然铋

自然铋, 新鲜时呈银白色, 带有特有的浅红色, 氧化后呈黄色至深灰色。 条痕为灰色; 不透明; 强金属光泽; 莫氏硬度2～2.5; {0001}解理完全, 晶体长度内单向劈理良好, 断口呈贝壳状; 密度: 9.7～9.8 g·cm^-3。 脆性至弱延展性, 具有强逆磁性, 遇冷发生膨胀。 自然铋的电子探针分析结果见表19。

4.10 方铈矿

等轴晶系, 晶体呈八面体, 颜色为琥珀黄色, 带浅绿色色调或者为蜡黄色。 比重7.19。 从电子探针分析结果(表20)来看该方铈矿中含有稀土元素, 平均含Nd在10%左右, 含La在20%左右。

4.11放射性矿物: 独居石、 晶质铀矿、 钍石和方钍石等

这些放射性矿物一般以细粒包体的形式分布在石英和长石中。

独居石((Ce, La, Nd, Th)[PO₄]: 属单斜晶系的磷酸盐矿物。 晶体为板状或柱状。 棕红色、 黄色, 有时褐黄色, 油脂光泽, 解理完全, 性脆。 单偏光下为浅黄色, 高突起、 高级干涉色。 摩斯硬度5～5.5, 密度4.9～5.5 g·cm^-3。 独居石的电子探针分析结果和X衍射分析结果见表21, 22。 独居石化学成分的特点是富含轻稀土而贫含钍, 一般为Ce>La>Nd>Th, 一般Ce比La比Nd约为5∶2∶1 ^[15] 。

晶质铀矿(UO₂), 黑色; 条痕褐黑色; 晶质铀矿呈半金属光泽至树脂光泽, 沥青铀矿主要呈沥青光泽, 而铀黑则光泽暗淡。 无解理; 贝壳状断口或参差状断口。 晶质铀矿的硬度为5～6, 晶质铀矿的相对密度一般为10左右, 当U被Th、 稀土等元素置换量增加或放射性蜕变程度增大时, 相对密度趋于降低。 从电子探针的分析结果来看部分U被Th置换。

表17 黑钨矿成分电子探针测定结果(%)

Table 17 EPMA analysis of wolframite composition (%)

CaO	TiO2	MnO	FeO	Nb2O5	SnO2	WO3	Total
0.16	0.15	10.81	16.26	0.65	0.21	71.05	99.26
0.00	0.67	9.69	14.55	0.45	0.21	74.21	99.78

表18 锆石成分电子探针测定结果(%)

Table 18 EPMA analysis of zircon composition (%)

Na2O	MgO	SiO2	CaO	TiO2	Cr2O3	FeO	ZrO2	UO2	Total
0.05	0.09	32.13	0.02	0.05	0.09	0.12	63.56	2.87	96.10

钍石为四方晶系, 晶体少见, 以粒状产出, 颜色为褐色、 褐黄色, 条痕浅黄色或灰白色, 玻璃光泽-油脂光泽, 半透明, 折射率1.80～1.81。 在矿石中含量较低。 从电子探针的分析结果(表23)来看, 主要的矿物钍石、 方钍石和铁钍石。

4.12 脉石矿物

脉石矿物主要是钠长石、 微斜长石和石英组成, 在矿石中含量约为90%左右。 钠长石呈柱状、 粒状, 在单偏光下透明, 在正交镜下, 干涉色一级灰白, 聚片双晶明显。 钠长石化比较普遍, 在个别薄片中含量可以达到90%左右。 微斜长石呈肉红色, 粒状, 颗粒较粗大。 单偏镜下一组解理明显, 表面有褐色质点覆盖, 光性模糊, 这是影响长石尾矿白度的关键因素。 石英的形成有两期, 早期石英粒度较粗; 晚期硅化石英细脉穿插在钠长石中, 粒度一般小于0.01 mm。 萤石为淡紫色、 无色、 粒状、 玻璃光泽、 透明, 单偏光下为淡紫色, 均质体。 萤石常与钽铌铁矿、 锡石、 绿泥石连生。

表19 自然铋成分电子探针测定结果(%)

Table 19 EPMA analysis of native bismuth composition (%)

Si	Fe	Co	Ni	Cu	Ag	Pb	Bi	Total
0.08	0.02	0.00	0.06	0.00	0.18	0.33	98.57	99.24
0.04	0.11	0.02	0.00	0.00	0.00	0.28	98.73	99.18
0.03	0.00	0.00	0.00	0.11	0.11	0.34	98.88	99.47
0.00	0.52	0.00	0.10	0.00	0.00	0.15	97.76	98.53

表20 方铈矿成分电子探针测定结果(%)

Table 20 EPMA analysis of cerianite composition (%)

SiO2	La2O3	CeO2	Pr2O7	Nd2O5	SmO	ThO2	Total
0.02	21.07	58.44	4.16	10.07	1.51	3.72	98.99
0.34	20.75	58.19	4.24	10.25	1.05	3.55	98.37

表21 独居石成分电子探针测定结果(%)

Table 21 EPMA analysis of monazite composition (%)

SiO2	P2O5	Y2O3	La2O3	CeO2	Pr2O7	Nd2O5	SmO	YbO	ThO2	UO2	Total
0.21	27.27	0.67	14.85	39.45	2.66	7.29	1.26	0.41	4.56	0.03	98.66
0.13	27.06	0.53	15.19	39.21	2.81	7.05	1.19	0.35	5.88	0.03	99.43

表22 晶质铀矿成分电子探针测定结果(%)

Table 22 EPMA analysis of ulrichitecomposition (%)

SiO2	CaO	TiO2	MnO	FeO	SnO2	Ta2O5	ThO2	UO2	Total
0.39	3.64	0.00	0.24	0.28	0.73	0.00	0.00	92.17	97.06
0.08	0.00	0.16	0.00	0.11	1.72	0.25	10.90	84.79	97.93

表23 钍石成分电子探针测定结果(%)

Table 23 EPMA analysis of thorite composition (%)

Mineral	SiO2	CaO	TiO2	MnO	FeO	SnO2	Ta2O5	ThO2	UO2	Total
Thorite	18.47	1.09	0.09	0.17	0.00	1.97	16.03	45.42	33.51	98.28
Thorite	17.61	1.32	0.16	0.10	0.23	0.74	16.73	52.73	26.51	98.52
Thorianite	0.93	0.69	0.00	0.00	0.00	0.56	1.00	96.61	0.10	98.96
Ferrithorite	19.01	0.28	0.02	0.00	19.92	0.00	12.94	42.64	3.64	98.45

表24 钽、 铌的金属量平衡表

Table 24 Metal mass balance of Nb and Ta

Mineral	Content/%	Nb2O5(%)			Ta2O5(%)
		Grade	Productivity	Distribution ratio	Grade	Productivity	Distribution ratio
Tantalit-columbite*	0.038	50.59	0.019224	82.83	20.58	0.00782	55.10
Microlite*	0.003	5.06	0.000152	0.65	65.06	0.001952	13.75
Cassiterite*	0.029	1.397	0.000405	1.75	6.487	0.001881	13.25
Sphalerite	0.13	0.2971	0.000386	1.66	0.1288	0.000167	1.18
Zinnwaldite	4.9	0.027	0.001323	5.70	0.00896	0.000439	3.09
Topaz	2.91	0.00237	0.000069	0.29	0.00551	0.00016	1.13
Quartz	19.21	0.00107	0.000206	0.89	0.0016	0.000307	2.17
Feldspar	72.53	0.00199	0.001443	6.22	0.00202	0.001465	10.32
Total	99.75		0.023208	99.99		0.014193	99.99
Grade of primary mineral	0.0232%				0.0136
Regression coefficient	100.03%				104.36%
Recovery	82.83%				55.10%

Note: Marked * test data from electron microprobe analysis

5 主要元素的赋存状态

5.1 铌、 钽

钽、 铌主要以钽铌铁矿类矿物和细晶石矿物的形式存在, 分散分布在铁锂云母、 锡石和闪锌矿等矿物中。 为了定量的表明矿石中有用元素赋存在那些矿物中, 以及其集中和分散情况, 做了该矿石的钽、 铌的金属平衡。 金属平衡结果见表24, 从而确定该矿Nb₂O₅的集中系数(集中系数为该元素的最大回收率)为82.83%, Ta₂O₅的集中系数为55.10%。

根据工艺矿物学研究结果, 选矿采用重选、 浮选、 磁选联合流程, 扩大试验获得钽铌精矿总产率0.0402%, 品位分别为Nb₂O₅ 41.671%, Ta₂O₅ 18.2768%, 回收率分别为Nb₂O₅ 70.77%, Ta₂O₅ 49.08%。

5.2 锂、 铷

锂主要存在于铁锂云母中, 挑选单矿物分析, 在铁锂云母中含Li₂O为2.72%。 铷主要存在于钾长石(微斜长石)和铁锂云母中, 其中挑选微斜长石单矿物中含Rb₂O为0.31%, 泥级(-0.044 mm)中含Rb₂O为0.15%, 挑选铁锂云母单矿物中含Rb₂O为0.86%。

5.3 金、 银

主要呈银金矿的形式出现, 与方铅矿连生密切, 在浮选的硫化物精矿中可以综合利用。 在非磁性选矿产品中也有单体金银矿。

5.4 锡

锡主要赋存于锡石和钽铌矿物中。 由于锡石与铌钽矿物连生密切, 所以对锡石中铌、 钽元素可以考虑综合回收利用。

5.6 铀、 钍等放射性元素

主要矿物是晶质铀矿、 钍石、 方钍石、 铁钍石、 独居石, 都具有放射性, 部分铀、 钍以类质同像存在于细晶石、 方铈矿中。

6 结 论

1. 江西横峰特大型钽铌矿属隐伏蚀变花岗岩型铌钽矿床, 含钽、 铌的矿物种类复杂多样, 主要是钽铌铁矿类矿物和细晶石, 钽铌铁矿的最粗粒度为0.5 mm左右, 一般在0.3～0.044 mm之间, 最细的为0.012 mm。 最细的为0.012 mm。 钽铌铁矿有两种嵌布形式, 主要为粒间分布占73.92%, 呈包裹体分布的占26.08%。

2. 钽铌主要以独立矿物形式存在, 钽铌铁矿类矿物的化学成分变化较大, 可分为铌铁矿、 钽铁矿、 铌锰矿共3个矿物种, 有4个变种矿物: 钽铌锰矿、 钽铌铁矿、 铌钽铁矿、 锡钽铁矿, 以富铁和富铌类占多数, 该类矿物为连续类质同象系列,钽铌铁矿矿物中, 铁与锰, 铌与钽分别为完全类质同象, 有一定量的钛、 锡等混入。 富含锡、 钛的钽铁矿变种SnO₂的平均含量在9.88%, 含TiO₂的平均含量为7.22%。

3. 钽、 铌主要以钽铌铁矿类矿物和细晶石的形式存在, 主要分散分布在铁锂云母、 锡石、 闪锌矿和长石等矿物中。 金属量平衡结果表明该矿Nb₂O₅的集中系数为82.83%, Ta₂O₅的集中系数为55.10%。

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