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青海尖顶山天青石矿工艺矿物学研究


Se ries N o 405 . M a rch 2010









M ETA L M I NE

总 第 405期 2010年第 3期

青海尖顶山天青石矿工艺矿物学研究
王舒娅
摘 要
1

2 ,

龙光明

1

祁米香

1

杨占寿

1

李加升

1 2 ,

( 1. 中国科学院青海盐湖 研究所; 2 中国科学院研究生院 ) . 通过工艺 矿物学研究, 查明了青海尖顶 山天青石 矿的矿 物组成, 主 要元素 的赋存形 式, 矿石的 结构、

构造及解离度, 为选矿试验提供了重要依据。锶主要以 硫酸锶 独立矿物 的形式 存在, 矿石 中的主要 脉石矿 物为碳 酸盐矿物。矿石中的天青石在磨 矿细度为 100目到 200目的范围时, 可以获得 80 以上的 解离度。 % 关键词 天青石 工艺矿物学 解离度

P rocessing M ineralogy Research of P icacho C elestite in Q inghai W ang Shuya
1, 2

Long Guangm in g

1

Q iM ix iang

1

Y ang Zhanshou

1

L i Jiasheng

1, 2

( 1 Q inghai Institute of Salt Lake, Ch inese A cademy of S ciences 2 G raduate U niver sity of Chinese A cademy of Sciences ) . ; . Abstrac t T he process m ineralogy study w as m ade to identify the m inera l co position, occurrence for s, structure m m and tex ture and the liberation degree o f P icacho ce lestite from Q ingha.i It is a useful reference for deve loping celestite o res , in this area T he strontium m a inly occurs in the forms of strontium sulfate Carbonate m ineral is the m a in gangue m inera. . . l T he liberation degree of ce lestite is mo re than 80 when the g rinding fineness is betw een 100 and 200 mesh. % K eywords Ce lestite P rocess ing m inera logy L ibera tion degree , ,

天青石是目前最主要利用的含锶矿物。锶产品 用途十分广泛, 可作原子电池电子元件的磁性材料, 军事上用作信号弹, 用于彩色显像管中可防 X射线 对人体的伤害, 并使图像更加清晰、 稳定, 光学、 陶 瓷、 制糖、 医药等工业也离不开锶 。 天青石现已开发的国家主要有中国、 墨西哥、 西 班牙、 伊朗、 英国和土耳其等国家。我国天青石储量 居世界首位, 主要分布在青海、 重庆、 湖北、 江苏、 云 南等地, 其中青海储量最大, 主要分布在柴达木盆地 西北部。 柴达木盆地西北部的锶矿床是世界上已知的成 矿时代最年轻的大陆热水沉积层控型锶矿床, 也是 世界上最大的陆相盐类矿床富集区。是我国目前已 知的锶矿床储量最大、 锶矿资源量最丰富的成矿区, 集中分布在大风山、 尖顶山一带
[ 2] [ 1]

足及青海大风山天青石矿的研究。本研究通过对尖 顶山天青石矿工艺矿物学进行研究, 以获得相关的 信息和数据, 为该矿区矿石选矿富集和加工利用提 供依据。

1 主要设备和仪器
( 1) X- 射线荧光光谱仪。 Ax ios PW 4400 荷兰 , 帕纳科公司。 ( 2) X- 射线粉晶衍射仪。 X pert P ro 荷兰帕纳 ' , 科公司。 ( 3) X- 射线能量色散谱仪。 I CA 系列, 日本 N 电子公司。 ( 4)实体显微镜。 S tem i 2000- C, 蔡司光学仪 器国际贸易有限公司。 ( 5)偏光显微镜。 D ialu x- POL, 西德莱兹厂。 ( 6)热分析仪。 SDT Q600, 美国 TA 公司。



大风山和尖顶山的天青石矿床产于第三系至第 四系陆源碎屑 - 化学岩系中, 具有明显的热水沉积 特征, 是已知的世界上成矿时代最年轻的层控型大 [ 23] 陆热水沉积天青石矿床 。目前关于大风山天青 石矿的报道较多, 而对于尖顶山的天青石矿却很少 见报道。 国内关于天青石的工艺矿物学的报道有重庆大
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2 试验方法
2 1 矿物的取样及预处理 . 尖顶山背斜带由尖顶山、 黑梁子、 长尾梁 3个构造 组成。尖顶山构造位于柴达木盆地西部北区小梁山凹
王舒娅 ( 1983 ) , 女, 中国 科 学院 青 海 盐湖 研 究 所, 硕士 研 究生, 810008 青海省西宁市新宁路 18号。

王舒娅等: 青海尖顶山天青石矿工艺矿物学研究 陷、 尖顶山背斜带西端, 为一受南倾尖北逆断层和北倾 尖南与黑南逆断层所夹持而抬升的长轴断背斜 。 尖顶山天 青石矿的成矿时期是上新世和更新 世, 属于露天矿, 易开采。主要含矿地层是上新统狮 子沟组和下更新统 7个泉组, 矿化地层主要在狮子 沟组上部钙质中细粒岩屑长石砂岩、 石膏鲕状内碎 [ 2] 屑、 砂砾屑灰岩中 。尖顶山的天青石矿已有部分 开采, 本试验所采用的矿 样来自开采区, 海拔高度 2 780 m左右。矿样在某公司已开采的矿石堆中随 机选取。 处理方式: 将矿石破碎至一定程度后过筛, 分成 + 20目, - 20 + 40 目, - 40 + 100 目, - 100 + 200 目, - 200目 5个粒度等级。 2 2 矿石物质组成 . ( 1) 矿石多元素分析。由 X - 射线荧光光谱仪 测得的矿石的多元素分析的半定量结果列于表 1 。
表 1 矿石多元素分析结果
成 含 成 含 分 量 分 量 N a2 O 1. 563 CaO 6. 917 M gO 1 857 . Ti 2 O 0 059 . A l2 O 3 1 105 . M nO 0 018 . Si 2 O 5. 110 Fe2 O3 P2 O5 SrO SO3 B aO % K2 O Cl 2 297 .
[ 4]

2010年第 3期

图 2 尖顶山天青石矿的 X射线衍射图谱
! %

天青石;

? &

文石;

# ?

白云母;

?

石英; 钠长石

微斜长石;

白云石;

绿泥石;

0 033 31. 472 0 369 . .

0. 513 41 719 0. 066 .

从表 1可看出, 除了锶以外, 矿石中主要还含有 CaO 和 S i 2, 少量的 F e A ,l K 等可能存在于粘土及 O , 长石中。 为了进一步查明天青石的化学成分特点, 用放 大镜挑出 + 20目中完全解离的天青石, 用水洗净表 面的矿泥得到天青石单矿物。对天青石单矿物进行 X- 射线能谱分析, 测得的结果见图 1 可见天青石 , 中不存在类质同象的钡。
图 3 尖顶山天青石矿的热分析图谱

从图 2可知, 矿石中主要的失重物质是文石、 白 云石和天青石, 它们依次与热分析图谱上从低温到 高温的 3个失重峰相对应, 对应的热分解温度也基 本一致。这进一步验证了主要矿物的存在形式。 通过实体显微镜和偏光显微镜鉴定以 及 X 射 线衍射和差热分析测定, 综合得到矿石的物相组成。 矿石中的有用矿物为天 青石, 脉 石矿物为文石、 石 英、 微斜长石、 铁白云石、 白云母、 黑云母、 绿泥石、 钠 长石、 钾长石、 角闪石、 石膏及石盐等。 微量元素的分布情况是钾主 要分布在微斜长 石、 钾长石和白云母中。铁主要分布在黑云母和角 闪石中。铝主要分布在粘土矿物和长石中。 综合以上的分析结果得出矿石中矿物组成的半 定量结果见表 2 。
表 2 矿物组成的半定量结果
矿物名称 含 量 天青石 碳酸盐矿物 石 70 15 5 英 5 5 % 粘土矿物 其他矿物

图 1 天青石单矿物的 X射线能谱图

( 2) 矿石矿物组成。将 5个粒度等级中颗粒最 大和最小的两个粒度等级的样品分别再次磨细, 得 到的 X 射线衍射图谱如图 2所示。 两个粒度等级得到的衍射图谱基本一致, 部分 微量矿物的含量差异说明其破碎难易程度不同。此 矿物的热分析图谱如图 3所示。

2 3 矿石的结构和构造 . 2 3 1 矿石结构 . . 矿石最主要的结构为隐晶 - 微晶质结构、 他形
67

总第 405期 粒状结构和包含结构。









2010年第 3期 = 50 159( d 值 1 817 3) 吻合情况良 . , .

3 342 3 2 . ;

( 1) 隐晶 - 微晶质结构。原生天青石呈隐晶 微晶质与碳酸盐和硅酸盐矿物紧密交生。此种结构 的含量较高。 ( 2) 他形粒状结构。原生天青石和次生天青石 晶体形态呈不规则状。 ( 3) 包含结构。原生天青石包裹在其他原岩的 碎屑中。 2 3 2 矿石构造 . . 矿石具有致密块状、 角砾状、 脉状及多孔蜂窝状 等多种构造。 ( 1) 致密块状构造。原生天青石分 布均匀, 含 量在 60 以上, 一般夹杂石英及碳酸盐矿物。 % ( 2) 角砾状构造。角 砾成分有石英、 碳酸盐矿 物及云母等。天青石的含量较低, 在 40 左右。 % ( 3) 脉状构造。由天青石矿物和其他矿物呈条 纹相间排列。 ( 4) 多孔蜂窝状构造。主要是由岩石的孔洞生 长的次生天青石、 石盐和石膏。 2 4 主要矿物的特征 . ( 1) 天青石。斜方晶系, 二轴晶。从 图 2中可 看出, 天青石的特征衍射峰 ( 2 = 30 063( 晶面间 . , 距 d 值 2 9701 2 = 27 049( d 值 3 293 8 2 = . ; . , . ; 44. 338( d值 2 041 4 ) 吻合较好。尖顶山的天青石 , . 矿属于沉积型天青石, 分为原生天青石和次生天青 石两类。原生天青石沉积是成盐作用早期阶段的产 物 , 产出形式多为隐晶微晶质。主要为不规则粒 状, 粒度细小, 少见纯净的原生天青石矿, 大多晶体 中包含隐晶质碳酸盐和粘土矿物, 与脉石矿物之间 的嵌布关系比较复杂。次生天青石主要是在安定的 环境中形成的, 多呈同心圆及放射束发育, 或沿岩石 孔洞呈不规则填充, 还 有部分次生天 青石呈脉状。 另外, 文石向方解石转化的过程中, 文石释放出的 锶不会进入方解石的晶格, 而是保留在晶间溶液中, 当遇有富硫酸盐的卤水时亦可形成天青石 。 ( 2) 碳酸盐矿物。矿石中的主要碳酸盐矿物是 文石 (2 = 26 219 3( d 值 3 396 2 . , . ; 2 = 45. 861 5( d 值 1 977 1) 和 方解 石 ( 2 = 29 452 , . . 8( d值 3 030 2) 以及白云石 ( 2 = 41 160 4( d值 , . . , 2 191 4 2 . ; = 67 448 9( d 值 1 387 4)。 . , . 文石属于 斜方晶系, 二轴晶。方解石和白云石属于三方晶系, 一轴晶。此矿石中文石的含量较高。 ( 3) 石 英。特征 衍射 峰 ( 2 = 26 649( d 值 . ,
68
[ 6] [ 5]

好。石英是矿石中主要的脉石矿物, 主要和原生天 青石, 碳酸盐矿物和粘土矿物交生。 ( 4)粘土矿物。粘土矿物的 衍射能力较低, 在 衍射图谱上仅表现出极少的特征衍射峰。矿石中的 主要 粘 土 矿 物 是 白 云 母 ( 2 9 966 0), 黑云母 和绿泥石 ( 2 . = 8 865 9( d 值 . , = 6. 266 3( d 值 ,

14 093 4)。 . 白云母和绿泥石 主要是钾长石 和斜长 石分别在风化作用下形成的。绿泥石仅在 + 200目 的衍射下测到, 说明其容易破碎至较小的颗粒。黑 云母主要是在实体显微镜下测到的。 ( 5)石膏。在未破碎的原矿样中发现有石膏的 存在。石膏的分布极不均匀, 粒度变化也较大。晶 体常呈板条状, 少量呈纤维状。其边缘常见次生天 青石的分布。 ( 6)其他矿物。除了以上的 主要矿物外, 矿物 中还含有微斜长石 ( 2 = 21 028 7( d值 4 221 2 2 . , . ; = 27 464 4( d 值 3 245 0), 钠 长 石 ( 2 . , . = 22 013 6( d 值 4 034 6) 钾长石, 菱锶矿以及角闪石 . , . 等。这些矿物的含量很少, 通过 X - 射线衍射有的 仅能测到极少的衍射峰, 有的仅在实体显微镜和偏 光显微镜下可测。微斜长石仅在 - 20 目测到了衍 射峰, 说明微斜长石不易破碎到较小的粒度。 2 5 矿石中主要有用有害元素赋存状态分析 . ( 1) Sr 主要的存在形式是硫酸锶, 少量以碳酸 。 锶的形式存在。还有一部分可能呈类质同象分布在 文石的晶格中。 ( 2) Ba X - 射线能谱成分测定结果和化学分 。 析结果均显示没有钡的存在形式。 ( 3) Ca 。主要以文石的形式存在, 另外还有部 分以方解石、 白云石和石膏的形式存在, 长石中也含 有一定量的钙。其他矿物中钙的含量极少。 2 6 天青石矿物解离度 . 在实体显微镜下测得的天青石矿物的解离度见 表 3 。 从表 3 可 知, 矿石中 的 天青 石在 磨矿 细度 为 100目到 200目的范围时, 可以获得 80 以上的解 % 离度, 说明此矿点的天青石矿嵌布粒度在 100目以 上的较少, 大部分的嵌布粒度为 100到 200目之间。 但随着磨矿细度的进一步减小, 对解离度的提高不 明显。可见, 欲使 90 以上的天青石呈单体状态在 % 工业规模上是难以实现的。 ( 下转第 133页 )



蒙等: 煤矿生态环境影响评价分析

2010年第 3期 施。发现公路弯曲变形、 凸起时应及时组织力量平
2

失程度的增加。

5 结



煤矿改扩建后, 井田范围扩大到 1 205 6 km , . 预测地表沉陷最大值为 3 997 m, 由于矿区范围内 . 地表坡度较大, 局部为黄土覆盖, 因此地表变形煤炭 开采造成的地表沉陷表现形式主要是出现程度不等 的暂时或永久性裂缝、 台阶状下沉和 小面积滑坡。 地表变形主要造成土地利用系数下降, 土壤水分、 肥 分流失, 最终导致地表植被生产力下降。建议采用 以下措施减少对生态环境的负面影响。 ( 1) 地表沉陷防护措施。采取条带 开采、 协调 开采, 消除开采边界影响等技术措施来减小地表下 沉和变形。矿方要建立地面定期巡查制度, 对井田 及周边影响范围内的地表变形进行巡查, 一旦发现 沉陷和裂缝必须及时回填、 密实、 平整。严格按照规 范留设工业场地、 村庄、 井田边界保安煤柱, 不得越 界开采, 避免对界外村庄和广场造成影响。 ( 2) 地表沉陷治理措施。对井田内及周边出现 的地表裂缝要及时进行填充、 密实并整平修复, 恢复 地貌原状, 以避免雨季径流和芦苇河水直接漏入地 下, 减轻水土流失。对沉陷区, 用矸石或粘土进行填 实覆土, 恢复地形地貌。在采动影响活动期, 对塌方 或滑坡的地方沿边缘做排水沟, 减少降水进入塌方 或滑坡处, 以防止水土流失, 同时可减缓塌方或滑坡 的加剧, 降低泥石流发生的概率。待影响停止稳定 后, 在塌方体修建护坡工程, 对滑坡采取滑坡治理工 程, 以植物护坡为主, 工程护坡为辅 的综合治理措 ( 上接第 68页 )
表 3 不同磨矿细度时天青石的解离度
磨矿细度 + 20 目 - 20+ 40 目 - 40+ 100 目 - 100+ 200 目 - 200 目 单 体 /% 15 20 75 85 85 连生体 /% 3 /4 5 10 1 /2 10 10 10 10 5 1 /4 70 60 15 5 10

整, 裂缝要及时填实、 整平, 如公路两侧有陡峭的岩 壁, 要采取削坡措施, 防止危岩滑坡, 危及公路运输 安全。植树造林, 开展绿化, 补偿生态资源。 ( 3)矸石场地水土保持。利用途径包括用于土 地平整、 制砖和积水沉陷区复垦等。剩余矸石部分 用于井下回填, 最后采取运往矸石场填埋处置措施, 矸石场矸石堆放应按相关填埋规定 )一般工业固体 废物 贮 存、 置 场 污 染 控 制 标 准 ? ( GB18599 处 2001) , 采取逐 段、 分层压 实、 覆土、 绿化 的填埋 措 施, 能够有效地防尘防燃。随着矸石山绿化和土地 复垦, 矿区生态环境定能日新月异。

[ 1] [ 2]







陆书玉. 环境影响评价 [ M ] 北京: 高等教育出版社, 2001 . 国家环境保护局. 环境影 响评价 技术导 则 响 [ M ] 北京: 中国环境科学出版社, 1997. 国家煤炭工业局 非污染 生态影

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建筑物、 体、 水 铁路及主要 井巷煤柱留设与

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( 收稿日期

2010 01 20)

度为 100目到 200目的范围时, 可以获得 80 以上 % 的解离度。

[ 1] [ 2] [ 3] [ 4]







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3 结



尖顶山天 青石矿的成矿时期是上新世和更新 世, 尖顶山的天青石矿已有部分开采, 本试验所采用 的矿样来自开采区。锶主要以硫酸锶独立矿物的形 式存在。主要脉石矿石为碳酸盐矿物。此处天青石 矿嵌布粒度在 100目以上的较少, 大部分的嵌布粒 度为 100到 200目之间。矿石中的天青石在磨矿细

[ 5] [ 6]

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( 收稿日期

2010 01 10)
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