居維偉

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210093； 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，江蘇南京210007)

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印尼蘇拉群島西部某區(qū)鐵礦石中鋅的賦存狀態(tài)研究

居維偉1,2

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210093； 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，江蘇南京210007)

摘要：通過(guò)光學(xué)顯微鏡、X射線衍射及微區(qū)能譜分析等多種手段對(duì)研究區(qū)鐵礦石中鋅的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，查明鐵礦石中的鋅主要以獨(dú)立礦物(閃鋅礦和菱鋅礦)及類質(zhì)同象的形式存在。其中，鋅在原生鐵礦石中以閃鋅礦為主要載體礦物。綜合研究發(fā)現(xiàn)，原生含硫鐵礦石，因鋅的主體化學(xué)相態(tài)為硫化物相，巖礦鑒定表明其礦物相為閃鋅礦，故如果鋅含量達(dá)到綜合利用水平，則具有工業(yè)利用價(jià)值。建議按照鐵礦石伴生硫的有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)單獨(dú)劃分塊段，選礦時(shí)應(yīng)充分考慮進(jìn)一步浮選獲得閃鋅礦精礦產(chǎn)品，注重閃鋅礦的回收利用。

關(guān)鍵詞：鋅；鐵礦石；賦存狀態(tài)；蘇拉群島；印尼

0引言

印尼蘇拉群島某區(qū)新近發(fā)現(xiàn)大型鐵礦床，初步探明鐵資源儲(chǔ)量超過(guò)1億t，礦化連續(xù)性較好，品位較好，全鐵(TFe)品位達(dá)30%以上，其中磁性鐵(mFe)占85%以上。礦石有害雜質(zhì)組分S、P含量較低，伴生有用元素Zn含量較高，部分礦段甚至達(dá)到獨(dú)立鋅礦床的工業(yè)品位(張術(shù)根等，2012)。鐵礦床以矽卡巖型為主，兼具礦漿型與熱液型，構(gòu)成一個(gè)完整的成礦系統(tǒng)(丁俊等，2011，2012a,2012b，2012c)。

結(jié)合多年的現(xiàn)場(chǎng)工作成果，對(duì)鐵礦石中鋅的賦存狀態(tài)進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，查明鐵礦石中鋅以獨(dú)立礦物相閃鋅礦、菱鋅礦及類質(zhì)同象的形式存在。對(duì)鋅的選礦性能進(jìn)行分析，并對(duì)其工業(yè)利用提出建議，為同類礦床的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1礦區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造位于東南亞陸緣板塊南西緣與澳大利亞大陸板塊、菲律賓海洋板塊的交接部位，是環(huán)太平洋成礦帶的重要組成部分，也是東南亞

錫鐵成礦帶的延伸部位，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越(陳國(guó)達(dá)，2008；瞿滬然，2013)。

研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為晚石炭統(tǒng)、侏羅系—下白堊統(tǒng)和第四系(李健等，2009)。上石炭世Menanga組(Pzmm)為賦礦地層。該區(qū)位于某穹窿復(fù)式背斜之次級(jí)背斜北東傾伏端，區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育，主要有2組：NNE向斷裂(F1、F2)和EW向斷裂(F3)，均為破礦構(gòu)造(瞿滬然，2013)。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)主要為中生代侵位的花崗巖(王堂喜等，2009；張術(shù)根等，2009)，少量燕山期輝綠玢巖脈?；◢弾r與礦化關(guān)系密切，區(qū)內(nèi)主礦體走向總體近南北，受巖體頂界面及接觸帶構(gòu)造控制，產(chǎn)狀總體平緩，局部較陡，傾向東(居維偉等，2010；居維偉，2015)。

2礦石類型、物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

2.1礦石類型

研究區(qū)內(nèi)鐵礦石大多為原生磁鐵礦，近地表具不同程度的風(fēng)化、氧化。按自然類型可分為原生礦石和風(fēng)化氧化礦石2種。

2.2礦石礦物組成

研究區(qū)鐵礦石的礦物組成見(jiàn)表1。

表1　礦物組成

2.3礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石以粒狀結(jié)構(gòu)為主，出現(xiàn)包含細(xì)(網(wǎng))脈交代(磁黃鐵礦與閃鋅礦)、交代殘余(磁鐵礦與閃鋅礦)、自形與半自形(閃鋅礦)等結(jié)構(gòu)。原生礦石的構(gòu)造以塊狀、浸染狀為主，風(fēng)化氧化礦石以粉末狀、碎塊狀構(gòu)造為主(張術(shù)根等，2012)。

3鋅的賦存狀態(tài)研究方法與結(jié)果

3.1鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及多元素相關(guān)性分析

據(jù)選礦試驗(yàn)樣品的多元素分析結(jié)果，全區(qū)鐵礦石含TFe31.52%、MnO1.41%、Zn0.41%、Cu0.030%、S0.98%、P0.19%、SiO223.93%、MgO14.0%、CaO4.30%、Al2O33.22%，燒失量(包括F)3.93%，其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在千分級(jí)及其以下(高春慶等，2010)。由此可見(jiàn)，鐵礦石以鈣鎂硅質(zhì)巖石為賦礦巖石，與礦區(qū)鐵礦化類型主要為矽卡巖型吻合。除Fe外，礦區(qū)可能具有較高綜合利用價(jià)值的金屬組分是Zn，有害組分主要為S。

將各類代表性礦石樣品的多元素分析結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析和相關(guān)系數(shù)聚類分析，相關(guān)矩陣列于表2，聚類樹(shù)型圖見(jiàn)圖1。

表2　鐵(多金屬)礦石代表性礦石樣品元素相關(guān)矩陣

注：“**”表示高度相關(guān)性，“*”表示較明顯相關(guān)性

圖1　鐵(多金屬)礦石元素相關(guān)系數(shù)聚類樹(shù)型圖Fig.1　Cluster dendrogram showing correlation coefficients of elements in iron (polymetallic) ores

結(jié)果表明，TFe-mFe高度線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.965，Bi-Pb、Bi-Ag、Pb-Ag均具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.910、0.764、0.881；TFe-Zn、mFe-Zn、mFe-Bi、TFe-Ag、mFe-Ag具有較明顯的線性關(guān)系，為負(fù)相關(guān)關(guān)系，WO3-Sn、WO3-Ag具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。全部被分析的化學(xué)組分可分為5個(gè)基本簇群，相關(guān)度較高者為TFe-mFe-Zn簇群、Pb-Bi-Ag簇群，二者以較低的相關(guān)度構(gòu)成復(fù)合簇群；相關(guān)度較低者有Sn-WO3簇群、F-Mn簇群及Cu的單獨(dú)簇群。

總體來(lái)看，研究區(qū)原生含硫鐵礦石的Zn含量明顯高于原生貧硫鐵礦石和風(fēng)化氧化鐵礦石，而鐵(多金屬)礦石的Zn含量與TFe、mFe及mFe/TFe比值均具有中等顯著的負(fù)相關(guān)性。由此可見(jiàn)，礦床的風(fēng)化氧化作用是導(dǎo)致鋅流失的主要原因，而礦石中鋅與鐵的富集并不同步，顯示鋅在鐵(多金屬)礦石中主要以獨(dú)立鋅礦物存在，且其與鐵礦物的時(shí)空富集均有適度分離。

3.2閃鋅礦的體積分?jǐn)?shù)

在10×10倍礦相顯微鏡下，選擇原生(含鐵)硫化物礦石(4塊)、原生含硫鐵礦石(8塊)、原生貧硫鐵礦石(10塊)共22塊光片，以線段法進(jìn)行閃鋅礦的體積分?jǐn)?shù)測(cè)定(表3)。

表3　各類原生礦石中閃鋅礦的體積分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果

結(jié)果表明，原生含鐵硫化物礦石的閃鋅礦平均體積分?jǐn)?shù)為27.51%，原生含硫鐵礦石的閃鋅礦平均體積分?jǐn)?shù)為12.44%，貧硫鐵礦石的閃鋅礦平均體積分?jǐn)?shù)為0.25%。

3.3光學(xué)顯微鏡觀察

根據(jù)樣品分析結(jié)果，選擇Zn含量較高原生含鐵硫化物礦石和含硫鐵礦石光片，風(fēng)化氧化鐵礦石砂光片，先在10×10、10×20倍的礦相顯微鏡下進(jìn)行面積性系統(tǒng)觀察，發(fā)現(xiàn)存在鋅礦物的目標(biāo)后，再用10×20、10×40倍進(jìn)行重點(diǎn)視域的光學(xué)性質(zhì)系統(tǒng)鑒定，結(jié)果僅發(fā)現(xiàn)閃鋅礦和菱鋅礦2種獨(dú)立鋅礦物。

3.4X射線衍射分析

根據(jù)樣品中Zn含量的分析結(jié)果，選取Zn含量高的原生含鐵硫化物礦石和含硫鐵礦石的代表性樣品5件，先挑取0.5g閃鋅礦(鏡檢純度>99%)，磨細(xì)至0.075mm后，分別進(jìn)行X射線衍射分析。其標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，具體樣品對(duì)象及分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表4　鐵礦石的閃鋅礦X射線衍射分析結(jié)果

注：儀器型號(hào)：D8-Advance(德國(guó)布魯克公司)；測(cè)試條件：銅靶Kα1，波長(zhǎng)1.540 6 ?,管電壓40kV，管電流40mA，步寬0.01°，掃描速度8°/min；2θ角系統(tǒng)誤差：-0.02°;測(cè)試單位：長(zhǎng)沙礦冶研究院；測(cè)試人：周海波；測(cè)試時(shí)間：2010年7月

表5　閃鋅礦X射線衍射解譯結(jié)果

研究結(jié)果表明，該區(qū)鐵(多金屬)礦床產(chǎn)出的閃鋅礦，隨產(chǎn)出環(huán)境不同，可含少量與之緊密嵌聯(lián)的微細(xì)粒磁鐵礦、方解石、白云石及高嶺石。閃鋅礦的晶胞參數(shù)明顯高于其標(biāo)準(zhǔn)值(5.409 3)，根據(jù)Skinner1961年的實(shí)驗(yàn)研究，鐵、錳、鎘對(duì)閃鋅礦晶格常數(shù)有明顯影響：含鎘閃鋅礦a=5.409 3+0.004 24CdS(mol/%)，含錳閃鋅礦a=5.409 3+0.002 022MnS(mol/%)，含鐵閃鋅礦a=5.409 3+0.000 456FeS(mol/%)，也即是：ao=5.409 3+0.000 456FeS(mol/%)+0.004 24CdS(mol/%)+0.002 022MnS(mol/%)。巖礦鑒定表明，該區(qū)閃鋅礦結(jié)晶時(shí)間不晚于黃銅礦和磁黃鐵礦，顏色深、反射率較高，顯然其晶體常數(shù)增大的主要原因是具有較高的FeS摩爾分?jǐn)?shù)(張術(shù)根等，2010)。

3.5閃鋅礦微區(qū)能譜分析

在光學(xué)顯微鏡下分別找到與磁黃鐵礦、磁鐵礦伴生的閃鋅礦顆粒，在顆粒內(nèi)較純凈部位(遠(yuǎn)離裂隙、邊界部位)圈定重點(diǎn)視域，利用掃描電鏡進(jìn)行所圈定重點(diǎn)視域的形貌觀察和微區(qū)能譜分析。形貌及能譜分析微區(qū)見(jiàn)圖2，微區(qū)能譜分析結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

圖2　與磁黃鐵礦、磁鐵礦伴生的閃鋅礦Fig.2　Photos showing sphalerite associated with pyrrhotine and magnetite(a) sphalerite associated with pyrrhotine (D101-1);(b) sphalerite associated with magnetite (ZK12306-B2)

測(cè)點(diǎn)號(hào)SCdMnFeZnD010-1-d1-153.150.221.2811.7233.63D010-1-d1-252.460.171.5413.3032.53D010-1-d1-352.000.141.6212.7133.53平均值52.540.181.4812.5833.23

注：?jiǎn)挝唬?

表7　與磁鐵礦伴生的閃鋅礦微區(qū)能譜分析結(jié)果

注：?jiǎn)挝唬?

總體來(lái)看，研究區(qū)閃鋅礦，無(wú)論與磁鐵礦緊密嵌聯(lián)或與磁黃鐵礦緊密嵌聯(lián)，都具有相對(duì)貧鋅、含錳、高鐵而低鎘的特點(diǎn)。與磁鐵礦伴生的閃鋅礦的Zn和Cd的含量略高于與磁黃鐵礦伴生的閃鋅礦，而與磁鐵礦伴生的閃鋅礦中的Mn含量則明顯高于與磁黃鐵礦伴生的閃鋅礦。另外，與磁黃鐵礦緊密嵌聯(lián)的閃鋅礦明顯富硫，而與磁鐵礦緊密嵌聯(lián)的閃鋅礦則既可富硫，也可明顯貧硫。

3.6鋅的化學(xué)物相組成

即使主要礦物組合基本相同，但礦石的Zn含量不同，其獨(dú)立礦物相和分散相的類型及比例也可有明顯差別。目前，國(guó)內(nèi)鋅化學(xué)物相分析通常包括硫化物相、氧化物相、碳酸鹽相、硫酸鹽相及(硅酸鹽)結(jié)合相。根據(jù)研究區(qū)鐵礦石的礦石類型及Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)特點(diǎn)，選擇w(Zn)>0.5%的原生含鐵硫化物礦石(WX-13)和風(fēng)化氧化鐵礦石(WX-23) 2件樣品進(jìn)行化學(xué)物相分析。

化學(xué)物相分析結(jié)果(表8)表明：(1) 無(wú)論是風(fēng)化氧化鐵礦石還是原生含鐵硫化物礦石，硫酸鋅的Zn分配比例均很低，在風(fēng)化氧化鐵礦石中僅占0.085%，在原生含鐵硫化物礦石中僅占0.14%；(2) 原生含鐵硫化物礦石的硫化鋅的Zn分配比例

表8　含鋅鐵礦石的鋅化學(xué)物相分析結(jié)果

注：WX-13為原生含鐵硫化物礦石；WX-23為風(fēng)化氧化鐵礦石

高達(dá)91.41%，是鋅的主體化學(xué)相態(tài)；而在碎塊狀風(fēng)化氧化鐵礦石中該化學(xué)物相僅占2.67%，鋅化學(xué)物相以硫化物相、碳酸鹽相、硅酸鹽相、硫酸鹽相以外的其他化學(xué)物相為主，分配比例高達(dá)60.00%，根據(jù)原生含硫鐵礦石的鋅礦物組成特點(diǎn)，這部分鋅可能主要是閃鋅礦遭受風(fēng)化氧化后以無(wú)定形水溶化合物或離子吸附形式存在；(3) 硅酸鋅的Zn分配比例在原生含鐵硫化物礦石中為5.53%，是僅次于硫化物相的化學(xué)相態(tài)；在風(fēng)化氧化鐵礦石中，該化學(xué)相態(tài)的鋅分配比例達(dá)12.17%；(4) 碳酸鋅的Zn分配比例在原生含鐵硫化物礦石中僅為2.79%，但在風(fēng)化氧化鐵礦石中達(dá)16.67%，是較主要的鋅化學(xué)相態(tài)。

4鋅的選礦性能綜合分析

(1) 鋅在研究區(qū)各類礦石中的分布極不均勻，在含鐵硫化物礦石中，3件樣品的平均Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.56%；在原生含硫鐵礦石中，4件樣品的平均Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%；在原生貧硫鐵礦石中，5件樣品的平均Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%；在風(fēng)化氧化鐵礦石中，3件樣品的平均Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.078%。這表明，鋅主要富集于含鐵硫化物礦石，但除風(fēng)化氧化鐵礦石外，無(wú)論貧硫或含硫原生鐵礦石，其平均Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于我國(guó)鉛鋅礦床鋅綜合利用指標(biāo)，在含鐵硫化物礦石中甚至能達(dá)到獨(dú)立鉛鋅礦床的工業(yè)品位。

(2) 化學(xué)物相分析結(jié)果表明，原生鐵礦石的鋅主要為硫化鋅，其Zn的分配率高達(dá)91.14%;風(fēng)化氧化鐵礦石的鋅化學(xué)物相組成復(fù)雜，碳酸鋅的Zn分配率為16.67%，硅酸鋅的Zn分配率為12.17%，而硫化鋅、硅酸鋅、硫酸鋅、碳酸鋅以外的其他鋅的Zn分配率高達(dá)60.0%。巖礦鑒定表明，閃鋅礦是礦區(qū)唯一的硫化鋅礦物，菱鋅礦是唯一的碳酸鋅礦物，其他化學(xué)相態(tài)的鋅以類質(zhì)同象、吸附及無(wú)定形氧化物形式存在。故無(wú)論從鋅的化學(xué)物相分配或礦物相組成來(lái)看，閃鋅礦是該礦區(qū)唯一具有綜合利用價(jià)值的鋅礦物。

(3) 根據(jù)閃鋅礦粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，0.075mm以上粒級(jí)閃鋅礦的累計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)占98%，-0.075mm粒級(jí)不足3%。以原生含鐵硫化物礦石和原生鐵礦石計(jì)算，閃鋅礦的最大理論回收率>98%，全鋅最大理論回收率>89%。

(4) 從嵌布特性看，閃鋅礦屬于中粒等粒均勻嵌布，主要嵌聯(lián)礦物為硅酸鹽礦物，它們與閃鋅礦的嵌鑲關(guān)系主要為相對(duì)容易解離的較規(guī)則毗連，部分為細(xì)脈嵌鑲，只有極少量為解離難度較大的包裹嵌鑲。硫化物之間及閃鋅礦與磁鐵礦相互嵌聯(lián)，它們間的嵌鑲關(guān)系復(fù)雜，有細(xì)脈嵌鑲、較規(guī)則毗連嵌鑲、包裹與反包裹嵌鑲，總體解離難度較大。但磁鐵礦和磁黃鐵礦為強(qiáng)磁性礦物，可進(jìn)入磁性產(chǎn)品，尾礦則為閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦及脈石礦物的集合體等，采用浮選的方法可以將其分離。此外，閃鋅礦與極少量、微量、極微量的鉍礦物及黃銅礦、磁黃鐵礦為包裹嵌鑲，解離難度大，部分將進(jìn)入閃鋅礦精礦產(chǎn)品中(張術(shù)根等，2010)。

5結(jié)論

(1) 通過(guò)光學(xué)顯微鏡、X射線衍射及微區(qū)能譜分析初步查明，無(wú)論是原生含硫鐵礦石還是原生貧硫鐵礦石，閃鋅礦是含鋅礦物的主體礦物，菱鋅礦僅在弱風(fēng)化氧化含鐵硫化物礦石中以少量礦物存在，在風(fēng)化氧化鐵礦石中以微量礦物存在。

(2) 綜合上述鋅化學(xué)物相分析結(jié)果，從工業(yè)利用角度來(lái)看，風(fēng)化氧化鐵礦石即使鋅含量達(dá)到綜合利用水平，也不具有工業(yè)利用的可能性。原生含硫鐵礦石因鋅的主體化學(xué)相態(tài)為硫化物相，巖礦鑒定表明其礦物相為閃鋅礦，故如果鋅含量達(dá)到綜合利用水平，則具有工業(yè)利用價(jià)值。

(3) 鋅在原生鐵礦石中以閃鋅礦為載體礦物，以其他形式存在的鋅累計(jì)所占比例不足10%，但在風(fēng)化氧化鐵礦石中，除少量殘留閃鋅礦外，以類質(zhì)同象進(jìn)入硅酸鹽晶格、菱鋅礦、無(wú)定形氧化物及吸附態(tài)為主要存在形式，尤其是無(wú)定形氧化物和吸附態(tài)鋅，其含量分配比例可高達(dá)60%。

(4) 因?yàn)檠芯繀^(qū)原生鐵礦石內(nèi)的磁黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化物礦物的空間富集有規(guī)律可循，而其工業(yè)利用性能和礦石工藝性質(zhì)與原生貧硫鐵礦石及風(fēng)化氧化鐵礦石存在較大差異，建議按照鐵礦石伴生硫的有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)單獨(dú)劃分塊段。

對(duì)于這部分鐵礦石，可采用磁選-浮選聯(lián)合選礦工藝分選，浮選產(chǎn)品則根據(jù)其鋅含量等級(jí)，應(yīng)充分考慮進(jìn)一步浮選獲得閃鋅礦精礦產(chǎn)品，注重閃鋅礦的回收利用。

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The Occurrences of zinc in the iron ores from an ore district in the west of the Sura Islands, Indonesia

JU Weiwei1,2

(1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,Jiangsu,China; 2.EastChinaNonferrousGeologicalMiningExplorationDevelopmentInstitute,Nanjing210007,Jiangsu,China)

Abstract：Optical microscope, X-ray diffraction analysis and energy spectrum analysis were utilized to discuss the occurrences of zinc in the iron ores from an ore district in the west of the Sura Islands in Indonesia. It is determined that the zinc occurs in the forms of independent minerals of sphalerite and smithsonite, and isomorphism, and Zn in the primary iron ores occurs as sphalerite. Comprehensive studies suggest that the main phase of Zn in primary sulfide-bearing iron ores is of sulfide phase chemically, while rock-mineral identification shows that the mineral phase is sphalerite. Therefore, zinc will have industrial value if its content meets the comprehensive utilization level. It is proposed that each ore block should be delineated independently according to the evaluation index of the associated sulfide within the iron ores. Furthermore, floatation should be fully taken into consideration to obtain sphalerite concentrates, and the sphalerite recycling should also be focused on.

Keywords：zinc; iron ore; occurrence; Sura Islands; Indonesia

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.253

收稿日期：2015-06-26；修回日期：2015-07-17；編輯：蔣艷

作者簡(jiǎn)介：居維偉(1983—)，男，工程師，碩士研究生，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作，E-mail: weijulovephoto@163.com

中圖分類號(hào)：P616.4； P578.2+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3636(2016)02-0253-06