王翠芝，祁進(jìn)平，蘭榮貴

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建 福州350108；2.福建省礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州350108；3.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200）

紫金山金銅礦屬高硫化淺成低溫?zé)嵋盒徒疸~礦床。礦床上金下銅，金礦主要賦存于潛水面以上氧化帶中，與強(qiáng)硅化有關(guān)；銅礦床則賦存于潛水面以下，與強(qiáng)烈明礬石化有關(guān)。區(qū)域地質(zhì)已有系統(tǒng)研究［1－4］，但賦礦圍巖中的硫酸鹽礦物研究很少，自然對(duì)可作為鉀資源的明礬石沒(méi)有合理開(kāi)發(fā)。本文重點(diǎn)通過(guò)分析明礬石化學(xué)成分特征，為明礬石的綜合開(kāi)發(fā)利用提供地質(zhì)依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)背景

紫金山金銅礦位于華南褶皺系東部，東南沿海火山活動(dòng)帶的西部亞帶，閩西南上古生代拗陷之西南，北西向云霄－上杭深斷裂帶北西段與北東向宣和復(fù)背斜南西傾伏端交匯部位，上杭北西向白堊紀(jì)陸相火山－沉積盆地東緣。燕山早期酸性巖沿復(fù)背斜軸部侵入，形成紫金山復(fù)式花崗巖體，成為主要的礦化圍巖；燕山晚期中性、中酸性火山－巖漿侵入活動(dòng)受北西向斷裂構(gòu)造及其與北東向構(gòu)造結(jié)點(diǎn)控制，成為紫金山地區(qū)銅多金屬成礦的主要控礦因素。金銅礦床處于紫金山復(fù)式巖體中部，與紫金山火山機(jī)構(gòu)大致吻合。礦區(qū)巖石蝕變強(qiáng)烈，依蝕變礦物組合類型，分為硅化帶、石英＋明礬石蝕變帶、石英＋地開(kāi)石＋明礬石＋絹云母蝕變帶、石英＋絹云母蝕變帶等4個(gè)蝕變帶，其中石英＋明礬石帶控制了銅礦體的分布（圖1）。

圖1 紫金山銅金礦床3線礦化蝕變分帶示意圖

2 明礬石產(chǎn)出狀態(tài)

紫金山金銅礦中，脈石礦物明礬石的產(chǎn)出狀態(tài)目前發(fā)現(xiàn)有四類：①蝕變巖型，即明礬石化的花崗巖中的明礬石，多呈鱗片狀，多具溶蝕現(xiàn)象，粒徑0.005～0.1mm，呈他形至半自形；②與銅硫化物共生的明礬石，多呈柱狀，粒徑0.01～0.2mm，部分邊緣被熔蝕，可見(jiàn)其穿插交代銅蘭、藍(lán)輝銅礦；③脈狀的明礬石，多呈頁(yè)片狀、板狀，粒徑0.02～0.1mm；④粉末狀明礬石，呈微晶鱗片狀，純度高，近地表、淺部分布（古潛水面附近）。

3 明礬石的化學(xué)成分特征

3.1 主量元素特征

本區(qū)明礬石的主要化學(xué)成分為K2O 9.18%、A12O339.57%、SO333.64%、H2O 6.88%。相對(duì)理論值［5］，富 Al，而貧 K、SO3，含有較高的 Na，Na2O 0.63%?；瘜W(xué)成分變化與距火山口的遠(yuǎn)近有關(guān)?？拷鹕娇?，K2O、Al2O3含量較低，K／Na較小；遠(yuǎn)離火山口，K2O、Al2O3含量較高，K／Na較大；SO3變化不明顯。垂向上，K／Na值在1200～200m標(biāo)高，從淺往深呈增大趨勢(shì)；200～－400m標(biāo)高，K／Na值趨穩(wěn)定。不同晶形的明礬石，K2O、Al2O3、K／Na值明顯不同，鱗片狀（粒狀）、柱狀、板狀到致密塊狀明礬石的K2O、Al2O3、K／Na值有逐漸增加的趨勢(shì)，而SO3變化也不明顯（表1）。

3.2 微量元素特征

本區(qū)明礬石含較高的 Na、Ca、Ba、Ti、Cu微量元素，有益元素Ga含量也較高（平均58ug／g），比與國(guó)內(nèi)著明的浙江平陽(yáng)礬山明礬石還高（平陽(yáng)礬山明礬石25ug／g）［6］。Ga的含量不均一，其含量與 K2O呈正相關(guān)關(guān)系。中部北向礦帶淺部鉆孔中，隨離火山口的距離由遠(yuǎn)而近，Ga（K2O）由高到低逐漸減小的趨勢(shì)；淺部與深部相比，深部Ga（K2O）含量較高。從晶體形態(tài)上看，從鱗片狀（粒狀）、柱狀、板狀到致密塊狀明礬石的Ga也有逐漸增加的趨勢(shì)（表1）。

表1 不同部位、不同形態(tài)明礬石化學(xué)成分特征元素對(duì)比

4 明礬石的綜合利用

明礬石是一種具有綜合利用價(jià)值的多元素礦產(chǎn)資源，以其作原料可生產(chǎn)40多種化工產(chǎn)品。在工業(yè)上，明礬石主要用于提煉明礬、生產(chǎn)硫酸鉀、硫酸和氧化鋁等產(chǎn)品［7］。2001年，經(jīng)國(guó)土資源部評(píng)審紫金山金銅礦中明礬石儲(chǔ)量達(dá)大型，目前是紫金礦業(yè)集團(tuán)的選冶研究的“973”項(xiàng)目主攻的方向［8］。

4.1 明礬石的主量元素利用方向

紫金山明礬石主量元素具有富Al、貧K、SO3的特征，且隨礦體的部位不同，有明顯的含量變化。由此，紫金山明礬石的利用開(kāi)發(fā)，可采用分采分選工藝，依據(jù)礦物化學(xué)成分中的主量元素的含量差別，分別進(jìn)行不同的選礦工藝來(lái)提出相關(guān)有用元素及相應(yīng)的產(chǎn)品。

1）制取明礬及其系列產(chǎn)品：煉制明礬是明礬石利用的主要途徑。水浸法選礦工藝可以生產(chǎn)明礬，同時(shí)排放礬煙、礬漿和礬渣等副產(chǎn)品［9］。煉制明礬工藝對(duì)礦石的品位、結(jié)構(gòu)有較嚴(yán)格的要求，以細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)為佳。這方面的應(yīng)用，可以選擇紫金山金銅礦中銅礦床中的淺部的粉末狀的明礬石，這部分礦石主要分布于古潛水面附近（另文詳述），呈帶狀、寬脈狀分布，很容易采取分選。

2）硫酸鉀及其系列產(chǎn)品：硫酸鉀是一種最重要的無(wú)氯優(yōu)質(zhì)鉀肥。還原熱解法工藝可生產(chǎn)硫酸鉀、氫氧化鋁及硫酸；同時(shí)排放礬煙、礬渣和赤泥等副產(chǎn)品［10］。紫金山明礬石這方面的應(yīng)用，可選取紫金山金銅礦西北礦段遠(yuǎn)離火山口較深部的明礬石，這部分明礬石含鉀量較高，而火山口附近的明礬石含鈉及其他雜質(zhì)均較高，對(duì)制作硫酸鉀是不利的。

3）氫氧化鋁、氧化鋁及其系列產(chǎn)品：對(duì)富鋁明礬石可利用還原熱解法工藝生產(chǎn)硫酸鉀、氫氧化鋁及硫酸；同時(shí)排放礬煙、礬渣和赤泥。酸氨法工藝生產(chǎn)β三水氧化鋁和鉀氨混肥，同時(shí)排放礬煙和酸浸渣。堿熔法也可提取氧化鋁［11］（朱繼存，1999）。紫金山的明礬石具有高鋁的特性，可利用紫金山金銅礦西北礦段遠(yuǎn)離火山口的明礬石。對(duì)本礦明礬石的開(kāi)發(fā)利用，要充分考慮這一特性，以最大限度地提高紫金山的明礬石利用價(jià)值。

4）利用低品位明礬石生產(chǎn)水泥：生產(chǎn)膨脹水泥所用的明礬石品位一般要求較高，SO3≥16%，Al2O3≥18%，資源的利用率不高。為此，國(guó)內(nèi)對(duì)利用低品位明礬石生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥進(jìn)行了大量的研究［12］（王祥，2001），在水泥熟料中摻加適量的明礬石，既能改善水泥的泌水性、安定性和調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，又能提高水泥的強(qiáng)度。紫金山金銅礦中賦礦圍巖主要是明礬石化的花崗巖，銅礦化不好的花崗巖中明礬石含量相對(duì)較低，均可作為低品位的明礬石。

5）明礬石利用中的副產(chǎn)品處理：明礬石礦加工生產(chǎn)中排出大量的礬泥（漿）、廢渣（赤泥）、氨浸渣、礬煙和爐灰、礬水等，若不治理，既污染環(huán)境，又自流失大量有用成分。其實(shí)，這些副產(chǎn)品是開(kāi)發(fā)鋁鹽、多種硅系等產(chǎn)品的極好原料。經(jīng)試驗(yàn)生產(chǎn)投放市場(chǎng)的產(chǎn)品有硫酸鋁、銨明礬、水泥速凝劑等十多種。

4.2 明礬石中伴生稀有元素Ga的綜合利用

本區(qū)明礬石中Ga含量較高，已達(dá)伴生元素工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)［13］，比國(guó)內(nèi)著名的浙江礬山明礬石中Ga含量還高。另外，除明礬石外，本礦中地開(kāi)石、粉紅色石英中也有很高的Ga含量［14］。因此，對(duì)于紫金山明礬石的開(kāi)發(fā)利用，可以充分可考慮Ga的綜合利用價(jià)值，以增加紫金山金銅礦的附加值。對(duì)明礬石中Ga的綜合利用，目前一般是對(duì)明礬石礦石、廢石和加工生產(chǎn)明礬后的廢棄物中萃取工藝［15］。

4.3 低品位Cu的回收

從前面分析可知，本區(qū)明礬石中Cu含量相對(duì)其他地區(qū)的明礬石較高，從礦床地質(zhì)特征上是可以理解的，因?yàn)樗倾~礦石的脈石礦物。如果單從明礬石本身的一般綜合開(kāi)發(fā)利用工藝來(lái)看，增加回收銅工藝就顯得效益不是太理想。但從紫金山金銅礦目前的浸銅工藝中，是將明礬石的綜合開(kāi)發(fā)利用作為銅的副產(chǎn)品來(lái)開(kāi)發(fā)利用的，冶煉過(guò)程中的廢渣、廢水可以循環(huán)利用。如果將明礬石的綜合開(kāi)發(fā)利用作為重點(diǎn)，按其不同的化學(xué)成分，分采分選，按不同系列的產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，明礬石中的銅將可成為明礬石綜合利用的副產(chǎn)品來(lái)回收。

4.4 伴生有害組分

紫金山銅礦石中主要有害元素為As。本次工作，由于儀器譜道限制，沒(méi)有對(duì)明礬石中的As進(jìn)行分析。從礦相學(xué)研究可知，As主要賦存于硫砷銅礦中，占As總量的90%以上，砷化物（毒砂及砷華）極為少量。本礦硫砷銅礦主要分布在以11～4線，標(biāo)高400～750m區(qū)間含量較高，各礦體中As的含量一般為0.024～0.063×10－2，As在礦床中平均含量為0.037～0.046×10－2（紫金礦業(yè)集團(tuán)公司，2006）。所以，利用與銅硫化物共生的明礬石時(shí)，必須對(duì)其中的As進(jìn)行特殊工藝處理。其實(shí)，對(duì)銅礦選礦過(guò)程中，已采用粗磨粗選丟尾、粗精礦再磨、適當(dāng)增加精選作業(yè)次數(shù)、選擇適宜的捕收劑及抑制劑等措施，能大大降低銅精礦產(chǎn)品中砷含量［16］，這樣勢(shì)必造成礦渣、廢液中有更高的As含量，因而，在利用銅礦的礦渣、廢液利用明礬石中，必須注意除As工藝的實(shí)施過(guò)程。

5 結(jié)論

1）紫金山金銅礦明礬石具多種形態(tài)。淺部明礬石顆粒小，礦物結(jié)晶差，多呈粉末狀；深部明礬石顆粒大，晶型較完整，多呈被溶蝕的粒狀、鱗片狀、柱狀、板狀、致密塊狀。

2）紫金山明礬石化學(xué)成分相對(duì)理論值具有富Al，相對(duì)貧K、SO3，富 Na、Ca、Ba、Ti等微量元素的特征，伴生稀有金屬Ga具有綜合利用前景。

3）明礬石的K／Na值與火山口的距離有關(guān)，離火山口愈近，其K／Na值愈小。不同晶態(tài)的明礬石K／Na值大小順序?yàn)榱铟[片狀＜柱狀＜板狀＜致密塊狀，可采用分采分選工藝對(duì)明礬石的主量有用組分進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。

4）Ga的含量與K2O呈正相關(guān)，隨離火山口的距離由遠(yuǎn)而近，Ga（K2O）含量有由高到低逐漸減小的趨勢(shì)。淺部與深部相比，深部Ga（K2O）含量較高?？稍趯?duì)明礬石進(jìn)行分采分選的同時(shí)，考慮Ga的萃取的工藝。

5）明礬石礦物中含有較高的銅，綜合開(kāi)發(fā)明礬石時(shí)，可對(duì)其中的銅進(jìn)行回收。

6）明礬石礦物含有一定的砷，綜合開(kāi)發(fā)明礬石時(shí)，也要對(duì)其進(jìn)行必要的處理。

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