孟文祥，柳建勇，盛曉雅，楊 波，楊 莉，敖 鑫，龐學(xué)武

（1.包鋼集團(tuán)礦山研究院，內(nèi)蒙古 包頭014030；2.包鋼礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭014030）

稀土元素廣泛應(yīng)用于軍工、新能源、新材料、醫(yī)療等領(lǐng)域［1-4］。在“一帶一路”倡議背景下，通過對外合作，選擇蒙古國某稀土礦床進(jìn)行稀土賦存狀態(tài)及礦石工藝特征研究，以便為下一步開發(fā)該礦提出合理選礦建議。

1 實(shí) 驗(yàn)

6件樣品均取自蒙古國某稀土礦，包括用于化學(xué)分析并制作探針片的典型礦石樣品3件（K?1、K?2、K?3）、用于挑選單礦物的礦石樣品3件。單礦物挑選工作在雙目鏡下完成，共挑出單礦物14.4 g。

利用化學(xué)分析方法分析礦樣化學(xué)組成；利用ZEISS SCOPE A1光學(xué)顯微鏡進(jìn)行礦物組成分析；利用蔡司SUPRA55場發(fā)射掃描電鏡、牛津X?Max射線能譜儀、ICP?MS、XRF、日本電子JXA?8230電子探針進(jìn)行單礦物成分分析；利用PANalytical EMPYREAN進(jìn)行單礦物XRD物相分析。

2 測試結(jié)果

2.1 礦石化學(xué)組成

3件礦石樣品化學(xué)組成如表1所示。稀土（REO）品位最高為6.62%、最低為4.97%，平均品位5.59%，遠(yuǎn)超稀土礦的工業(yè)品位。其他元素Si、Al含量較高，反映礦石中可能有較多硅鋁酸鹽。

表1 樣品化學(xué)成分組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

2.2 礦石礦物組成

樣品顯微鏡照片見圖1。經(jīng)顯微鏡下鑒定，礦石樣品主要可分為磷灰石化正長斑巖稀土礦石和磷灰石脈型稀土礦石。

圖1 樣品顯微鏡照片

磷灰石化正長斑巖稀土礦石呈淺灰色～灰白色，斑狀、塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)。長石占40%～45%，以正長石為主，含少量斜長石，正長石呈自形～半自形晶板狀斑晶分布，顆粒粗大，粒徑不均，部分發(fā)育有卡鈉雙晶，長短軸之比為2∶1～5∶1；磷灰石占15%～20%，以半自形～他形粒狀分布于其他礦物間隙，偶見自形柱狀晶形，顆粒大小不均，粒徑0.2～1.5 mm；碳酸鹽礦物占10%～15%，以微細(xì)粒集合體形式分布于長石及其他礦物顆粒間，少部分呈半自形粒狀；黑云母占8%～10%，呈棕色片狀分布于碳酸鹽礦物間隙，粒徑0.3～0.8 mm；輝石占5%～8%，呈微細(xì)葉片狀、放射狀集合體形式分布，粒徑0.05～0.10 mm；黃鐵礦占3%～5%；另有少量其他礦物。

磷灰石脈型稀土礦石呈淺灰色～灰白色，斑狀、塊狀構(gòu)造，半自形粒狀結(jié)構(gòu)。磷灰石占55%～60%，呈淺黃色～棕黃色，透明、自形～半自形晶柱狀、粒狀分布，彼此緊密相間，顆粒大小不均相差懸殊，粒徑0.1～2.5 mm；黃鐵礦占15%～20%，呈不規(guī)則粒狀分布，并被磷灰石交代呈篩狀，粒徑0.4～3.0 mm；碳酸鹽礦物占10%～15%，多呈微細(xì)粒沿磷灰石、黃鐵礦礦物裂紋處或礦物邊緣接觸分布；另有部分黑云母。

2.3 礦石中稀土的賦存狀態(tài)

經(jīng)過顯微鏡下觀察，未發(fā)現(xiàn)有稀土的獨(dú)立礦物存在，反而產(chǎn)出大量磷灰石，似乎磷灰石與稀土成礦關(guān)系密切，因而針對磷灰石開展了系統(tǒng)研究。

2.3.1 磷灰石物相分析

將所挑磷灰石單礦物顆粒制成粉末樣后進(jìn)行衍射分析，結(jié)果見圖2。由圖2可知，礦區(qū)磷灰石為氟磷灰石。

圖2 樣品衍射譜圖

2.3.2 磷灰石電鏡能譜分析

將之前挑出的磷灰石礦物顆粒噴鉑后置于掃描電鏡樣品倉進(jìn)行分析測試，磷灰石主要元素組成如圖3所示。

圖3 樣品能譜圖

2.3.3 磷灰石單礦物化學(xué)分析

單礦物化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2，單礦物中稀土單元素含量及配分結(jié)果見表3。

表2 單礦物化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

表3 單礦物中稀土單元素含量及配分

2.3.4 磷灰石電子探針分析

在探針片上提前圈定測試顆粒區(qū)域，將探針片樣品進(jìn)行高密度噴碳，共選擇了4處磷灰石區(qū)域進(jìn)行測試，分析測試結(jié)果見表4。

表4 磷灰石電子探針測試結(jié)果

2.3.5 稀土賦存狀態(tài)分析

續(xù)表3

通過巖礦鑒定工作，未發(fā)現(xiàn)有稀土獨(dú)立礦物存在，亦未發(fā)現(xiàn)黏土礦物富集，顯然稀土元素并不以常見的獨(dú)立礦物和離子吸附形式產(chǎn)出。但在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)有大量磷灰石，而稀土元素又易以類質(zhì)同象形式進(jìn)入磷灰石晶格［5-9］，所以推斷本礦區(qū)稀土元素以類質(zhì)同象形式賦存于磷灰石。經(jīng)挑選單礦物進(jìn)行XRD衍射分析，判斷礦區(qū)磷灰石應(yīng)為氟磷灰石，這一點(diǎn)與能譜測試結(jié)果相吻合，同時(shí)能譜測試結(jié)果顯示氟磷灰石中含有稀土（見圖3），XRF測試結(jié)果顯示氟磷灰石單礦物中含有約11.6%的稀土氧化物。為了獲得準(zhǔn)確定量，分別對氟磷灰石單礦物進(jìn)行化學(xué)分析、ICP?MS和電子探針分析，化學(xué)分析結(jié)果顯示氟磷灰石中含氧化鈰7.51%（見表2）。ICP?MS結(jié)果顯示氟磷灰石單礦物中稀土氧化物總量達(dá)到14.94%，氧化鈰含量占稀土總量的48.14%，接近稀土氧化物總量的一半（見表3）。輕稀土共有14.36 g／t，占稀土總量的96.15%；重稀土共有0.575 g／t，占稀土總量的3.85%。電子探針結(jié)果顯示，氟磷灰石4個(gè)測試點(diǎn)稀土氧化物含量最低為16.56%，最高為19.40%，平均含量為18.06%（見表4），與化學(xué)分析結(jié)果相近，并且同樣表現(xiàn)為高度富集輕稀土元素；同時(shí)，不同測試點(diǎn)中稀土含量與硅含量基本呈正相關(guān)，鈣與磷含量基本呈正相關(guān)，兩組元素相互間呈負(fù)相關(guān)。

總的來看，礦區(qū)稀土元素賦存于氟磷灰石晶格，根據(jù)稀土元素與堿土元素常發(fā)生類質(zhì)同象的規(guī)律，推斷是稀土替代了氟磷灰石中部分堿土元素的位置，主要以REE3++Si4+置換Ca2++P5+形式進(jìn)行［6-10］，同時(shí)可能有少量Sr、S的參與，本礦區(qū)氟磷灰石的化學(xué)式可表達(dá)為（Ca，RE，Sr）5（PO4，SiO4，SO4）3（F，OH），鑒于其衍射譜圖仍表現(xiàn)為氟磷灰石的衍射特征（見圖2），說明稀土元素類質(zhì)同象進(jìn)入氟磷灰石晶格的量尚未達(dá)到引起礦物晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變的程度［11-12］，屬于磷灰石?鈰硅磷灰石這一類質(zhì)同象系列的中間產(chǎn)物，隨著類質(zhì)同象替換程度增加，礦區(qū)有望發(fā)現(xiàn)鈰硅磷灰石的存在。

同時(shí)從顯微鏡下可以看出，礦區(qū)磷灰石化蝕變普遍（見圖1），成礦顯然與蝕變密切相關(guān)，對于后期找礦意義重大。此外，礦區(qū)磷灰石顆粒較大，并無細(xì)小包體礦物，十分純凈，易于后續(xù)選礦工作的開展。

3 結(jié) 論

1）礦石稀土氧化物平均品位5.59%，達(dá)到稀土礦石標(biāo)準(zhǔn)。按礦石類型可劃分為磷灰石化正長斑巖稀土礦石和磷灰石脈型稀土礦石兩種。

2）稀土以類質(zhì)同象形式賦存于氟磷灰石中，化學(xué)式可簡化為（Ca，RE，Sr）5（PO4，SiO4，SO4）3（F，OH），礦區(qū)磷灰石化的部位均有成礦潛力，應(yīng)把該礦物作為選礦工藝礦物。

3）礦區(qū)氟磷灰石結(jié)晶顆粒較大且純凈，與其他礦物接觸關(guān)系簡單，易于解離，脈石礦物則以正長石為主，二者易于分選。

4）礦石中除含有稀土外，還含鍶、鐵及其他有價(jià)資源，具有一定的綜合利用前景，有必要針對此類型稀土礦做進(jìn)一步研究。