(1.中國地質科學院鄭州礦產資源綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.非金屬礦產資源綜合利用國家工程技術研究中心，河南鄭州450006)
我國藍晶石家族盛產高鋁“三石”，礦物齊全，但壹般品位較低，只能經過選礦才能使用。目前，它們的開發利用基本滿足了國內對高級耐火材料的需求。闡述了我國石三選礦技術開發利用的研究進展，認為今後應加強其選礦試驗研究，特別是浮選技術研究，重視特種選礦技術和設備的研究和引進，重視選礦中的綜合利用，確保石三工業的可持續發展[1 ~ 8]。
藍晶石；紅柱石；太陽石；資源；礦物加工
作者簡介:趙俊偉(1970—)，男，河南省鞏義市人，副研究員，碩士學位，從事礦業科技信息、礦物材料、礦物加工利用等方面的研究。
張克仁(1936—)，男，河南省開封市人，研究員，國家非金屬礦物工程技術研究中心名譽主任，《礦物保護與利用》雜誌主編。長期從事礦產資源綜合利用實驗研究、國家礦產資源規劃、科學研究和工程項目設計、論證工作。
藍晶石、錫石、紅柱石(俗稱“三石”)屬於藍晶石類高鋁礦物，是化學成分(Al2O3 SiO2)相同的同質異質變體，又稱“錫石礦物”。藍晶石礦物在高溫下分解為莫來石和熔融遊離二氧化矽，要求轉化溫度低，燒結時間短，轉化率高。同時產生不同程度的體積膨脹，具有冷卻後不收縮的永久膨脹性能，不僅具有較高的耐火性，而且具有良好的熱穩定性和耐磨性，對窯內的爐渣、天然氣和蒸汽具有較強的耐化學腐蝕性和較高的強度。因此，這些礦物可用作冶金、玻璃和陶瓷工業中高檔耐火材料的原料，以及陶瓷耐火材料和耐酸制品。
壹、中國藍晶石礦產資源分布
中國的“石三”礦儲量豐富。紅柱石發現於1934吉林琿春。從1936到1961，先後進行了山西藍晶石、雞西、寬甸、莆田紅柱石、北京、本溪紅柱石的地質調查和選礦工藝試驗，其中周口店、北京、莆田紅柱石作為耐火材料使用較早。上海寶鋼1978開工建設，其高溫強化操作冶煉工藝對耐火原料提出了更高的要求。為滿足寶鋼需求，優化我國耐火原料產品結構，全國各地已開始對“三石”和重點礦區進行勘探。迄今為止，我國已發現183塊“三石”，其中藍晶石44塊，錫石50塊，紅柱石89塊[1]。
中國的“三石”主要分布在華北地臺，包括秦嶺北、華北、東南、魯西、蘇北等地。“三石”礦點102，河南南陽紅柱石、藍晶石、矽線石，山東五蓮山紅柱石、矽線石，江蘇沭陽藍晶石。川西有康定、道孚紅柱石片巖等30處“石三”產出。“三石”在中國西北地區分布廣泛。1972年庫爾勒發現大型優質紅柱石礦床，紅柱石晶體較大。在阿勒泰，11處已發現“三石”，藍晶石、錫石礦物晶體大，品位高，手可得。東北地區有各種“三石”資源，地質工作程度高。紅柱石分布在吉林以東的遼東半島，礦點較多。僅琿春地區就有四個礦點。其他礦區有本溪、鳳城、岫巖、二道甸子、九臺和黑山，內蒙古雞西、林口、雙鴨山、土貴烏拉、遼寧寬甸為大型錫石礦區。中南和華東地區的主要礦山有來自安仁、玉林、安慶、杜愚和泉州的紅柱石，來自宜昌、莆田、雲南和海南的錫石，來自梁婷河和霍邱的藍晶石[1]。
二、藍晶石族礦物的基本特征
(1)地質特征
“石三”在中國的潛在資源十分可觀，且礦種齊全，壹般品位在8%-25%之間。部分礦床伴生有石墨、石榴石和堇青石，可綜合回收利用。藍晶石和錫石是富鋁粘土巖區域變質或動力變質作用形成的礦物，紅柱石主要是接觸變質作用形成的。藍晶石、錫石、紅柱石都是層狀、層狀或透鏡狀。礦體常產於片麻巖、結晶片巖、雲母片巖和石英片巖中[1]。藍晶石類礦物的常見伴生礦物有應時、雲母、長石、石榴石、黃玉、剛玉、堇青石、十字石、石墨、金紅石、鈦鐵礦、鐵礦物和碳質材料。
我國具有工業意義的藍晶石礦床類型主要有區域變質作用的石英巖、結晶片巖、片麻巖藍晶石和錫石礦床，其次為熱液蝕變或接觸交代作用的矽卡巖或角閃石紅柱石礦床。
(2)礦石的性質
“三石”結構不同。藍晶石屬於三斜晶系，錫石和紅柱石屬於正交晶系。“三石”的密度分別為藍晶石3.56 ~ 3.68克/立方厘米，錫石3.23 ~ 3.27克/立方厘米，紅柱石3.10 ~ 3.20克/立方厘米。藍晶石的莫氏硬度為5.5 ~ 7，錫石的莫氏硬度為7 ~ 7.5，紅柱石的莫氏硬度為7 ~ 7.5。“石三”礦石以斑狀變質構造、鱗片狀粒狀變質構造和柱狀變質構造為主。主要礦石類型為石英巖、片巖、片麻巖和角閃石。
總的來說，我國的藍晶石礦物具有以下性質。
1)就目前我國發現的藍晶石礦床而言，雖有壹定的儲量規模，但總體品位較低，藍晶石礦物含量不高，多為10% ~ 25%，必須經過選礦處理。大多數礦石含高鐵鈦有害雜質，其賦存礦物與藍晶石礦物關系密切，嵌布粒度細。在分離過程中為了去除Fe2O3和TiO2雜質，容易降低藍晶石礦物的回收率。
2)礦石中還有許多其他鋁矽酸鹽礦物，如雲母、長石、石榴石、高嶺石等，需要作為脈石礦物除去，以保證精礦中藍晶石礦物的含量，精礦的Al2O3回收率會受到影響。
3)礦石中大部分礦物嵌布粒度不均勻，夾雜物多，單體難以解離；紅柱石多被碳質物質包裹和汙染，給分選帶來困難。某些礦石中藍晶石礦物表面的次生變化或被高嶺土和雲母所替代，導致磨礦和分選過程中產生較多的次生礦泥，降低了分選的選擇性。
3.藍晶石族礦石選礦利用的研究與實踐
藍晶石族礦物因其特殊的膨脹性能，主要用作高級耐火材料的原料。藍晶石比另外兩種礦物的膨脹性更強，所以在冶金高爐中常作為壹種不定形耐火材料，以抵消粘土礦物在高溫下的體積收縮，從而穩定整個物料的體積，延長冶金爐的使用壽命。矽線石具有能承受劇烈溫度變化的特性，廣泛應用於各種溫度變化劇烈的部位，如爐門、出鐵口、輸送槽等。紅柱石可以直接用來做紅柱石耐火磚，高溫不變形。藍晶石礦物還可以用來生產矽鋁合金、金屬纖維、玻璃和陶瓷。
我國藍晶石群礦的大規模開發利用是在上海寶鋼引進項目後開始受到重視的，藍晶石群礦的選礦方法研究和新發現礦床(點)的礦石加工利用也相繼開展。
(壹)藍晶石選礦研究現狀
根據藍晶石礦物的性質和藍晶石礦物主要用作耐火材料原料的要求，選礦的主要目的是提高精礦中藍晶石礦物(主要以Al2O3計)的含量，降低Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO等雜質的含量，因為K2O和Na2O在高溫下能分解莫來石生成富玻璃相，Fe2O3和TiO2超過壹定量，耐火度降低，抗侵蝕性受影響，而CaO和MgO受影響。由於耐火材料的骨料要求藍晶石礦物的粒度較粗，但有些應用領域要求粒度超細，所以在選礦時要盡可能地保護礦物的粗顆粒，盡可能地回收細顆粒。
藍晶石族礦物是難熔矽酸鹽礦物。礦石性質不同，采用的選礦方法也不同。壹般來說，粗粒礦物的分選是通過手工、重選和磁選，其中跳汰機、重介和搖床是主要的重選方法。對於細顆粒，主要采用浮選。重選主要利用藍晶石礦物與應時、長石、雲母的密度差，磁選主要利用藍晶石礦物與黑雲母、鐵鋁榴石、電氣石、十字石的磁性差來分選。
目前，針對我國藍晶石族礦產資源中微細粒嵌布有用礦物的資源特點，常采用以浮選、重選、磁選為主的聯合選礦工藝進行預富集，為浮選提供高品位礦石，同時從浮選精礦中除去鐵和鈦。錫石、紅柱石和藍晶石是具有相同Si/O比的多形態鋁矽酸鹽礦物。它們的晶體結構既有應時特有的二氧化矽四面體，也有剛玉特有的氧化鋁八面體。研究和實踐表明，藍晶石族礦物的浮選可以在酸性、堿性甚至中性條件下進行，浮選的最佳pH值與捕收劑的種類和用量有關，在酸性介質中浮選的分離效率和選擇性最好。壹般來說，脂肪酸類捕收劑用於堿性介質(pH 8.5~9.5)。磺酸鹽捕收劑用於酸性介質(PH3 ~ 4)；中性介質(pH 6.5~7.5)宜使用混合捕收劑[2]。為了分散礦漿和抑制鐵礦物，加入六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉，用檸檬酸抑制雲母，用矽酸鈉抑制長石、應時等矽質礦物。浮選前適當脫泥有利於提高浮選精礦的品位和回收率；雲母、葉蠟石、磷酸鋁、白雲石和含鐵礦物也可在浮選前反浮選除去，反浮選的捕收劑常采用氧化石蠟皂和羥肟酸。
在壹些精礦中，極少量的含鐵礦物和雜質如雲母和應時很難通過物理分離除去。為了獲得高純度的精礦，有時需要進行化學選礦。可以加入氫氟酸和鹽酸的混合溶液，用蒸汽加熱，浸出壹段時間後再洗滌脫酸[3]。
(2)藍晶石族礦石的選礦實踐
非金屬礦物綜合利用國家工程技術研究中心、中國地質科學院鄭州礦物綜合利用研究所及其前身原地礦部礦物綜合利用研究所從20世紀80年代初就開始了藍晶石族礦物的加工利用研究，先後對江蘇沭陽、魯偉、河北、河南陰山、樊氏、陜西、 黑龍江雞西石礦、河北平山石礦、河南內鄉石礦、河南鎮平石礦、內蒙古土貴烏拉石礦、福建莆田石礦、河南西峽紅柱石礦、吉林琿春紅柱石礦、新疆庫爾勒紅柱石礦、新疆巴州霍拉溝紅柱石礦等“三石”的開發利用進行了試驗研究。
低品位藍晶石礦是壹種藍色水晶應時型礦。嶽鐵兵等人[4]對原全浮選工藝進行了改進，采用了如圖1所示的聯合重力浮選工藝。礦石不需要完全磨礦，提高了原礦的處理能力，最大限度地減少了藍晶石的過度磨礦，在盡可能粗的條件下回收藍晶石，保證了藍晶石的精礦品位和回收率。同時，重選去除了壹部分尾礦，減少了浮選的礦石量，重選可以獲得部分金紅石精礦，達到綜合回收有用礦物的目的，降低藍晶石精礦的含鐵量，提高藍晶石精礦的質量。藍晶石精礦Al2O3最終品位為54.19%，Al2O3總回收率達到55%，雲母可進壹步浮選回收。
圖1中低品位藍晶石礦選礦原理流程
新疆巴音郭楞紅柱石礦床是我國最大的紅柱石礦床，遠景資源量為213×108t。通過研究，充分利用紅柱石原生粒度粗，明顯大於應時、雲母等脈石礦物，且紅柱石與脈石礦物之間的緊密度遠小於脈石礦物之間的緊密度，提出了粗粒度下“骨料”拋尾、原礦直接破碎分級的新工藝。試驗確定(-5+0.5) mm品位采用重選-幹法磁選工藝，-5+0.5)mm品位采用重選-濕法磁選-重選-幹法強磁選工藝，中礦采用破碎-分級-幹法磁選工藝。選礦擴大試驗獲得了紅柱石精礦品位9.61%、Al2O3品位57.03%、紅柱石礦物含量95.69%、回收率69.73%的優良技術指標。該工藝簡單可靠。該工藝很好地解決了粗粒紅柱石的選礦提純技術難題，屬於創新工藝。5 ~ 0.5 mm粗粒紅柱石制品填補了國內粗粒紅柱石骨料的空白。目前已建成年產5×104t紅柱石精礦(1600 t/d原礦)的選礦廠。
河南內鄉錫石礦石屬於石榴石黑雲錫石片巖，生產工藝確定為破碎-磨礦-弱磁選-強磁選-泥質浮選-錫石浮選。原理流程如圖2所示。這項技術已經投入生產[4]。
圖2河南內鄉某錫石礦選礦工藝流程
四。藍晶石選礦發展前景
長期的發展使資源趨於枯竭，應用部門對精礦質量的要求趨於高純度、低含量，推動了藍晶石選礦技術的不斷發展。今後，應進壹步加強其選礦試驗研究。
1)加強浮選工藝研究。寒山藍晶石礦在國內首次采用酸性介質浮選-磁選-重選方法成功後，綜合考慮設備腐蝕、環保等因素，開發了單壹堿性介質浮選工藝，並在此基礎上建成了國內第壹座藍晶石選礦廠[5]。而酸性介質浮選生產成本低，精礦質量高，國外多采用酸性浮選。隨著我國防腐技術的不斷成熟，酸性介質浮選的推廣應用將更具優勢。此外，應進壹步加強高效浮選藥劑的研究。如烷基硫酸鹽具有洗滌功能，可以清洗汙染礦物表面，具有起泡性能和弱捕收性能，可以明顯提高錫石精礦的質量[3]。
2)重視特種選礦技術和設備的研究和引進。對內蒙古土貴烏拉和福建莆田錫石礦物的研究[6]表明，錫石的浮選要求泡沫均勻、分散、穩定，而國內金屬礦山常用的浮選機攪拌性太強，充氣量大，不利於粒度細、氣泡粘附性弱的錫石礦物的浮選。多年對非金屬礦物加工利用的研究[7]也表明，非金屬礦物工業壹直在使用金屬礦石破碎、磨礦、重選、浮選、磁選、電選等設備，忽視了金屬與非金屬礦物在分離工藝、特性和要求上的不壹致，造成非金屬礦物分離效率降低，產品質量難以提高的現象。因此，有必要發展特種非金屬礦物加工處理設備，提高非金屬礦產資源的利用效率[7]。粗粒精礦能很好地保留藍晶石礦物的高溫膨脹性，特別是需要大顆粒的紅柱石作為耐火骨料。
3)重視選礦中的綜合利用。藍晶石族礦山中常見的伴生礦物有應時、雲母、長石、石榴石、金紅石和石墨，用途廣泛。它們在藍晶石類礦山的選礦過程中被解離，在中礦或尾礦中相對富集。它們的綜合回收利用對於實現資源價值最大化和減少尾礦對環境的影響具有重要意義。如美國佐治亞州的藍晶石礦床較差，藍晶石含量只有8%左右。除藍晶石外，該礦還綜合回收了商品雲母、石墨等暢銷產品[8]。
動詞 （verb的縮寫）結論
我國高鋁“三石”資源豐富，礦種齊全，但壹般品位較低，只能選礦後使用。目前，它們的開發利用基本滿足了國內對高級耐火材料的需求。由於技術和市場原因，前幾年大量藍晶石礦生產企業倒閉。近年來，隨著我國鋼鐵工業的發展，以及玻璃、陶瓷、冶金、耐火材料等工業領域對高鋁“三石”的強烈需求，加上近年來出口量不斷增加，高鋁“三石”的發展有所回升。隨著資源的長期開發趨於枯竭和應用部門對精礦質量要求的提高，我國應加強浮選技術的研究，重視特種選礦技術和設備的研究和引進，重視選礦加工中的綜合利用，以確保高鋁"三石"產業的可持續發展。
參考
【1】劉洪泉。中國藍晶石礦的發展與市場機遇。中國非金屬礦產工業指南，2002，(6): 8-10。
紅柱石、錫石、藍晶石礦產資源及其選礦。金屬礦，1994，(3): 36-41，29。
錫石礦物的選礦及應用研究現狀。礦產保護與利用，1991，(4): 42-47
嶽鐵兵，等。藍晶應時型礦石選礦提純工藝探索。中國非金屬礦工業指南，2003，(4): 61-62。
宋丹波。藍晶石礦物的選礦。四川建築材料學院學報，1991，6 (4): 31-39。
宋丹波。內蒙古土貴烏拉和福建莆田錫石礦石的浮選研究。礦產資源綜合利用，1983，(2): 32-35，26
[7]馮安生等.中國非金屬礦開采現狀及加工技術進展(二).礦產保護與利用，2006，(1): 48-54
常大人。藍晶石礦物可選性研究中應註意的幾個問題？礦物綜合利用，1984，(2): 60-63
中國藍晶石族礦物資源及其加工
趙軍偉1，2，張可仁1，2
(1.CAGS鄭州礦產資源綜合利用研究所；2.中國非金屬礦產資源綜合利用國家工程中心，河南鄭州450006)
文摘:我國藍晶石族礦產資源豐富，包括藍晶石、紅柱石和矽線石。由於它們品位低，加工後可以利用。在中國，這三種礦物的國內生產可以滿足優質耐火材料制造的需要。本文介紹了這些礦物的選礦現狀。文章還對這些資源的可持續發展提出了壹些建議，如進壹步研究其加工特別是浮選技術，研究或引進專用的加工技術和設備，在選礦中充分利用這些資源。
關鍵詞:藍晶石、紅柱石、矽線石、資源、選礦。