趙軍偉1 張克仁2
（1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦產資源綜合利用工程技術研究中心，河南 鄭州 450006）
摘要 我國藍晶石族高鋁 “三石” 資源豐富，礦種齊全，但是普遍品位較低，必須經過選礦加工處理才能利用。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。闡述了我國開發利用“三石”選礦技術研究的進展，認為今後應加強其選礦試驗研究，特別是浮選工藝的研究，重視專用選礦工藝、設備的研究和引進，註意選礦加工中的綜合利用，以保證“三石”產業的可持續發展［1～8］。
關鍵詞 藍晶石；紅柱石；夕線石；資源；選礦。
作者簡介：趙軍偉（1970—），男，河南省鞏義市人，副研究員，碩士，從事礦業科技信息及礦物材料、礦物加工利用研究。
張克仁（1936—），男，河南開封市人，研究員，國家非金屬礦工程技術研究中心名譽主任，《礦產保護與利用》期刊主編。長期從事礦產資源綜合利用試驗研究，國家礦產資源規劃、科研和工程項目設計編制、論證工作。
藍晶石、夕線石、紅柱石（通稱“三石”）屬藍晶石族高鋁礦物，它們是有相同化學成分（Al2O3·SiO2）的同質多相變體，也稱“夕線石類礦物”。藍晶石族礦物在高溫下分解為莫來石和熔融狀遊離二氧化矽，所需的轉化溫度較低，燒成時間短，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，不僅耐火度高，還具有良好的熱穩定性和耐磨性，對爐渣、天然氣、窯爐內的蒸氣均具有較強的抗化學侵蝕性和較高的強度。因而，這些礦物可用作冶金、玻璃和陶瓷工業中高級耐火材料的原料、陶瓷類耐火及耐酸制品。
壹、我國藍晶石族礦物的資源分布
我國的“三石”礦儲量豐富。1934年即在吉林琿春地區發現了紅柱石礦，1936年至1961年先後對山西的藍晶石，雞西、寬甸、莆田夕線石，北京、本溪的紅柱石進行了地質調查和礦物工藝試驗研究工作，其中北京周口店紅柱石、莆田夕線石較早用於耐火材料工業中。1978年上海寶鋼開工建設，其高溫強化操作冶煉工藝對耐火原材料提出了更高的要求。為滿足寶鋼的需要並優化我國耐火原材料產品的結構，全國開始“三石”找礦和重點礦區的勘探工作，到目前為止，已在全國發現“三石”礦點183個，其中藍晶石44個，夕線石50個，紅柱石89個［1］。
中國“三石”主要分布於華北臺地，包括秦嶺北、華北、東北南部、魯西、蘇北等地。“三石”礦點102個，其中有河南南陽地區的紅柱石、藍晶石、夕線石，山東五蓮山的紅柱石、夕線石，江蘇沭陽的藍晶石。川西地區康定、道浮紅柱石片巖等“三石”礦點30處。西北地區“三石”分布很廣，1972年在庫爾勒發現優質紅柱石大型礦床，紅柱石晶體較大，阿勒泰地區已發現“三石”礦點11處，藍晶石、夕線石礦物晶體大、品位高、手選可用，甘肅的紅柱石、藍晶石，陜西的藍晶石、夕線石、紅柱石，青海的紅柱石儲量豐富。東北地區“三石”資源品種全，地質工作程度較高，遼東半島至吉林東部是紅柱石分布的礦區，礦點多，僅琿春地區就有4個礦點，其他礦區有本溪、鳳城、岫巖、二道甸子、九臺、黑山等，黑龍江雞西、林口、雙鴨山、內蒙古土貴烏拉及遼寧寬甸是大型夕線石礦區。中南、華東地區主要礦點有安仁、玉林、安慶、於都、泉州的紅柱石，宜昌、莆田、郁南、海南的夕線石，涼亭河、霍邱的藍晶石等［1］。
二、藍晶石族礦的基本特性
（壹）地質特性
我國“三石”潛在的資源極為可觀，礦種齊全，壹般品位多在8%～25%之間。有些礦床伴生石墨、石榴子石、堇青石等，可以綜合回收利用。藍晶石和夕線石是富含鋁質、粘土質巖石經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礦物。藍晶石、夕線石和紅柱石礦體均為層狀、似層狀或透鏡狀。礦體經常產於片麻巖、結晶片巖、雲母片巖和石英片巖中［1］。藍晶石族礦常見的伴生礦物有石英、雲母、長石、石榴子石、黃玉、剛玉、堇青石、十字石、石墨、金紅石、鈦鐵礦、鐵礦物、炭質物等。
我國具有工業意義的藍晶石族礦床類型，主要有區域變質型的石英巖、結晶片巖、片麻巖藍晶石和夕線石礦床，其次有熱液蝕變或接觸交代型的矽卡巖或角巖化紅柱石礦床。
（二）礦石性質
“三石”的結構不同，藍晶石屬三斜晶系，夕線石、紅柱石屬斜方晶系。“三石”的密度分別為：藍晶石3.56～3.68g/cm3、夕線石3.23～3.27g/cm3、紅柱石3.10～3.20g/cm3。藍晶石的莫氏硬度為5.5～7，夕線石為7～7.5，紅柱石為7～7.5。“三石”礦以斑狀變晶結構、鱗片粒狀變晶結構及柱狀變晶結構為主。礦石的類型主要有石英巖、片巖、片麻巖、角巖等。
總體來說，我國藍晶石族礦石有以下性質。
1）就當前我國已發現的藍晶石族礦物礦床而言，雖具有壹定儲量的規模，但是普遍品位較低，藍晶石族礦物含量不高，多為10%～25%，必須經過選礦處理。多數礦石的鐵、鈦有害雜質含量高，且其賦存礦物與藍晶石族礦物***生密切，嵌布粒度細，在選別過程中為達到脫除Fe2O3、TiO2雜質的目的，易造成藍晶石族礦物回收率的降低。
2）礦石中雲母、長石、石榴子石、高嶺石等其他含鋁矽酸鹽礦物普遍較多，需要作為脈石礦物除去，以確保精礦中藍晶石族礦物的含量，精礦的Al2O3回收率將受到影響。
3）礦石大多礦物嵌布粒度不均勻，且多存在有包裹體，造成單體解離困難；紅柱石多半還被炭質物包裹、汙染，給分選帶來困難。某些礦石藍晶石族礦物表面的次生變化或被高嶺土、雲母等所交代，導致磨礦和選別過程中產生較多的次生礦泥，降低了分選的選擇性。
三、藍晶石族礦的選礦加工利用研究與實踐
由於具有特殊的膨脹性能，藍晶石族礦被主要用作高級耐火材料的原料。藍晶石比另兩種礦物膨脹性顯著，因而常用於冶金高爐中作不定型的耐火材料，以抵消粘土礦物在高溫下的體積收縮，使整個材料的體積穩定，從而延長冶金爐的使用壽命。夕線石具有能承受溫度劇變的特征，被廣泛用於各種溫度劇變的部位，如爐門、出鐵口、輸送槽等處。紅柱石則可直接用於制造紅柱石耐火磚，具有在高溫下不變形的特點。藍晶石族礦還可用於生產矽鋁合金、金屬纖維及玻璃、陶瓷等行業。
我國藍晶石族礦的規模開發利用是在上海寶鋼引進項目工程建設之後才開始受到重視的，對藍晶石族礦的選礦方法和新發現礦床（點）的礦石加工利用研究也陸續開展起來。
（壹）藍晶石族礦的選礦研究現狀
根據藍晶石族礦的礦石性質及其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族礦物的含量（主要以Al2O3計），降低Fe2O3、TiO2及K2O、Na2O、CaO、MgO等雜質的含量，因為K2O、Na2O在高溫下能分解莫來石生成富玻璃相，Fe2O3、TiO2超過壹定量會造成耐火度下降並影響抗腐蝕性，CaO、MgO超標也會引起莫來石的分解，從而影響制品的高溫性能。由於耐火材料骨料對藍晶石族礦產品的粒度要求較粗，而有些應用領域則要求粒度超細，所以，在選礦加工中應盡量保護礦物的粗粒，同時要盡可能地回收細粒。
藍晶石族礦物屬難選的矽酸鹽礦物。礦石的性質不同，采用的選礦方法也各不相同。壹般來說，粗粒礦物采用手選、重選、磁選，其中重選以跳汰、重介質和搖床為主；細粒則主要采用浮選的選礦方法。重選主要利用藍晶石族礦物與石英、長石、雲母等的密度差，磁選主要利用其與黑雲母、鐵鋁榴石、電氣石、十字石等的磁性差異，從而將它們分離。
目前，鑒於我國已發現的藍晶石族礦產資源有用礦物細粒嵌布的資源特征，多采用以浮選為主的聯合選礦工藝，重選、磁選常用來進行預富集，以便為浮選提供較高品位的給礦，也可用於對浮選精礦除鐵降鈦。夕線石、紅柱石、藍晶石是Si/O比相同的多晶型鋁矽酸鹽礦物，它們的晶體結構中既有石英特有的矽氧四面體，又有剛玉特有的鋁氧八面體。研究和實踐表明，藍晶石族礦的浮選可在酸性、堿性乃至中性條件下進行，最佳浮選pH值與捕收劑的種類和用量有關，且以酸性介質浮選的分選效率和選擇性最佳。壹般說來，在堿性介質（pH 8.5～9.5）中使用脂肪酸捕收劑；酸性介質（pH 3～4）中使用磺酸鹽捕收劑；中性介質（pH 6.5～7.5）中使用混合捕收劑為宜［2］。為分散礦漿和抑制鐵礦物，多加入六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉，抑制雲母多采用檸檬酸，抑制長石、石英等矽質礦物多采用水玻璃［3］。浮選前適量脫泥對浮選精礦品位和回收率的提高是有益的；也可在浮選前采用反浮選脫除雲母、葉蠟石、磷鋁鈣石、白雲石、含鐵礦物等，反浮選捕收劑常采用氧化石蠟皂和羥肟酸等。
有些精礦中的極少量含鐵礦物和雲母、石英等雜質難以用物理分選方法脫除，為獲得高純精礦，有時需進行化學選礦，可加入氫氟酸和鹽酸混合液並通蒸氣加熱，浸取壹段時間後洗滌脫酸［3］。
（二）藍晶石族礦的選礦實踐
國家非金屬礦綜合利用工程技術研究中心、中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所及其前身原地礦部礦產綜合利用研究所從20世紀80年代初就開始了對藍晶石族礦的加工利用研究，先後對江蘇沭陽藍晶石礦、河北魏魯藍晶石礦、河南隱山藍晶石礦、山西繁峙藍晶石礦，黑龍江雞西夕線石礦、河北平山夕線石礦、河南內鄉夕線石礦、河南鎮平夕線石礦、內蒙古土貴烏拉夕線石礦、福建莆田夕線石礦，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”礦的開發利用進行過試驗研究。
某中低品位藍晶石礦為藍晶石英型礦，嶽鐵兵等［4］經研究改進了原全浮選工藝流程，采用如圖1所示的重浮聯合工藝流程。礦石不需全部磨礦，提高了原礦處理能力，最大限度地減少了藍晶石過磨，在盡可能粗的條件下回收藍晶石，因此保證了藍晶石的精礦品位和回收率。同時重選拋除壹部分尾礦，減少了入浮選的礦量，且重選可得部分金紅石精礦，達到綜合回收有用礦物的目的，降低了藍晶石精礦中鐵含量，提高了藍晶石精礦的質量。最終藍晶石精礦Al2O3品位為54.19%，Al2O3總回收率達到55%，還可在浮選作業中進壹步回收雲母。
圖1 某中低品位藍晶石礦選礦原則工藝流程
中國規模最大的紅柱石礦床——新疆巴音郭楞紅柱石礦床，遠景資源量達2.13×108t。經研究，充分利用該礦石紅柱石的原生粒度粗，明顯大於石英、雲母等脈石礦物的原生粒度，且紅柱石與脈石礦物的嵌布緊密程度遠不如脈石之間緊密的特點，提出了在較粗粒度下采用“集合體”拋尾和原礦直接破碎分級入選的新技術。試驗確定了（-5＋0.5）mm級別采用重選—幹式磁選工藝流程，-0.5mm級別采用重選拋尾—濕式磁選—重選—幹式強磁選工藝流程，中礦采用破碎—分級—幹式磁選工藝流程。選礦擴大試驗取得了紅柱石精礦產率9.61%、Al2O357.03%、紅柱石礦物量95.69%、回收率69.73%的優異工藝指標，工藝簡單可靠。該工藝很好地解決了粗粒紅柱石礦選礦提純技術難題，屬創新工藝。5～0.5mm粗粒紅柱石產品填補了國內無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。
對於屬於石榴黑雲夕線片巖的河南內鄉夕線石礦，研究確定生產流程為破碎—磨礦—弱磁選—強磁選—脫泥質物浮選—夕線石浮選。原則工藝流程見圖2。該工藝早已投入建廠生產［4］。
圖2 河南內鄉某夕線石礦選礦工藝流程
四、藍晶石族礦的選礦發展前景
長期開發使資源趨於貧化，以及應用部門對精礦質量要求趨於高純、低含雜化，推動著藍晶石族礦產選礦加工工藝不斷向前發展，今後應進壹步加強其選礦試驗研究。
1）加強浮選工藝的研究。我國韓山藍晶石礦最早采用酸性介質浮選—磁選—重選方法取得成功後，考慮到設備腐蝕、環保等因素，又研究制定了單壹堿性介質浮選工藝，並以此為依據建設了我國第壹座藍晶石選礦廠［5］。但酸性介質浮選生產費用較低且精礦質量較高，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。另外，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作用，能清洗被汙染的礦物表面，同時具有起泡性能和弱捕收性能，可明顯提高夕線石精礦的質量［3］。
2）重視專用選礦工藝、設備的研究和引進。對內蒙古土貴烏拉和福建莆田夕線石礦的研究［6］表明，夕線石浮選需要均勻、彌散、穩定的泡沫，國內金屬礦常用的浮選機攪拌過強、充氣量大，對粒度細、氣泡附著不夠牢固的夕線石礦物浮選不利。多年非金屬礦加工利用研究［7］也顯示，非金屬礦行業壹直沿用金屬礦破碎、磨礦、重選、浮選、磁選、電選等裝備，忽視了金屬礦和非金屬礦分選過程、特點和要求的不壹致性，造成非金屬礦分選效率下降、產品質量檔次難以提高的現象，必須研發專用的非金屬礦選礦和加工裝備，以提高非金屬礦資源的利用效率［7］。粗粒精礦能很好地保留藍晶石礦物的高溫膨脹性，特別是作耐火材料骨料需要大顆粒的紅柱石。
3）註意選礦加工中的綜合利用。藍晶石族礦常見的伴生礦物石英、雲母、長石、石榴子石、金紅石、石墨等應用廣泛，在藍晶石族礦選礦中已得到解離，並在中礦或尾礦中相對富集，它們的綜合回收和利用，對於最大限度地發揮資源價值、減輕尾礦造成的環境影響有著重要意義。如美國佐治亞藍晶石礦床屬於貧礦床，藍晶石含量只有8%左右，該礦除回收了藍晶石外，還綜合回收了商業雲母、石墨和其他暢銷產品［8］。
五、結語
我國高鋁“三石”資源豐富，礦種齊全，但是普遍品位較低，必須經過選礦加工處理才能利用。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。由於技術和市場等方面的原因，前些年藍晶石族礦生產企業大批倒閉，近幾年隨著我國鋼鐵工業的發展及玻璃、陶瓷、冶金、耐火材料等工業領域對高鋁“三石”的需求強勁，加之近年來出口量逐年增長，高鋁“三石”開發有所回升。隨著資源長期開發趨於貧化和應用部門對精礦質量要求的提高，今後我國應加強浮選工藝的研究，重視專用選礦工藝、設備的研究和引進，註意選礦加工中的綜合利用，以保證高鋁“三石”產業的可持續發展。
參考文獻
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Kyanite Group Minerals Resources in China and Their Processing
Zhao Junwei1，2，Zhang Keren1，2
（1.Zhengzhou Mineral Resources Multi-purpose Utilization Institute，CAGS；2.China National Engineering Center for the Multipurpose Utilization of Nonmetallic Mineral Resources，Zhengzhou 450006，Henan，China）
Abstract：China is rich in kyanite group minerals resources including kyanite，andalusite and sillimanite.Because of their low grade，they can be utilized after being processed.In China，domestic production of these three minerals can meet the need of quality refractory manufacturing.This article introduces the present situation of mineral processing for these minerals.And the article also gives some advices for these minerals industries’ sustainable development such as further studying their processing especially flotation technology，studying or introducing into appropriative processing technologies and equipment and making the full use of these resources in the mineral processing.
Key words：kyanite，andalusite，sillimanite，resources，mineral processing.