话说找锆铪

刘继顺

2007-03-23

一、锆铪矿地质特征
    锆铪的地球化学性质相近，在自然界形影不离，两者均是核反应堆必不可少的材料物质，故常称为核反应堆的“哼哈二将”。　
    锆在地壳中的丰度为0.025%, 居第20位，超过Cu、Zn、Sn、Ni和Pb; 铪在地壳中的丰度为0.00045%，超过Hg ,Nb 和U。但锆铪的分布却极其分散，独立矿物很少，仅有十余种，故锆铪被称为稀有金属。在自然界，锆主要存在以硅酸锆（锆石，又名锆英石，ZrSiO4，变种有细晶石、水锆石、苗木石、异性石) 和氧化锆（斜锆石，ZrO2 ) 。
    铪本身无独立存在的矿物，均以类质同象赋存于锆英石中，一般地，锆石含铪0.5 %～1.0%，斜锆石含铪1.0 %～1.8%。锆铪比一般为50。
    锆石，化学组成为Zr[SiO4]。其理论组成为：ZrO2：67.1％；SiO2：32.9％。常含有Hf、Th、U、REE、Nb、Ta、Ti、Al、Sn、Fe、Mg、Ca、P等杂质元素。当其中杂质元素高时可形成锆石的许多变种，如山口石、大山石、苗木石、铍锆石、曲晶石、富铪锆石等。晶体呈短柱状，通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。透明至半透明。晶形及色彩艳丽者，可作宝石原料。
    根据晶形发育程度可将锆石分为高型锆石和低型锆石。结晶完好者为高型锆石，多呈白色、褐红色，折光率1.925-1.984，硬度7-7.5，比重4.6-4.8，一般无荧光，有时有红色荧光。
   晶体极差或无晶者为低型锆石，多呈绿色、暗绿色。显亚金刚光泽至金刚光泽，折射率1.78-1.815，硬度6，比重3.9-4.1,无萤光。锆石颜色多样，有无色、紫红、黄褐、淡黄、淡红、绿等，金刚光泽。无解理。摩氏硬度7.5-8，比重大，达4.4-4.8。
    高型锆石为岩浆早期结晶的产物，含放射性元素少，保持了锆石原有的物理化学特性。低型锆石由于富含放射性元素，使晶体遭到破坏，产生晶体非晶质化。如果对低型的锆石加热到一定程度时，其就会变成无色透明晶体。如斯里兰卡的锆石多为绿色低型的，经过热处理后，颜色明显变淡，成为高型的锆石宝石。我国海南省产的红色、棕色锆石，经过热处理，可以变成无色的。 
　  由于四价的锆与四价的铀和钍，离子半径相近，因此铀钍可以类质同象置换锆而进入锆石的晶格，故锆石常具有放射性。由于形成环境和条件有异，不同产地的锆石所发出的放射性强度也不同。按我国标准，放射性比活度大70000Bq.kg-1的任何物质为放射性物质。因此，有些高放射性的锆石则被视为放射性物质，据最近报道，我国海关已拒绝两批锆英砂的进口。由于放射性元素铀钍是以类质同象形式进入到锆石晶格中的，任何物理选矿方法难以消除放射性。
    斜锆石，化学组成为ZrO2，其理论值是：Zr 74.1%，O 25.9%，经常含少量的Hf等稀有元素。它是是一种高温产物。产于碳酸盐岩里的斜锆石，与烧绿石、磷灰石等共生。亦可是气水热液对岩石中锆石作用的产物。单斜晶系。晶体通常为短柱状或长柱状，板状、片状。集合体呈放射纤维状、块状、结核状、钟乳状或肾状等。颜色无色至黄色、绿色、绿棕色、红色、褐色、褐黑色或黑色。白色或棕色条痕。油脂或玻璃光泽，黑色斜锆石呈半金属光泽。透明至半透明摩氏硬度6.5，比重5.40-6.02，解理完全，断口不平坦状到亚贝壳状。透射光下无色至棕褐色，有时呈现带状。多色性明显。矿块不溶于酸，细粉末能缓慢地溶于浓硫酸；在酸性硫酸钾里加热分解。吹管焰下不熔，但矿物褪色。与碳酸钠混熔后，加少量盐酸及水溶之，使姜黄试纸呈桔黄色（锆的反应）。
    锆石在各类火成岩中作为副矿物均有产出，是酸性和碱性岩中分布广泛的副矿物。在碱性基性岩、碱性超基性岩、岩浆碳酸岩、伟晶岩中，常与稀有稀土元素矿物共生，如铌钽铁矿、褐钇铌矿、褐帘石、钍石、独居石。由于锆石比重和硬度大，化学性质又稳定，在风化剥蚀条件下，易于富集形成砂矿。
    锆矿床分为原生矿及砂矿两大类。原生矿可分为早期岩浆矿床、晚期岩浆矿床及伟晶岩矿床。挪威南部霞石正长岩中产出有巨型锆石矿床，但一般工业价值小，很少被开采。
    砂矿有海滨砂矿、湖滨砂矿、冲积砂矿和残坡积砂矿，其中以海滨砂矿最有工业价值，是目前锆矿的主要开采对象。
    世界锆资源主要赋存于海滨砂矿矿床中,只有少部分赋于积矿砂和原生矿中。世界锆英砂储量约4000万吨 ,其中85%分布在澳大利亚、南非、美国、印度和前苏联。我国锆矿储量居世界第九位,总储量为200 余万t ,主要集中在广东、海南、广西和四川,而云南主要是岩矿;其它,如湖南、湖北、安徽、福建、江西、辽宁等,也有一些锆资源。

锆英石矿床的工业要求
矿床类型      边界品位       工 业 品 位
        ZrO2%    锆石kg／m3  ZrO2%    锆石kg／m3
滨海砂矿0.04-0.06 1-1.5      0.16～0.24   4-6
风化壳矿床  0.3    1-1.5          0.8     4-6 
内生矿床    3.0   1-1.5           8.0     4-6

最小开采厚度：滨海砂矿为0.5m。风化壳矿床和内生矿床为0.8～1.5m。

锆英石精矿技术要求（YB834-87）(％)
   二氧化(锆＋铪) TiO2 Fe2O3 P2O5 Al2O3 SiO2
      特级品65.5 0.3  0.10  0.20 0.8   34.00
      一级品65.0 0.5  0.25  0.25 0.8   34.00
      二级品65.0 1.0  0.30  0.35 0.8   34.00
      三级品63.0 2.5  0.50  0.50 1.0   33.00
      四级品63.0 3.5  0.80  0.80 1.2   32.00
      五级品55.0 8.0  1.50  1.50 1.5   31.00

放射性强度不得高于本底的10倍。

二、找锆铪标志
   1、放射性异常区；
   2、碱性岩和碱性伟晶岩风化剥蚀物的堆积区，如海滨、湖滨、河流拐弯处等适宜于重砂矿物富集的地段；
   3、重砂异常区。

三、开采方法

目前，分选靠近海平面和海平面以下的海滨砂中的锆英石方法为：在采矿时用推土机剥离覆盖层，矿砂由挖泥机抽吸，并送往湿粗选厂。粗选厂可以设置在浮动挖泥船上。在湿选时用螺旋选矿机，圆锥选矿机和洗矿槽联合装置来回收重精矿，轻矿物被除去。大部分粗精矿运送到精选厂，然后用重选法除去残留的轻矿物，重精矿则在干燥窑中干燥脱水。已分离的各种重精矿用静电分选和磁选分别获得各种重精矿。这种获得粗精矿的廉价方法使得可以开采重矿物平均含量不足3％的矿床，个别情况下可以开采平均含量不足1％的矿床。