车盘向斜南东翼铝土矿钪特征及综合利用前景

凌小明 赵晓东 李军敏 吕 涛

(成都地质矿产研究所，四川 成都 610081)

车盘向斜南东翼铝土矿钪特征及综合利用前景

凌小明 赵晓东 李军敏 吕 涛

(成都地质矿产研究所，四川 成都 610081)

以重庆车盘向斜南东翼铝土矿含矿岩系为研究对象，通过电感耦合等离子体质谱法对41个样品的主量、微量元素进行了分析测试，探讨了钪的分布特征。研究发现：钪在铝土矿矿体及各岩石类型中的品位变化系数为50，属于不均匀的分布，在矿层底板铁质黏土岩中含量较高，顶板黏土岩次之；总体来说，含量高低与矿体厚度无关；钪常与铁和镁等元素发生类质同像置换，钪含量与Al、w(Al2O3)/w(SiO2)、SiO2均无相关性。从车盘向斜南东翼铝土矿含矿岩系Sc含量来看，大多已达到综合利用品位要求，初步选矿试验表明，在高铁铝土矿焙烧—化学预脱硅—拜尔法工艺与高硫铝土矿浮选脱硫—浮选脱硅—拜尔法工艺中，获取的钪初步富集物可经过除杂得到高纯氧化钪产品，钪回收率基本大于95%。因此，在生产铝土矿的同时，可试验回收伴生钪。

钪 分布特征 综合利用 铝土矿 车盘向斜

钪是一种典型的稀散元素，自然界中Sc的独立矿物较为稀少，主要分散于其他矿物中。由于Sc及其化合物具有很多优异性能，在冶金、电子工业、化工等重要领域已有广泛应用。目前钪的主要来源是在铝土矿赤泥中提取钪或生产钪的合金，让原本当成废渣扔掉的赤泥得到了一定程度上的综合回收利用[1]。

重庆市铝土矿资源丰富，地质研究资料[2-3]表明，主要有用组分中普遍含有钪，并可作为伴生组分综合回收利用，成为钪的工业来源之一。黔北铝土矿[4-5]、黔中铝土矿[6]、豫西铝土矿[7-9]等在伴生元素方面都做了大量的研究工作，对重庆铝土矿中伴生的钪元素也有一些研究[10]，以期为重庆铝土矿及伴生元素的综合利用提供理论依据。

1 矿区地质概况

重庆车盘向斜南东翼铝土矿大地构造位置位于上扬子地块区[11]，处于黔西北构造带内[12]，属扬子准地台上扬子台坳渝东南陷褶束七曜山凹褶束之区域次级构造车盘向斜南东翼。出露地层均为沉积岩。

含矿岩系位于中二叠统梁山组(P2l)炭质页岩之下[13]，呈假整合超覆于志留系中统韩家店组(S2h)粉砂质页岩或黄龙组C2h灰岩之上。含矿岩系上部及底部以黏土岩为主，铝土矿一般分布在含矿岩系中上部。

2 测试方法及结果

本次在车盘向斜南东翼探槽工程CTC025、CTC013、CTC010、CTC009、CTC007、CTC005中采集样品共41件，由国土资源部西南矿产资源监督检测中心完成薄片制样、样品粉碎和常量元素测试工作，测试依据为DZ/T 0223—2001，仪器设备为高分辨等离子质谱仪(Element2)，测试温度为20±1℃，湿度为50%。微量测试分析工作由中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点研究室完成，所用仪器为加拿大PerkinElmer公司制造的四级杆型电感耦合等离子体质谱仪(Q-ICP-MS)，型号为ELAN DRC-e。部分元素含量见表1。

表1 主要成分及Sc含量分析结果

Table 1 Analysis result of major elements and Sc %

样品编号岩 性真厚/m主要成分及Sc含量SiO2Al2O3Fe2O3TiO2Scw(Al2O)3/w(SiO2)CTC025-5HF黏土岩1.2241.8835.646.121.8418.60.85CTC025-8HF黏土岩0.7944.5739.290.591.063.890.88CTC013-2HF黏土岩0.3537.3231.528.781.3422.20.84CTC013-4HF黏土岩0.6341.6536.53.991.7219.40.88CTC013-6HF黏土岩0.9943.3437.922.41.5614.90.87CTC013-7HF黏土岩0.6344.2838.510.511.314.270.87CTC013-8HF黏土岩1.9043.4137.670.623.629.770.87CTC009-3HF黏土岩0.7843.2838.170.851.668.930.88CTC009-8HF黏土岩0.3941.8238.41.71.0125.30.92CTC007-4HF黏土岩1.4243.8839.941.660.05411.60.91CTC007-7HF黏土岩1.263935.486.381.7826.90.91CTC005-8HF黏土岩2.4843.0639.70.681.989.160.92CTC005-2HF黏土岩0.6270.2111.766.180.5310.90.17CTC010-6HF黏土岩0.5841.7237.13.073.0612.20.89CTC009-4HF黏土岩2.2441.8240.750.481.817.720.97CTC025-7HF黏土岩2.9542.8236.634.491.6318.70.86CTC025-2HF铁质黏土岩0.2932.2526.4622.540.9923.50.82CTC025-4HF铁质黏土岩0.2221.1221.0925.790.6630.91.00CTC005-3HF铁质黏土岩1.0940.2832.86.471.7330.30.81CTC005-4HF铁质黏土岩0.4722.3122.1412.980.9222.40.99CTC005-5HF铁质黏土岩1.4022.2124.1310.771.2430.31.09CTC007-2HF铁质黏土岩4.1036.8533.4211.831.5321.30.91CTC009-2HF铁质黏土岩1.0722.8923.7411.540.6320.11.04CTC013-5HF铁质黏土岩0.4228.9625.5428.251.0240.60.88CTC013-3HF铁质黏土岩0.4923.9424.1314.540.8231.01CTC010-3HF铁质黏土岩0.7841.4736.293.921.7215.70.88CTC010-4HF铁质黏土岩0.3924.7423.9711.290.8526.30.97CTC010-5HF铁质黏土岩0.2631.127.5218.561.22400.88CTC009-6HF铝土质黏土岩2.1530.1849.990.882.4217.91.66CTC010-7HF铝土质黏土岩0.3932.8244.073.632.0213.71.34CTC025-6HF1铝土质黏土岩0.4321.5423.6821.10.91301.10CTC005-9HF铝土质黏土岩0.4732.5939.49.411.8346.21.21CTC009-5HF豆状铝土矿0.591.9477.330.455.127.1839.86CTC009-7HF豆状铝土矿0.7823.553.983.441.5322.62.30CTC007-6HF铝土矿2.2911.869.120.81.7719.85.86CTC007-4HF2铝土矿0.127.4449.713.772.426.71.81CTC025-1HF粉砂质页岩4.3966.3216.026.570.7312.90.24CTC005-1HF粉砂质页岩1.5564.8716.574.980.7616.40.26CTC010-1HF粉砂质页岩0.7867.1815.783.040.7311.80.23CTC013-1HF亮晶灰岩1.692.021.531.310.0472.480.76CTC010-2HF亮晶灰岩4.791.010.460.220.0151.140.46

注：Sc的含量单位为10-6。

3 钪的分布特征

3.1 钪的含量变化系数

根据样品分析数据，钪在含矿岩系中含量为(3.89～46.2)×10-6，平均为20.36×10-6。钪品位变化系数为50，属于不均匀的变化，在含矿岩系中不均匀分布。

3.2 钪含量与铝土矿矿体厚度的关系

以铝土矿中Al2O3含量大于40%、w(Al2O3)/w(SiO2) 大于1.8的样品统称为铝土矿[14]，根据矿体厚度统计，经计算矿体厚度变化系数为46，属不均匀变化。矿体厚度与Sc含量关系见图3，从图中可看出，二者关系毫无规律而言。

图1 各工程矿体厚度与Sc含量关系Fig.1 The relations of engineering orebody thickness and Sc content

3.3 钪在各类岩石中的分布特征

本次所取41个样品中，主要为黏土岩、铁质黏土岩、铝土质黏土岩、铝土矿、粉砂质页岩、亮晶灰岩。

黏土岩中，Sc含量为(3.89～26.9)×10-6,平均为14.03×10-6，变化系数为51；铁质黏土岩中，Sc含量为(15.7～40.6)×10-6,平均为27.03×10-6，变化系数为28；铝土质黏土岩中，Sc含量为(13.70～46.2)×10-6,平均为26.95×10-6，变化系数为54；铝土矿中，Sc含量为(7.8～26.7)×10-6,平均为19.07×10-6，变化系数为44；粉砂质页岩中，Sc含量为(11.8～16.4)×10-6,平均为13.7×10-6，变化系数为18；亮晶灰岩中，Sc含量为(1.14～2.48)×10-6,平均为1.81×10-6，变化系数为52。除铝土矿、铁质黏土岩及粉砂质页岩中Sc均匀变化外，其余各岩石均属不均匀变化。钪含量最高的是铁质黏土岩，最低的是亮晶灰岩。

3.4 钪与部分元素相关性

由于钪与铝具有相似的物理和化学性质，钪在沉积时以离子吸附的形式赋存在于富铝矿物和铝土矿的原始物质中。钪与铁和镁地球化学性质相似，由Sc与Fe2O3相关系数为0.643来看，Sc与Fe发生类质同像置换的可能性较大[15-16]，钪与Sn、Ti、Zr、Nb、Ta、W、In的原子价和离子半径也相似，因此钪在铝土矿中富集时，受其他性质相似元素干扰，导致铝与钪含量并无相关性。

4 钪的综合利用前景分析

近年来，随着钪应用研究不断深入，已成功应用于国防、军工、航天等尖端技术领域及民用。据不完全统计，2006年世界Sc2O3总销量约980 kg，我国在国内外市场的销售量约250 kg(其中出口为70.0 kg，国内消费约180 kg)，占世界总销量的25.5%，主要出口日本、美国及欧洲等[1]。

铝土矿资源一直是极其重要的战略资源之一，在各种有色金属资源中居重要地位。我国目前对铝土矿伴生Sc暂无工业品位要求，Sc的国外回收工业品位一般为(20～50)×10-6[17]。从车盘向斜南东翼铝土矿含矿岩系Sc含量来看，大多已达到综合利用品位。初步选矿试验表明[3]，利用高铁铝土矿焙烧—化学预脱硅—拜尔法工艺，预脱硅产品拜尔法溶出后，钪有96%以上进入赤泥，赤泥中的钪对原矿回收率为94.4%；利用高硫铝土矿浮选脱硫—浮选脱硅—拜尔法工艺，精矿拜尔法溶出过程中，精矿的钪有98.6%以上进入赤泥，钪含量为82×10-6，赤泥中的钪对原矿回收率为68%。上述2种方法获取的钪初步富集物可经过除杂，得到高纯氧化钪产品，这部分工艺较成熟，钪回收率基本大于95%。因此，在生产铝土矿的同时，可试验回收伴生钪。

5 结 论

(1)研究区含矿岩系中钪含量在铝土矿、铁质黏土岩及粉砂质页岩中属均匀变化，在其余岩石类型中均属不均匀变化，与矿体厚度无关。

(2)钪含量与Al、w(Al2O3)/w(SiO2)没有明显相关性，与铁、镁等元素化学性质和离子半径相近，常发生类质同像置换，因此矿层底板含量较高，顶板次之。

(3)初步选矿试验表明，高铁铝土矿焙烧—化学预脱硅—拜尔法工艺与高硫铝土矿浮选脱硫—浮选脱硅—拜尔法工艺获取的钪初步富集物可经过除杂得到高纯氧化钪产品，钪回收率基本大于95%。因此，在生产铝土矿的同时，可试验回收伴生钪。

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(责任编辑 邓永前)

Characteristics and Comprehensive Utilization Prospect of Scandium in Bauxite Mine in Southeast Wing of Chepan Syncline

Ling Xiaoming Zhao Xiaodong Li Junmin Lu Tao

(ChengduInstituteofGeologyandMineralResourcesofMinistryofLandandResources,Chengdu610081,China)

Taking the ore-bearing rock series of Bauxite in southeast wing of Chepan syncline of Chongqing as research object，the main content and trace elements of 41 samples were analyzed by adopting the inductively coupled plasma emission spectroscopy method and the distribution characteristics of scandium was discussed.The research results showed that the grade variation coefficient of scandium in bauxite and the rock types is 50，which are unevenly distributed.Then content of scandium in iron clay rock of seam floor is higher，following by the clay rock roof.In general，the content of scandium has no relationship with the ore-body thickness.Scandium often replaces iron and magnesium and other elements as isomorphous form.There has no correlation between scandium content and Al，w(Al2O3)/w(SiO2)，SiO2.According to the content of Sc in ore bearing rock series in bauxite in southeast wing of Chepan syncline，most of them reach the comprehensive utilization grade.The preliminary beneficiation experiment results show that the impurities can be removed from the preliminary enrichment so as to obtain high purity scandium oxide，and recovery of scandium is basically higher than 95% by adopting the process of high iron bauxite roasting，chemical pre-desilication，Bayer process with flotation desulfurization of high sulfur bauxite，flotation desilication and Bayer process.Therefore，the associated scandium can be recovered during production of bauxite.

Sc，Distribution characteristics，Integrated utilization，Bauxite，Chepan syncline

2013-11-02

渝东地区地质构造演化及铁铝基地研究项目(编号：1212011085167)。

凌小明(1975—)，男，工程师。

P618.11，TE112

A

1001-1250(2014)-01-088-04