鋯礦石的礦物學(xué)與工藝礦物學(xué)分析，是連接地質(zhì)資源與選礦工藝的橋梁。它回答的不是“礦石從哪里來”，而是“礦石里有什么、以什么形態(tài)存在、用什么方法能把有用礦物分離出來”。一套完整的工藝礦物學(xué)研究，能夠?yàn)檫x礦工藝流程設(shè)計(jì)提供最基礎(chǔ)的依據(jù)——確定磨礦細(xì)度、選擇分選方法、預(yù)測(cè)精礦品位和回收率。忽視這一環(huán)節(jié)，直接套用現(xiàn)成工藝，是鋯礦項(xiàng)目最常見、代價(jià)最高的失誤。

鋯礦石的主要類型

自然界中含鋯的礦物有二十余種，但具有工業(yè)開采價(jià)值的只有兩種：鋯英石（ZrSiO?）和斜鋯石（ZrO?）。

鋯英石是最主要的含鋯礦物，化學(xué)組成為正硅酸鋯，理論組成為百分之六十七點(diǎn)一的ZrO?和百分之三十二點(diǎn)九的SiO?。實(shí)際產(chǎn)出的鋯英石常因含有鉿、稀土元素、鈮、鉭、釷、鈾等混入物，以及微量的MnO、CaO、Fe?O?等雜質(zhì)，使ZrO?含量在百分之五十六至六十七之間波動(dòng)。鋯英石礦床多為海濱砂礦，也有部分產(chǎn)于巖脈和變質(zhì)巖中。鋯英石是提取鋯和鉿的最重要礦物原料，也是國(guó)防尖端工業(yè)中重要的礦物材料。

斜鋯石的主要成分為ZrO?，典型含量可達(dá)百分之九十九（ZrO?+HfO?），主要工業(yè)礦床是南非德蘭士瓦省北部帕拉博魯瓦的碳酸鹽巖礦床。最純的單斜鋯礦試樣中含百分之九十八的ZrO?，但一般單斜鋯礦中含有較大數(shù)量的鈾（約百分之一）、釷（約百分之零點(diǎn)二）及SiO?、TiO?、Fe?O?等雜質(zhì)。斜鋯石的工業(yè)應(yīng)用規(guī)模遠(yuǎn)小于鋯英石。

在工業(yè)實(shí)踐中，鋯英砂（又稱鋯英石）是最主要的加工對(duì)象，以下分析主要圍繞鋯英砂展開。

鋯英砂的礦物學(xué)特征

晶體結(jié)構(gòu)與形態(tài)

鋯英石屬四方晶系，晶體結(jié)構(gòu)可視為由[SiO?]四面體和[ZrO?]三角十二面體聯(lián)結(jié)而成，[ZrO?]三角十二面體在b軸方向以共棱方式緊密連接。晶體常呈發(fā)育良好的四方柱與四方雙錐的聚形，呈短柱狀、四方錐柱狀，也成不規(guī)則粒狀。少數(shù)呈長(zhǎng)柱狀晶體、雙錐晶體。鋯英石性脆，斷口呈貝殼狀。

物理性質(zhì)

純凈的鋯英砂為無色透明晶體，但因產(chǎn)地不同、含雜質(zhì)的種類與數(shù)量不同，常被染成黃、橙、紅、褐等色。鋯英石的比重為四點(diǎn)六至四點(diǎn)七一，比重變化有時(shí)與成分和蝕變狀態(tài)有關(guān)。莫氏硬度為七至八級(jí)。解理不完全，折射率一點(diǎn)九三至二點(diǎn)零一，熔點(diǎn)隨所含雜質(zhì)不同在二千一百九十至二千四百二十?dāng)z氏度內(nèi)波動(dòng)。

鋯英石按其物理性質(zhì)和化學(xué)成份可分為“高型”和“低型”兩個(gè)變種——結(jié)晶完整的晶體多為高型，晶體極差或無晶者為低型。

化學(xué)組成

鋯英石的化學(xué)分子式為ZrSiO?，理論組成為ZrO?百分之六十七點(diǎn)一、SiO?百分之三十二點(diǎn)九。實(shí)際成分中，ZrO?+HfO?含量通常在百分之五十六至六十七之間。伴生元素包括Fe?O?、Al?O?、TiO?、CaO、MgO、MnO、P?O?，并含有稀土、鈾、釷、鈹、錫等。習(xí)慣上稱這些化學(xué)組成比較特殊的鋯英石為變種鋯英石。

伴生礦物組合

鋯英石極少以單一礦物形式產(chǎn)出。海濱砂礦中，鋯英石通常與多種重礦物共生，形成復(fù)雜的礦物組合。

主要伴生礦物包括鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石、榍石等。脈石礦物以石英為主。此外，鋯英石還常伴生有赤鐵礦、鉻鐵礦及石榴石等重礦物。在部分礦床中，還可見磁鐵礦、磷釔礦等。

這些伴生礦物的物理性質(zhì)各異，為聯(lián)合分選提供了依據(jù)，但也增加了分離的難度。

鋯英石的化學(xué)式為ZrSiO?，比重四點(diǎn)六到四點(diǎn)七，磁性為弱磁性，導(dǎo)電性為非導(dǎo)體。鈦鐵礦的化學(xué)式為FeTiO?，比重四點(diǎn)七到五點(diǎn)零，磁性為強(qiáng)磁性，導(dǎo)電性為半導(dǎo)體。金紅石的化學(xué)式為TiO?，比重四點(diǎn)二到四點(diǎn)三，磁性為弱磁性，導(dǎo)電性為導(dǎo)體。獨(dú)居石的化學(xué)式為(Ce,La)PO?，比重四點(diǎn)九到五點(diǎn)五，磁性為中等磁性，導(dǎo)電性為非導(dǎo)體。石英的化學(xué)式為SiO?，比重二點(diǎn)六五，磁性為非磁性，導(dǎo)電性為非導(dǎo)體。

工藝礦物學(xué)的核心分析內(nèi)容

工藝礦物學(xué)與基礎(chǔ)礦物學(xué)的區(qū)別在于：它不僅描述礦物“是什么”，更要回答“怎么處理”。一套完整的鋯礦石工藝礦物學(xué)研究，通常包含以下幾個(gè)核心內(nèi)容。

化學(xué)組成分析

采用化學(xué)分析、X射線熒光分析（XRF）、物相分析等手段，查明礦石中主要元素及其含量。這一分析回答的是“礦石中有哪些值得回收的元素、含量是多少”。對(duì)于鋯礦石，重點(diǎn)關(guān)注ZrO?、TiO?、Fe?O?、SiO?、REO（稀土氧化物）等關(guān)鍵組分的含量。

莫桑比克某濱海鋯鈦砂礦的工藝礦物學(xué)研究顯示，該礦砂中有價(jià)礦物種類較多，主要有鈦鐵礦、鋯石、金紅石和含鐵金紅石、獨(dú)居石等，由于有價(jià)礦物種類多、物理性質(zhì)復(fù)雜，精選分離具有一定難度。

礦物組成與含量

通過礦物定量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（MLA）和掃描電鏡（SEM）等手段，查明礦石中各種礦物的種類和相對(duì)含量。這是確定選礦方法和預(yù)測(cè)精礦品位的直接依據(jù)。

鋯精礦的礦物組成分析表明，當(dāng)鋯英石含量高達(dá)百分之九十八點(diǎn)七二七時(shí)，精礦中僅含有少量的斜鋯石、金紅石、鈦鐵礦和獨(dú)居石等有價(jià)值礦物。脈石礦物主要是石英、輝石、長(zhǎng)石和角閃石等，含量甚微。

粒度組成與分布

粒度是決定選礦方法和磨礦細(xì)度的關(guān)鍵參數(shù)。礦砂中的砂粒粒度主要在零點(diǎn)一零至零點(diǎn)五零毫米，有價(jià)礦物的粒度主要在零點(diǎn)三零毫米以下，呈細(xì)粒分布，具有粒度大小均勻、粒度范圍較窄的特點(diǎn)。

更精細(xì)的粒級(jí)分布數(shù)據(jù)顯示，鋯英石主要分布在零點(diǎn)一六加零點(diǎn)零八零毫米粒級(jí)（占比百分之七十三點(diǎn)零三）和零點(diǎn)零八加零點(diǎn)零四零毫米粒級(jí)（占比百分之二十三點(diǎn)五八），零點(diǎn)一六毫米以上僅占百分之一點(diǎn)八三。鋯精礦的粒度集中在零點(diǎn)零七五至零點(diǎn)一五毫米，該部分占比達(dá)百分之八十六點(diǎn)一二。

解離度分析

解離度是有價(jià)礦物從脈石中單體分離的程度，直接決定是否需要磨礦以及磨礦細(xì)度。對(duì)于海濱砂礦，有價(jià)礦物的天然解離性通常較好。

莫桑比克某礦的研究結(jié)果表明，鈦鐵礦、白鈦石、金紅石、鋯石、獨(dú)居石等目的礦物基本呈單體顆粒，不磨礦即可分選。這一結(jié)論對(duì)工藝流程設(shè)計(jì)具有決定性意義——省去了破碎磨礦作業(yè)，大幅降低了投資和能耗。

礦物嵌布特征

查明有用礦物與脈石礦物的嵌布關(guān)系、包裹狀態(tài)和連生類型，是選擇分離方法和確定磨礦細(xì)度的依據(jù)。對(duì)于鋯英石而言，如果鋯英石顆粒表面被鐵質(zhì)薄膜或粘土包裹，則需要在選別前增加擦洗脫泥工序。

工藝礦物學(xué)對(duì)選礦流程的指導(dǎo)

工藝礦物學(xué)研究的最終價(jià)值，體現(xiàn)在對(duì)選礦工藝流程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)上。它回答三個(gè)關(guān)鍵問題。

用什么方法選？根據(jù)礦物的比重、磁性、導(dǎo)電性差異，確定分選方法。對(duì)于比重差異顯著的鋯英石與石英，采用重選；對(duì)于磁性差異明顯的鈦鐵礦與鋯英石，采用磁選；對(duì)于導(dǎo)電性差異突出的金紅石與鋯英石，采用電選。鋯英石的選礦流程與伴生的有益礦物種類相關(guān)，常需重選、磁選、浮選、電選等方法聯(lián)合使用。

選到什么程度？根據(jù)有價(jià)礦物的解離度和粒度分布，確定是否需要磨礦以及磨礦細(xì)度。對(duì)于天然解離度好的海濱砂礦，不磨礦即可分選；對(duì)于嵌布粒度細(xì)的巖礦型礦石，則需要磨礦至單體解離。

能選出什么指標(biāo)？根據(jù)礦物組成和含量，預(yù)測(cè)可能達(dá)到的精礦品位和回收率。莫桑比克某礦的實(shí)踐表明，在工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上，采用重選、磁選和電選聯(lián)合工藝對(duì)原礦進(jìn)行分選，有效回收了鈦鐵礦、鋯英石、金紅石和獨(dú)居石。四種產(chǎn)品相對(duì)混合粗精礦產(chǎn)率分別為百分之七十七點(diǎn)四八、百分之八點(diǎn)五八、百分之三點(diǎn)九零和百分之零點(diǎn)五零。鋯精礦中ZrO?含量為百分之六十點(diǎn)二零至六十五點(diǎn)零二（平均六十四點(diǎn)一九），回收率百分之七十七點(diǎn)七一。

實(shí)際案例：莫桑比克某濱海鋯鈦砂礦

莫桑比克楠普拉省鋯鈦砂礦資源豐富，連續(xù)十年為我國(guó)提供穩(wěn)定的鋯鈦礦資源，現(xiàn)已成為我國(guó)最重要的鋯鈦砂礦資源供應(yīng)地。對(duì)該礦的工藝礦物學(xué)研究采用化學(xué)分析、XRF分析、物相分析、MLA和SEM等多種測(cè)試手段，查明了其化學(xué)元素、礦物組成、產(chǎn)出特征及解離度等關(guān)鍵參數(shù)。

礦石特征方面，有價(jià)礦物種類多，主要有鈦鐵礦、鋯石、金紅石和含鐵金紅石、獨(dú)居石等。砂粒粒度主要在零點(diǎn)一零至零點(diǎn)五零毫米，有價(jià)礦物粒度主要在零點(diǎn)三零毫米以下。目的礦物基本呈單體顆粒，不磨礦即可分選。

選礦工藝上，在工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上，采用重選、磁選和電選聯(lián)合工藝。

產(chǎn)品指標(biāo)方面，鈦精礦中TiO?含量為百分之五十二點(diǎn)三九、回收率百分之七十九點(diǎn)零二；鋯精礦中ZrO?含量百分之六十點(diǎn)二零至六十五點(diǎn)零二（平均六十四點(diǎn)一九）、回收率百分之七十七點(diǎn)七一；金紅石精礦中TiO?含量百分之八十五點(diǎn)一零至九十點(diǎn)三二（平均八十八點(diǎn)九八）；獨(dú)居石精礦中REO含量百分之六十點(diǎn)二零、回收率百分之七十八點(diǎn)六七。

精礦質(zhì)量方面，鋯精礦中鋯英石含量高達(dá)百分之九十八點(diǎn)七二七。（Zr+Hf）O?含量為百分之六十五點(diǎn)八六，SiO?為百分之三十三點(diǎn)五二，Al?O?為百分之零點(diǎn)六九，TiO?為百分之零點(diǎn)二二，F(xiàn)e?O?為百分之零點(diǎn)一一。放射性元素U+Th含量為百分之零點(diǎn)零三零六，放射性核素比活度符合鋯精礦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

這一案例充分說明：工藝礦物學(xué)研究不是可有可無的“學(xué)術(shù)環(huán)節(jié)”，而是選礦工藝流程設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。沒有對(duì)礦石性質(zhì)的準(zhǔn)確掌握，就不可能設(shè)計(jì)出合理的工藝流程，更不可能實(shí)現(xiàn)高效的綜合回收。

結(jié)語

鋯礦石礦物學(xué)與工藝礦物學(xué)分析，解決的是“礦石里有什么、長(zhǎng)什么樣、怎么處理”三個(gè)核心問題。它不同于單純的地質(zhì)礦物學(xué)研究——工藝礦物學(xué)的每一組數(shù)據(jù)，最終都要轉(zhuǎn)化為選礦設(shè)備選型和工藝參數(shù)設(shè)定的依據(jù)。粒度分布決定分級(jí)設(shè)備的選型，解離度決定磨礦細(xì)度，礦物組成決定重選、磁選、電選的組合方式，伴生礦物的種類決定綜合回收的可能性。忽視工藝礦物學(xué)研究，直接套用現(xiàn)成流程，是鋯礦項(xiàng)目最常見、代價(jià)最高的失誤。一套扎實(shí)的工藝礦物學(xué)數(shù)據(jù)，是選礦工藝流程設(shè)計(jì)最可靠的起點(diǎn)，也是項(xiàng)目投資決策最基本的依據(jù)。