俄罗斯摩尔曼斯克州科夫多尔斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿矿床中的钪:矿物学、空间分布和潜在资源

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国外地学动态课题组 译 黄文斌 审

尽管钪(Sc)在工业领域得到广泛的应用,但全球钪的资源量仍不确定。本文报道了俄罗斯摩尔曼斯克州科夫多尔(Kovdor)斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿矿床(磷磁橄榄岩- 碳酸岩岩筒)内钪分布的相关数据,该矿床似乎是这种“战略”金属的重要存储库。由于斜锆石是钪富集的主要矿物,按照斜锆石中Sc 的平均含量0.078wt%,估算出科夫多尔矿床中的Sc2O3 总量达420t,表明其具有作为副产物进行回收的经济潜力。

1 引言

对赋存于含碳酸岩杂岩体中的一个矿床科夫多尔(Kovdor)斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿矿床(俄罗斯西北部)进行了深入研究和开发利用,科夫多尔矿床的多组分矿石包含稀土元素和钪矿化,它们目前还尚未被公认为具有经济价值。

2 地质背景

图1 科夫多尔斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿矿床地质图(100m 深度)和横截面图
图1 科夫多尔斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿矿床地质图(100m 深度)和横截面图

3 材料和方法

2010~2012 年,我们采集了550 个钻孔岩芯样品,深度从-80m 到-450m,覆盖了科夫多尔磷磁橄榄岩- 碳酸岩整个岩筒及周围岩层。此外,还使用了我们以前采集的矿物样品。用光学和电子显微镜观察薄片。BSE 图像、矿物鉴定和初步分析使用配备有Rontek EDS 微量分析仪的LEO-1450 扫描电子显微镜。矿物的化学成分用MS-46 Cameca 电子显微探针来测量。使用的参考样本包括硅钠钛矿(Na、Ti)、镁铝榴石(Mg、Al)、透辉石(Si、Ca)、氟磷灰石(P)、重晶石(Ba)、钾钙板锆石(K)、钪钇石(Sc)、赤铁矿(Fe)、铬铁矿(Cr)、天青石(Sr)以及合成的MnCO3(Mn)、ZnO(Zn)、ZrSiO4(Zr),LaCeS2(La、Ce)、LiNd(MoO4)2(Nd)、金属钒、钴、镍、铪、铌和钽。

对斜锆石成分的空间分布进行分析时,使用了GEOMIX 软件(俄罗斯VIOGEM 公司)。

4 钪的矿物学

我们已发现七种富集可观数量钪的矿物。这些矿物为斜锆石、烧绿石、钙钛锆石;钛铁矿族矿物——钛铁矿、镁钛矿和红钛锰矿;以及水硅铝镁钙石(含Sc、Ca 和Mg 的晚期热液成因磷酸盐)。
图2 科夫多尔斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿床的含钪矿物

图2 科夫多尔斜锆石- 磷灰石- 磁铁矿床的含钪矿物

5 讨论

对矿石的矿物组成和矿物化学成分的准确预测对小金属来说非常重要,尤其是稀土元素。目前对科夫多尔矿床进行的3D 矿物学研究以及该矿床明显的矿物化学分带特征,使得预测含钪矿物的特性成为可能(图3)。这为矿石质量管理和优化,包括含钪矿石的挑选工作,提供了良好条件。

图3 斜锆石中Sc2O3 含量的分布
图3 斜锆石中Sc2O3 含量的分布

6 结论

(1)在科夫多尔斜锆石-磷灰石-磁铁矿矿床中,斜锆石是钪的主要富集体。

(2)富钪的斜锆石出现在科夫多尔磷磁橄榄岩- 碳酸岩筒的内带。

(3)Sc2O3 的品位为0.078wt% 时,斜锆石中Sc2O3 的资源量估计为420t,这将确保Sc2O3 每年的产量达到8t。

(4)其他含钪矿物——水硅铝镁钙石、烧绿石、钙钛锆石和钛铁矿族矿物——不能形成稳定的经济富集体。在“Kovdorskiy GOK”设备厂转向提取钪的情况下,富集这些矿物的潜在的、不可预测的矿脉和矿带的出现将会扮演着富矿体的角色。

(5)钪和含钪矿物的回收可能在某些方面具有突出优势,如斜锆石精矿的提纯。

(6)科夫多尔矿床中的钪矿将使俄罗斯成为世界市场上重要的金属供应国。科夫多尔的钪在国际市场上的出现将导致钪价格下降,因此,钪在高科技产业中将得到更广泛的应用。

A.O. Kalashnikov, V.N. Yakovenchuk, Ya.A. Pakhomovsky,et al. Scandium of the Kovdorbaddeleyite–apatite–magnetite deposit(Murmansk Region, Russia):Mineralogy, spatial distribution, andpotential resource. Ore Geology Reviews, 2016, 72(1): 532-537

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