Study on the Occurrence State of Scandium and Rare Earths in Jiuzigou Phosphate Ore, Feng County, Shaanxi Province
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摘要:
陕西凤县九子沟磷矿为一低品位超大型磷灰石矿床，矿石钪含量平均40×10-6，稀土含量0.07%~0.13%，均可回收利用。采用化学多元素分析、MLA分析、电子探针波谱分析及元素面扫描等手段对矿石开展钪、稀土元素赋存特征研究，结果显示：矿石中钪和稀土的主要载体矿物不同，赋存状态也存在差异。矿石中没有独立钪矿物，钪全部以类质同象形式赋存于透辉石、磷灰石和黑云母中，在透辉石中最高，分布率达78.84%，在磷灰石和黑云母中的占21.16%;矿石中稀土大部分以类质同象形式赋存在磷灰石中，分布率达90.56%，其余以独立矿物形式赋存于褐帘石中。在钪、稀土的综合利用中，稀土应从磷灰石精矿中提取回收，而钪则应在以透辉石、黑云母为主的尾矿中提取。
Abstract:The Jiuzigou phosphate deposit in Fengxian County, Shaanxi Province is a low-grade super-large apatite deposit. The average scandium content in the ore is 40×10-6, and the total rare earth content is 0.07%~0. 13%, all of which can be recycled. The occurrence characteristics of scandium and rare earth elements in the ore were studied by means of chemical multi-element analysis, MLA analysis, electron microprobe spectrum analysis and element surface scanning. The results show that the main carrier minerals of scandium and rare earth elements in the ore are different, and the occurrence States are also different. There is no independent scandium mineral in the ore. All scandium exists in the form of isomorphism in diopside, apatite and biotite, with the highest occurrence in diopside, up to 78.84%, and 21.16% in apatite and biotite; Most of the rare earth elements in the ore occur in apatite in the form of isomorphism, with a distribution rate of 90.56%, and the rest occur in allanite in the form of independent minerals. In the comprehensive utilization of scandium and rare earth, rare earths should be extracted and recovered from the apatite concentrate, while scandium should be extracted from tailings mainly composed of diopside and biotite.
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Keywords:
- Jiuzigou phosphate mine /
- scandium /
- rare earth /
- occurrence characteristics
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陕西凤县九子沟磷矿为一低品位超大型磷灰石矿床，P2O5平均品位为3.77%，矿石量为46 433.60万t，磷灰石原矿中稀土含量0.07%~0.13%[1]。王利民等近期查明该磷矿中伴生钪，平均含量40×10-6，认为矿石中稀土部分以独立矿物形式赋存于褐帘石中，另一部分和钪以类质同象形式赋存于磷灰石中[2]。但是对于矿石中稀土元素的两种赋存形式的主次关系，以及矿石中是否存在除磷灰石以外的稀土、钪载体矿物等未深入研究。此外，国内外众多有关钪元素及其矿床的研究成果[3-10]表明，钪广泛分散于主要暗色造岩矿物中，其中在辉石、角闪石和黑云母等矿物中含量可达(100~400)×10-6[11]，本次研究的九子沟磷矿中，透辉石和黑云母均为主要脉石矿物，但是矿物中钪的含量水平和赋存特征等问题还未查明。本文拟通过对九子沟磷矿石中钪、稀土的赋存特征研究，查明矿石中钪、稀土的分布特征和赋存状态，为钪、稀土资源的综合利用提供依据。
1. 分析方法
本次研究样品采自磷矿床勘探钻孔，首先将钻孔块样进行切割、黏片、研磨及抛光，制成30 mm×25 mm的光片和20 mm×30 mm×0.03 mm的薄片，主要用于显微镜观察和鉴定，研究矿石岩性特征、矿物组成及结构构造。同时制备与薄片相对应的20 mm×30 mm×0.03 mm探针片，主要用于探针分析及面扫描分析，查定钪和稀土的载体矿物及赋存状态。其次将样品破碎、混匀及缩分备用。多元素化学分析样品研磨至-0.074 mm，MLA矿物参数定量分析样分为+0.074 mm、-0.074+0.038 mm、-0.038 mm三级后制成树脂光片。
样品镜下鉴定、多元素分析、矿物含量自动检测、矿物嵌布状态及矿物能谱分析在西安西北有色地质研究院有限公司完成。显微镜观察和鉴定采用透反射偏光显微镜(型号CARL ZEISS Axioskop 40)。样品多元素分析中Fe采用容量法，其余元素采用火焰原子吸收分光光度计，工作条件：灯丝电流3 mA，燃烧器高度5~8 mm，空气压力0.3 MPa，乙炔压力0.09 MPa，空气流量7 L/min，乙炔流量1 L/min。矿物参数定量分析采用美国FEI MLA650系统，联合FEI Quanta 650扫描电镜、EDAX Apollo X能谱仪及MLA软件3.1版本进行分析。工作条件为：加速电压20 kV，工作距离10 mm，高真空模式。电子探针分析及元素面扫描分析在中国地质调查局西安地质调查中心试验测试中心完成，采用日本电子公司(JEOL)JXA-8100型电子探针。测试条件为：加速电压20 kV，电流20 nA，电流束斑直径10 μm，单点驻留时间为100 ms。
2. 分析结果与讨论
2.1 矿石结构构造
矿石样品呈灰绿色，具中粗粒半自形粒状结构，块状构造，含磷灰石15%~20%，脉石矿物以透辉石(60%~65%)和黑云母(10%~15%)为主。磷灰石呈半自形~他形粒状形态，充填透辉石和黑云母粒间，部分磷灰石分布在辉石颗粒内部。透辉石多呈半自形短柱状，黑云母呈半自形片状。各矿物原生结构完整，无后期蚀变(图 1)。
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图 1 矿石显微特征及结构构造Di—透辉石; Bi—黑云母; Ap—磷灰石Figure 1. Microscopic characteristics and structure of the ore2.2 矿石化学成分与矿物组成
矿石化学分析显示，P2O5含量为3.4%，Sc含量69.6×10-6，TRE2O3为0.12%(表 1)。另据矿石稀土元素单项化学分析结果，稀土元素以轻稀土为主，其中又以La、Ce和Nd含量最高，三者含量占稀土总量78%以上[2]。
表 1 矿石化学多元素分析结果Table 1. The chemical analysis results of the ore成分 Sc* TRE2O3 SiO2 Al2O3 FeO TFe2O3 CaO 含量/10-2 69.6 0.12 39.14 5.86 3.2 7.09 22.54 成分 MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO 烧失量 含量/10-2 11.67 1.02 0.45 1.1 3.4 0.11 4.32 注：Sc含量单位为10-6。 MLA测定的矿石矿物组成结果见表 2，主要矿物为透辉石、黑云母和磷灰石，其次为少量绿泥石、钾长石，无钪独立矿物，虽然存在稀土矿物褐帘石，但是含量极低，仅为0.06%。
表 2 矿石矿物定量分析结果Table 2. Results of mineral composition of the ore/% 矿物 含量 矿物 含量 石英 0.23 磷灰石 12.62 斜长石 0.15 滑石 0.04 透辉石 53.10 榍石 0.26 角闪石 0.25 重晶石 0.05 白云母 0.04 褐帘石 0.06 黑云母 28.87 菱铁矿 0.06 绿泥石 2.14 绿帘石 0.02 方解石 0.31 黄铁矿 0.20 铁白云石 0.05 黄铜矿 0.04 钾长石 1.49 2.3 载体矿物嵌布特征和钪、稀土含量
化学分析结果表明，矿石中钪和稀土含量均较高，但是MLA测试没有检出Sc的独立矿物，薄片鉴定和扫描电镜也未发现Sc的独立矿物，说明矿石中Sc不是以独立矿物的形式赋存。此外，矿石中稀土氧化物总量远大于稀土独立矿物褐帘石的含量，说明矿石中除了褐帘石，还有其他的矿物含有稀土元素。为查明钪、稀土赋存在何种矿物中，并以何种方式赋存，对矿石样品中主要矿物进行了Sc以及稀土元素La、Ce和Nd的电子探针波谱分析，结果如下：
2.3.1 透辉石
矿石中透辉石多数为单体颗粒，单体透辉石通常包裹少量的磷灰石、黑云母和方解石，被包裹的透辉石则主要被黑云母、磷灰石所包裹(图 2a、b)。少数透辉石与磷灰石、褐帘石等矿物多相连生(图 2c、d)。
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图 2 载体矿物扫描电镜BSE图像(a)褐帘石、黑云母、绿帘石、榍石、钾长石多相连生，包含于透辉石颗粒中;(b)褐帘石与磷灰石连生，呈不规则粒状包含于透辉石颗粒中;(c)褐帘石与透辉石、磷灰石、重晶石多相连生;(d)褐帘石呈不规则粒状与透辉石、磷灰石连生。1-褐帘石，2-透辉石，3-磷灰石，4-黑云母，5-钾长石，6-榍石，7-重晶石Figure 2. BSE images of scandium bearing mineral电子探针波谱分析所测透辉石颗粒14个测点中，12个含钪，2个不含钪，Sc2O3含量在0.004%~0.045%之间，平均0.023%。所测透辉石颗粒La、Ce和Nd含量为零或低于检测限(表 3)。
表 3 透辉石电子探针波谱分析结果Table 3. Electron probe analysis results of diopside/% 成分 Al2O3 SiO2 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O 合计 1 1.895 51.581 0.403 15.294 0.5 0.039 0.025 3.997 0.026 24.957 0 98.717 2 2.01 52.824 0.373 15.424 0.614 0 0 4.062 0.045 24.622 0 99.974 3 1.197 53.125 0.243 15.601 0.487 0.013 0.143 3.435 0.036 24.836 0.002 99.118 4 1.596 52.734 0.43 15.148 0.486 0 0.105 4.63 0 24.588 0 99.717 5 2.025 52.382 0.251 15.656 0.685 0.065 0.075 4.008 0.029 25.065 0.01 100.251 6 2.12 51.65 0.229 15.602 0.343 0.078 0.118 3.648 0.017 25.029 0 98.834 7 1.322 52.753 0.304 15.018 0.251 0 0.099 5.372 0.042 24.443 0.002 99.606 8 1.386 52.392 0.325 15.573 0.77 0 0.161 5.18 0.007 24.363 0.002 100.159 9 1.408 53.629 0.39 15.17 0.432 0 0.081 4.886 0 24.51 0.011 100.517 10 0.596 54.534 0.729 15.713 0.144 0.091 0.162 3.725 0.019 23.847 0.014 99.574 11 0.695 54.084 0.135 16.84 0.216 0.104 0.137 2.985 0.004 25.197 0 100.397 12 1.539 52.517 0.412 15.316 0.448 0.039 0.161 4.731 0.01 24.55 0.007 99.73 13 1.826 52.471 0.486 14.649 0.737 0 0.13 5.183 0.035 24.398 0 99.915 14 2.378 52.938 0.514 14.636 0.45 0 0.23 5.159 0.052 24.585 0.003 100.945 平均值 1.571 52.830 0.373 15.403 0.469 0.031 0.116 4.357 0.023 24.642 0.004 99.818 2.3.2 黑云母
岩石中黑云母多数为单体，单体的黑云母包裹少量的透辉石和磷灰石，被包裹的黑云母主要被透辉石包裹。少数黑云母与透辉石、磷灰石连生，其中与透辉石的两相连生关系较为紧密(图 2a)。
电子探针波谱分析所测黑云母颗粒9个测点中，6个含钪，3个不含钪，Sc2O3含量在0.001%~0.023%之间，平均0.007%。所测透辉石颗粒La、Ce和Nd含量为零或低于检测限(表 4)。
表 4 黑云母电子探针波谱分析结果Table 4. Electron probe analysis results of biotite/% 成分 Al2O3 SiO2 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O 合计 1 14.744 39.287 0.215 19.93 1.448 0.076 0.116 8.494 0.003 0.009 9.555 93.877 2 14.637 39.087 0.321 20.296 1.707 0.025 0.098 8.637 0 0 9.299 94.107 3 15.056 39.106 0.24 19.87 1.336 0.025 0.134 8.571 0.014 0 9.562 93.914 4 14.926 37.921 0.238 19.642 1.573 0.051 0.129 8.971 0.023 0.017 9.223 92.714 5 14.904 38.573 0.238 19.905 1.469 0 0.067 9.231 0.006 0.017 9.346 93.756 6 15.198 38.487 0.28 19.624 1.727 0 0.177 9.61 0 0.026 8.914 94.043 7 14.975 39.133 0.287 20.424 1.433 0 0.141 8.972 0 0 8.708 94.073 8 13.505 39.039 0.193 20.256 1.708 0.164 0.055 9.374 0.018 0.036 9.346 93.694 9 13.675 39.268 0.241 19.612 2.228 0 0.049 9.531 0.001 0.003 8.467 93.075 平均值 14.624 38.878 0.250 19.951 1.625 0.038 0.107 9.043 0.007 0.012 9.158 93.695 2.3.3 磷灰石
岩石中磷灰石多数为单体颗粒，单体的磷灰石包裹少量的方解石、重晶石。少数磷灰石与透辉石、黑云母和褐帘石连生，其中与透辉石的两相连生关系较为紧密(图 2c、d)。
电子探针波谱分析所测磷灰石颗粒14个测点中，8个含钪，6个不含钪，Sc2O3含量在0.007%~0.024%之间，平均0.010%。所测La2O3含量在0.032%~0.444%之间，平均0.182%。所测Ce2O3含量在0.080%~0.862%之间，平均0.465%。所测Nd2O3含量在0.043%~0.510%之间，平均0.211%。La2O3、Ce2O3和Nd2O3含量合计0.858%(表 5)。以往磷灰石单矿物化学分析(表 6)[1]显示，不同颜色的磷灰石稀土含量有差异，稀土含量在0.478%~1.11%，平均0.73%。
表 5 磷灰石电子探针波谱分析结果Table 5. Electron probe analysis results of apatite/% 成分 Al2O3 SiO2 P2O5 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O Nd2O3 Ce2O3 La2O3 合计 1 0 0.923 40.002 0.068 0 0.092 0.026 0 0.037 0.024 54.959 0 0.185 0.391 0.138 96.845 2 0 0.371 41.603 0.095 0.035 0 0.146 0.025 0.053 0 55.649 0 0.109 0.383 0.255 98.724 3 0.016 0.652 40.563 0.231 0.003 0 0.013 0.106 0.005 0.007 55.596 0 0.054 0.391 0.106 97.743 4 0 0.575 39.077 0.087 0.045 0.074 0.066 0.025 0.016 0 54.876 0.015 0.51 0.534 0.244 96.144 5 0.002 0.757 39.591 0.2 0.01 0.092 0 0 0.043 0.011 55.236 0 0.043 0.612 0.401 96.998 6 0 1.104 39.52 0.119 0.039 0.129 0.092 0.044 0.064 0.013 54.912 0.005 0.314 0.859 0.444 97.658 7 0 0.283 41.127 0.121 0.076 0.037 0.053 0.019 0.069 0.021 55.849 0.006 0.141 0.08 0.032 97.914 8 0 0.345 40.115 0.092 0.041 0 0.079 0 0.027 0.03 54.657 0.003 0 0.104 0 95.493 9 0.017 0.494 41.183 0.089 0.013 0 0 0 0.09 0 56.508 0.01 0.152 0.526 0.085 99.167 10 0 0.845 41.476 0.053 0 0 0 0 0.123 0 55.899 0.019 0.369 0.319 0.117 99.22 11 0 0.711 39.976 0.032 0.003 0 0 0 0 0.02 54.917 0.004 0.239 0.359 0.201 96.462 12 0.047 0.394 40.617 0.116 0.032 0 0 0 0.069 0 54.579 0.023 0.38 0.438 0.053 96.748 13 0 0.835 40.54 0.127 0.01 0 0 0.044 0.085 0 54.842 0 0.163 0.654 0.328 97.628 14 0 0.8 39.693 0.092 0.039 0.092 0.026 0 0 0.007 54.768 0 0.293 0.862 0.138 96.81 平均值 0.006 0.649 40.363 0.109 0.025 0.037 0.036 0.019 0.049 0.010 55.232 0.006 0.211 0.465 0.182 97.397 表 6 磷灰石单矿物化学分析结果[1]Table 6. Results of mineral analysis of apatite/% 磷灰石种类 P2O5 CaO MgO Fe2O3 F RE2O3 H2O Cl 红色 40.19 53.73 0.20 0.13 1.62 0.655 \ \ 浅黄绿色 40.58 53.3 0.29 \ 1.68 0.478 \ \ 肉红色 38.35~39.07 52.38~54.36 \ \ 1.90~1.95 0.681 0.22 0.02~0.25 灰白色 38.76~39.44 53.27~54.36 1.45 \ 2.13~2.80 1.11 0.14 0.02~0.36 2.3.4 褐帘石
岩石中褐帘石粒度极细，单体含量很少，以连生体为主。连生体中，褐帘石与透辉石和绿帘石的连生关系较为紧密，其次主要与黑云母、绿泥石、钾长石、磷灰石等连生(图 2a、d)。
能谱分析显示褐帘石中富集轻稀土，贫重稀土，含量较高的稀土元素为La、Ce和Nd，平均含量分别为4.15%、7.81%和2.27%，同时含有少量的Pr、Pm、Sm、Eu、Gd和Tb(表 7)。单矿物分析结果显示褐帘石中仅含La、Ce两种稀土元素，La2O3和Ce2O3含量分别为6.23%和9.83%，合计16.06%(表 8)[2]。
表 7 褐帘石能谱分析结果Table 7. Energy spectrum analysis results of allanite/% 元素 O Mg Al Si Ca La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Fe 含量 37.04 0.73 9.35 17.82 8.88 4.15 7.81 0.75 2.27 0.13 0.07 0.12 0.15 0.43 10.32 表 8 褐帘石单矿物化学分析结果[2]Table 8. Results of mineral analysis of orthite/% 测试元素 MgO Al2O3 SiO2 CaO Fe2O3 La2O3 Ce2O3 含量 2.13 17.81 37.55 12.04 14.41 6.23 9.83 以上分析表明，岩石各类矿物中，除了以往认为的磷灰石含钪以外，透辉石和黑云母也含钪，而且透辉石钪含量更高，黑云母和磷灰石钪含量基本相当，略低于透辉石。岩石中除褐帘石和磷灰石以外，没有发现其他稀土载体矿物，褐帘石中稀土元素含量水平显著高于磷灰石。
2.4 钪、稀土在矿物中的平衡分配
根据矿石样品中矿物类型和含量检测结果，以及各矿物钪、稀土含量分析结果，作出钪和稀土在岩石各矿物中的平衡分配见表 9和10。从表 9可知，钪主要赋存于透辉石中，分配量占总钪量的79.14%。另有少量钪赋存在黑云母和磷灰石中，钪分布率分别为13.09% 和7.77%。从表 10可知，稀土主要赋存在磷灰石中，其稀土氧化物分配量占总量的90.56%，褐帘石中稀土氧化物含量为16.06%，但是褐帘石在矿石中含量很低，导致褐帘石中稀土氧化物的分布率仅9.44%。
表 9 钪在载体矿物中的含量及分布率Table 9. Content and distribution of scandium in bearing minerals/% 矿物种类 矿物含量 矿物Sc2O3含量 分布率 透辉石 53.1 0.023 79.14 黑云母 28.87 0.007 13.09 磷灰石 12.62 0.010 7.77 其他 5.41 \ \ 总计 100 \ 100.00 表 10 稀土在载体矿物中的含量及分布率/% Table 10. Content and distribution of Lanthanum, Cerium and neodymium in bearing minerals矿物种类 矿物含量 矿物RE2O3含量 分布率 透辉石 53.1 0.000 0.00 黑云母 28.87 0.000 0.00 磷灰石 12.62 0.73 90.56 褐帘石 0.06 16.06 9.44 其他 5.35 \ \ 总计 \ 100 矿石中钪和稀土平衡分配结果表明，钪主要分布在透辉石中，稀土则主要分布在磷灰石中，二者的主要载体矿物不同。
2.5 钪、稀土在矿物中的赋存状态
为了进一步分析钪、稀土在载体矿物中的赋存状态，采用电子探针对钪和稀土的主要载体矿物进行钪、铈元素面扫描，结果如图 5。
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图 3 主要载钪矿物元素面扫描分布图(a) 透辉石、黑云母、磷灰石、褐帘石BSE 图像; (b) Ce Kα面扫描; (c) Sc Kα面扫描; (d)透辉石、黑云母、磷灰石BSE图像; (e) Ce Kα面扫描(f) Sc Kα面扫描。Di-透辉石，Bi-黑云母，Ap-磷灰石，Alt-褐帘石Figure 3. Surface scanning distributions of scandium bearing minerals从图 5c和图 5f可以看出，钪在透辉石、黑云母和磷灰石中呈均匀分散状分布，不存在局部富集或包体等形式，透辉石位置点密度略高于磷灰石，显著高于黑云母，体现了三种矿物中钪含量差异。在矿物间的间隙位置，点密度大幅降低形成暗部区域。由于Sc3+(0.083 nm)与Mg2+ (0.078 nm)、Fe2+ (0.082 nm)离子半径相近，因此，钪应该是作为矿物的杂质元素，以类质同象置换的形式分散于透辉石、黑云母和磷灰石中。
从图 5b和图 5e可以看出，铈在磷灰石中呈均匀分散状分布，没有明显的局部富集。铈在磷灰石位置点密度明显高于透辉石和黑云母，而透辉石和黑云母位置的点密度与矿物间隙空白区的背景点密度相当。此外，图 5e左下角存在一个高亮的点密集区，与图 5d中褐帘石位置吻合。以上特征说明铈仅赋存在褐帘石和磷灰石中，且褐帘石铈含量显著高于磷灰石，这与探针点分析中各矿物的铈含量差异特征一致。在所有造岩元素中，Ca2+与REE3+最接近，Ca2+易被REE3+置换[12]，所以稀土元素可以在磷灰石的晶体结构中置换Ca，且磷灰石可以容纳从La到Lu以及Y各个三价态的稀土元素[13]，因此，岩石中稀土元素应该是以异价类质同象的形式置换Ca2+赋存于磷灰石矿物晶格中。
因此，岩石中钪和稀土的赋存状态存在差异，钪没有独立矿物，全部以类质同象形式赋存; 稀土则大部分以类质同象形式赋存，同时也有少量分布在独立矿物中。
2.6 钪、稀土的回收利用
以上研究表明，矿石中钪和稀土的主要载体矿物不同，大部分稀土以类质同象的形式赋存在磷灰石中，钪则主要分布在透辉石中。在磷、稀土和钪的综合利用中，稀土可采用酸浸—TBP萃取和酸反萃的方法从磷灰石精矿中提取回收[14-15]，而钪则随着透辉石进入尾矿，可采取酸浸—焙烧—浸出萃取湿法冶金方法从尾矿中富集回收[16]。
3. 结论
(1) 矿物定量分析表明，矿石矿物组成以透辉石、黑云母和磷灰石为主，其余矿物含量很低，仅含有少量的稀土独立矿物褐帘石，没有发现钪独立矿物。
(2) 矿石矿物磷灰石和脉石矿物透辉石、黑云母均含钪，透辉石钪含量较高，黑云母和磷灰石钪含量基本相当，明显低于透辉石。稀土则仅存在于褐帘石和磷灰石中。
(3) 矿石中钪、稀土主要载体矿物不同，赋存状态存在差异：钪全部以类质同象的形式赋存，80%以上的钪分布在透辉石中，其余少数分布在黑云母和磷灰石中。稀土则主要以类质同象的形式赋存于磷灰石(含量占比90.56%)中，极少量以独立矿物的形式赋存于褐帘石中。
(4)在钪、稀土的综合利用中，稀土应从磷灰石精矿中提取回收，而钪则应在以透辉石、黑云母为主的尾矿中提取。
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图 1 矿石显微特征及结构构造
Di—透辉石; Bi—黑云母; Ap—磷灰石
Figure 1. Microscopic characteristics and structure of the ore
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图 2 载体矿物扫描电镜BSE图像
(a)褐帘石、黑云母、绿帘石、榍石、钾长石多相连生，包含于透辉石颗粒中;(b)褐帘石与磷灰石连生，呈不规则粒状包含于透辉石颗粒中;(c)褐帘石与透辉石、磷灰石、重晶石多相连生;(d)褐帘石呈不规则粒状与透辉石、磷灰石连生。1-褐帘石，2-透辉石，3-磷灰石，4-黑云母，5-钾长石，6-榍石，7-重晶石
Figure 2. BSE images of scandium bearing mineral
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图 3 主要载钪矿物元素面扫描分布图
(a) 透辉石、黑云母、磷灰石、褐帘石BSE 图像; (b) Ce Kα面扫描; (c) Sc Kα面扫描; (d)透辉石、黑云母、磷灰石BSE图像; (e) Ce Kα面扫描(f) Sc Kα面扫描。Di-透辉石，Bi-黑云母，Ap-磷灰石，Alt-褐帘石
Figure 3. Surface scanning distributions of scandium bearing minerals
表 1 矿石化学多元素分析结果
Table 1 The chemical analysis results of the ore
成分 Sc* TRE2O3 SiO2 Al2O3 FeO TFe2O3 CaO 含量/10-2 69.6 0.12 39.14 5.86 3.2 7.09 22.54 成分 MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO 烧失量 含量/10-2 11.67 1.02 0.45 1.1 3.4 0.11 4.32 注：Sc含量单位为10-6。 
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表 2 矿石矿物定量分析结果
Table 2 Results of mineral composition of the ore
/% 矿物 含量 矿物 含量 石英 0.23 磷灰石 12.62 斜长石 0.15 滑石 0.04 透辉石 53.10 榍石 0.26 角闪石 0.25 重晶石 0.05 白云母 0.04 褐帘石 0.06 黑云母 28.87 菱铁矿 0.06 绿泥石 2.14 绿帘石 0.02 方解石 0.31 黄铁矿 0.20 铁白云石 0.05 黄铜矿 0.04 钾长石 1.49
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表 3 透辉石电子探针波谱分析结果
Table 3 Electron probe analysis results of diopside
/% 成分 Al2O3 SiO2 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O 合计 1 1.895 51.581 0.403 15.294 0.5 0.039 0.025 3.997 0.026 24.957 0 98.717 2 2.01 52.824 0.373 15.424 0.614 0 0 4.062 0.045 24.622 0 99.974 3 1.197 53.125 0.243 15.601 0.487 0.013 0.143 3.435 0.036 24.836 0.002 99.118 4 1.596 52.734 0.43 15.148 0.486 0 0.105 4.63 0 24.588 0 99.717 5 2.025 52.382 0.251 15.656 0.685 0.065 0.075 4.008 0.029 25.065 0.01 100.251 6 2.12 51.65 0.229 15.602 0.343 0.078 0.118 3.648 0.017 25.029 0 98.834 7 1.322 52.753 0.304 15.018 0.251 0 0.099 5.372 0.042 24.443 0.002 99.606 8 1.386 52.392 0.325 15.573 0.77 0 0.161 5.18 0.007 24.363 0.002 100.159 9 1.408 53.629 0.39 15.17 0.432 0 0.081 4.886 0 24.51 0.011 100.517 10 0.596 54.534 0.729 15.713 0.144 0.091 0.162 3.725 0.019 23.847 0.014 99.574 11 0.695 54.084 0.135 16.84 0.216 0.104 0.137 2.985 0.004 25.197 0 100.397 12 1.539 52.517 0.412 15.316 0.448 0.039 0.161 4.731 0.01 24.55 0.007 99.73 13 1.826 52.471 0.486 14.649 0.737 0 0.13 5.183 0.035 24.398 0 99.915 14 2.378 52.938 0.514 14.636 0.45 0 0.23 5.159 0.052 24.585 0.003 100.945 平均值 1.571 52.830 0.373 15.403 0.469 0.031 0.116 4.357 0.023 24.642 0.004 99.818
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表 4 黑云母电子探针波谱分析结果
Table 4 Electron probe analysis results of biotite
/% 成分 Al2O3 SiO2 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O 合计 1 14.744 39.287 0.215 19.93 1.448 0.076 0.116 8.494 0.003 0.009 9.555 93.877 2 14.637 39.087 0.321 20.296 1.707 0.025 0.098 8.637 0 0 9.299 94.107 3 15.056 39.106 0.24 19.87 1.336 0.025 0.134 8.571 0.014 0 9.562 93.914 4 14.926 37.921 0.238 19.642 1.573 0.051 0.129 8.971 0.023 0.017 9.223 92.714 5 14.904 38.573 0.238 19.905 1.469 0 0.067 9.231 0.006 0.017 9.346 93.756 6 15.198 38.487 0.28 19.624 1.727 0 0.177 9.61 0 0.026 8.914 94.043 7 14.975 39.133 0.287 20.424 1.433 0 0.141 8.972 0 0 8.708 94.073 8 13.505 39.039 0.193 20.256 1.708 0.164 0.055 9.374 0.018 0.036 9.346 93.694 9 13.675 39.268 0.241 19.612 2.228 0 0.049 9.531 0.001 0.003 8.467 93.075 平均值 14.624 38.878 0.250 19.951 1.625 0.038 0.107 9.043 0.007 0.012 9.158 93.695
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表 5 磷灰石电子探针波谱分析结果
Table 5 Electron probe analysis results of apatite
/% 成分 Al2O3 SiO2 P2O5 Na2O MgO TiO2 V2O3 MnO FeO Sc2O3 CaO K2O Nd2O3 Ce2O3 La2O3 合计 1 0 0.923 40.002 0.068 0 0.092 0.026 0 0.037 0.024 54.959 0 0.185 0.391 0.138 96.845 2 0 0.371 41.603 0.095 0.035 0 0.146 0.025 0.053 0 55.649 0 0.109 0.383 0.255 98.724 3 0.016 0.652 40.563 0.231 0.003 0 0.013 0.106 0.005 0.007 55.596 0 0.054 0.391 0.106 97.743 4 0 0.575 39.077 0.087 0.045 0.074 0.066 0.025 0.016 0 54.876 0.015 0.51 0.534 0.244 96.144 5 0.002 0.757 39.591 0.2 0.01 0.092 0 0 0.043 0.011 55.236 0 0.043 0.612 0.401 96.998 6 0 1.104 39.52 0.119 0.039 0.129 0.092 0.044 0.064 0.013 54.912 0.005 0.314 0.859 0.444 97.658 7 0 0.283 41.127 0.121 0.076 0.037 0.053 0.019 0.069 0.021 55.849 0.006 0.141 0.08 0.032 97.914 8 0 0.345 40.115 0.092 0.041 0 0.079 0 0.027 0.03 54.657 0.003 0 0.104 0 95.493 9 0.017 0.494 41.183 0.089 0.013 0 0 0 0.09 0 56.508 0.01 0.152 0.526 0.085 99.167 10 0 0.845 41.476 0.053 0 0 0 0 0.123 0 55.899 0.019 0.369 0.319 0.117 99.22 11 0 0.711 39.976 0.032 0.003 0 0 0 0 0.02 54.917 0.004 0.239 0.359 0.201 96.462 12 0.047 0.394 40.617 0.116 0.032 0 0 0 0.069 0 54.579 0.023 0.38 0.438 0.053 96.748 13 0 0.835 40.54 0.127 0.01 0 0 0.044 0.085 0 54.842 0 0.163 0.654 0.328 97.628 14 0 0.8 39.693 0.092 0.039 0.092 0.026 0 0 0.007 54.768 0 0.293 0.862 0.138 96.81 平均值 0.006 0.649 40.363 0.109 0.025 0.037 0.036 0.019 0.049 0.010 55.232 0.006 0.211 0.465 0.182 97.397
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表 6 磷灰石单矿物化学分析结果[1]
Table 6 Results of mineral analysis of apatite
/% 磷灰石种类 P2O5 CaO MgO Fe2O3 F RE2O3 H2O Cl 红色 40.19 53.73 0.20 0.13 1.62 0.655 \ \ 浅黄绿色 40.58 53.3 0.29 \ 1.68 0.478 \ \ 肉红色 38.35~39.07 52.38~54.36 \ \ 1.90~1.95 0.681 0.22 0.02~0.25 灰白色 38.76~39.44 53.27~54.36 1.45 \ 2.13~2.80 1.11 0.14 0.02~0.36
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表 7 褐帘石能谱分析结果
Table 7 Energy spectrum analysis results of allanite
/% 元素 O Mg Al Si Ca La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Fe 含量 37.04 0.73 9.35 17.82 8.88 4.15 7.81 0.75 2.27 0.13 0.07 0.12 0.15 0.43 10.32
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表 8 褐帘石单矿物化学分析结果[2]
Table 8 Results of mineral analysis of orthite
/% 测试元素 MgO Al2O3 SiO2 CaO Fe2O3 La2O3 Ce2O3 含量 2.13 17.81 37.55 12.04 14.41 6.23 9.83
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表 9 钪在载体矿物中的含量及分布率
Table 9 Content and distribution of scandium in bearing minerals
/% 矿物种类 矿物含量 矿物Sc2O3含量 分布率 透辉石 53.1 0.023 79.14 黑云母 28.87 0.007 13.09 磷灰石 12.62 0.010 7.77 其他 5.41 \ \ 总计 100 \ 100.00
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表 10 稀土在载体矿物中的含量及分布率
/% Table 10 Content and distribution of Lanthanum, Cerium and neodymium in bearing minerals
矿物种类 矿物含量 矿物RE2O3含量 分布率 透辉石 53.1 0.000 0.00 黑云母 28.87 0.000 0.00 磷灰石 12.62 0.73 90.56 褐帘石 0.06 16.06 9.44 其他 5.35 \ \ 总计 \ 100
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百度学术
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