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      中國金剛石資源開發利用

一、 地 質 勘 查
  至今,中國尚未頒布金剛石礦單礦種的地質勘探規范,現僅就已勘查的幾個金剛石礦床實例對礦床的工業要求、勘查手段、勘探網度等簡介如下。
 (一) 金剛石原生礦床
1. 工業指標
  要求按全國礦產儲量委員會辦公室主編《礦產工業要求參考手冊》,金剛石原生礦床一般工業要求。
2. 地質勘查手段
  勘查手段的選擇取決于礦床地質特征,以遼寧瓦房店(復縣)頭道溝礦區50號金伯利巖管的勘查工作為例。采用探槽工程以了解地表礦體邊界、產狀、形態,礦石類型、斷裂構造及采集大體積選礦樣。
  為了解礦體深部產狀、形態、規模,礦石類型、含礦性、地質構造,水文地質和工程地質等采用鉆探工程。鉆孔一般沿垂直礦體走向的勘探線布置。在鉆進金伯利巖礦體時要求采用合金鉆進,以減少礦心磨損。
  斜井和平巷等坑探工程用于直觀勘查礦體特征、驗證鉆探取樣代表性、采集大體積選礦樣和為開拓運輸作準備。
3. 勘探網度
(二) 金剛石砂礦
1. 工業指標要求
據全國礦產儲量委員會辦公室主編《礦產工業要求參考手冊》。
2. 勘查手段
  以山東郯城陳家埠砂礦為例。該礦屬河流階地型砂礦,金剛石砂礦體直接裸露地表,位于地下水位之上,礦層很薄,且直接覆蓋于基巖之上,因此,勘查手段選用探槽、淺井。由于該砂礦礦石品位甚低,分布又極不均勻,需采集大體積選礦樣,為此,采用大規格探槽全巷取樣。用于揭露礦體的探槽寬3m,少數寬5m,長度一般不大于20m。用于揭露基巖地質情況的探槽只需寬約1m。當基巖地質情況比較復雜時增布淺井以加強基巖地質研究,并供專項水文地質研究用。淺井規格一般1.2~0.8m。為了解基巖的水文地質條件,采用鉆探工程。
3. 勘探網度
山東郯城陳家埠砂礦采用200m×40m工程間距求C級儲量,400m×40m間距求D級儲量。
二、 礦 山 開 采
中國現階段具有工業意義已投入開采的是金伯利巖型礦床和金剛石砂礦床。
(一) 開采方法及開采規模的劃分
  金剛石巖管產狀的特殊性對開采的影響是,巖管產狀是直通地表的近直立管狀,截面面積呈圓形和似橢圓形。通常面積為500~600m2,大的2 000~3 000m2,有的甚至更大。一般巖管向深部面積愈來愈小,品位愈來愈貧,金剛石質量也變差(碎粒級增多)。為了早日發揮投資效果,金剛石巖管開采一般上部為露天開采。隨著開采深度的增加,剝離量急劇增加,至一定深度后要轉入地下開采。世界著名的南非金伯利地區10多個巖管均是如此,中國蒙陰勝利1號巖管亦如此,可以說是露天和地下的聯合開采;巖脈開采為地下開采;金剛石砂礦的開采均為露天開采。
  開采規模的劃分,一般多以精礦量計,有關部門至今尚未有規定,這里對原生礦暫以年產5萬ct,服務年限達25年以上者為大型,目前國內僅遼寧瓦房店礦區的50號巖管的開采是屬大型礦。金剛石砂礦年產2萬ct,就可算大型礦山了。
(二) 開 拓 運 輸
  金剛石礦的露天開采普遍采用公路開拓,山東蒙陰勝利1號巖管先采用斜井開拓,卷揚機-電機車運輸方案,但使用效果不好,后改為公路螺旋線開拓,汽車運輸方案,現開采深度已達100m,采場地表尺寸300m×200m,形成“瓢形”凹陷露天采場,“瓢把”為露天采場的總出入溝;臺階高度∶上部為10m,下部為14m,公路螺旋線采用逆時針方向向深部展線;運輸用10t自卸汽車;露天開采的境界剝采比確定為6,該礦目前的緊迫任務是如何向地下開采過渡。遼寧瓦房店50號巖管上部為露天開采,也采用公路螺旋線開拓汽車運輸。金剛石砂礦開采現在基本上都是公路開拓汽車運輸,也有一些土法的這里就不贅述了。
  井下開拓運輸,中國山東蒙陰紅旗1號礦脈,礦脈傾角75°~80°,礦體(金伯利巖加兩側蛇紋石化碎屑巖)的平均厚度為0.51m,走向長1440m,中間被斷層隔開,分南北兩段,南段長980m,北段長460m。采用下盤豎井開拓,井筒斷面僅3.02~2.2m,礦脈的南北兩端各設一小風井,形成中央對角式通風系統。井筒與礦脈的聯系采用階段石門,階段高50m。
三、 選礦與加工
(一) 產品質量標準
中國天然金剛石產品質量標準按用途、晶體特征及規格(ct/粒)情況分為一級品、二級品等不同級別。天然金剛石標準見建材行業標準JC220-79(96);加工非金屬硬脆材料用節塊式金剛石圓鋸片見建材行業標準J340-92(96),該標準適用于加工各種非金屬硬脆材料;加工非金屬硬脆材料用節塊式金剛石框架鋸條見建材行業標準JC-470-92(96),適用于切割天然大理石、人造大理石及低硅含量的花崗石非金屬硬脆材料用的鋸條;人造金剛石薄型鉆頭(原標準號IBJ43001-85)見建材行業標準JC/T816-85(96)。
(二) 選礦加工方法
  中國金剛石的原礦品位很低,規定的最低可采品位比國外(南非、扎伊爾等)低幾倍甚至10多倍。如巖管最低可采品位定為0.075~0.15ct/m3,砂礦最低可采品位定為0.01 ct/m3。要從如此貧乏的原礦中選出金剛石顆粒,必須采用復雜的選礦方法及多段磨礦、多段精選的工藝流程才能完成。
   在金剛石選礦過程中,最重要的是要保護金剛石晶體不被破損,否則會大大影響它們的使用價值。
金剛石常用的選礦方法有:
粗選-淘洗盤選礦、跳汰選礦、重介質選礦;
精選-X射線電選礦、油膏選礦、表層浮選、磁力選礦、電力選礦、重液選礦、化學處理(堿熔法)、泡沫浮選、磁流體靜力分選、選擇性磨碎篩分、手選等。
(三) 工 藝 流 程
  金剛石原生礦選礦工藝流程主要取決于原礦性質、選礦廠的規模及其他因素等。合理的工藝流程主要考慮保護金剛石晶體不受破損或破損最小;確定合理的破碎段數、合適的選別粒度上限和下限;得到最高的選礦回收率,并盡可能地綜合回收細粒金剛石和有用的伴生礦物等。
  金剛石砂礦的粗選流程比原生礦石簡單,它不需要多段破碎磨碎多段選別的工藝流程,而只需進行洗礦、篩分、脫泥,便可進入選別流程。
  金剛石砂礦與原生礦的精選流程基本相同。一般粗粒級(30mm以下)采用X射線電選、油膏選、選擇性磨礦篩分、手選等方法處理;中粒級(3mm以下)采用表層浮選、磁選、電選、選擇性磨礦篩分等方法處理;細粒級(小于1mm)采用化學處理、泡沫浮選、磁流體靜力分選、重液選等方法處理。對于原生礦石,如采用自磨(磨礦參數需嚴格控制)代替破碎磨碎作業,不但能減少破碎磨礦段數,還可以簡化流程,節約投資和降低成本。
(四) 常用技術設備
  由于要注意保護金剛石的晶體不受破壞(或使次生破碎率降至最低),在破碎、磨礦設備的選型上,常采用破碎強度較低或具有選擇性破碎作用的設備。
粗、中碎常用圓錐、顎式破碎機,細碎和磨礦常用短頭圓錐破碎機、濕式自磨機、棒磨機、格子型球磨機等,洗礦用圓筒洗礦機;分級用自定中心振動篩、單螺旋分級機、水力旋流器等;選礦(包括粗、精選)常用設備有淘洗盤、跳汰機、重介質選礦機、浮選機、帶式或振動帶式油選機、輥式表層浮選機、磁流體靜力分選機、濕式X射線電揀選機、X射線手選機以及化學處理機等。
(五) 選 礦 實 踐
1. 原生礦選礦實踐
(1) 山東蒙陰金剛石礦(山東七○一礦)選礦廠礦山是中國發現的第一個金剛石原生礦床,既有巖脈,又有巖管。共建成3座選礦廠,即一選廠、二選廠和自磨試驗廠。
3個選礦廠的原礦石都是斑狀鎂鋁榴石金云母金伯利巖和細粒金云母金伯利巖。礦石中主要礦物有:金剛石、橄欖石(已蝕變為蛇紋石)、金云母、鎂鋁榴石、鉻鎂鋁榴石、鉻尖晶石、鈣鈦礦、磷灰石等。礦石中金剛石粒度較小,主要集中在細級中(-2mm粒級約占57%),晶體破碎比較嚴重。1996年該礦入選原礦品位為4.11ct/t。選礦回收率為81.51%。所產金剛石以工業品級為主,寶石級金剛石占約20%。產品外銷為主。3個廠的設計能力總計為22萬ct/a。目前只有第二選廠生產,其他兩個選廠均已停產。二選廠工藝流程見圖4.12.5,該廠于1976年投產1),采用多段磨礦多段選別流程,粗選采用淘洗盤與泡沫浮選相結合,其中淘洗盤處理20~0.5mm的粗粒級物料,泡沫浮選處理-0.5mm的細粒級物料。泡沫浮選藥劑:捕收劑為煤油與柴油,比例1∶1,總用量約800g/t;起泡劑為二號油,用量為50g/t左右,精選作業有油選、粒浮、化學處理、強磁選、磁流體靜力分選等工序,使金剛石回收粒度下限降至0.2mm。 (2) 遼寧瓦房店金剛石總公司(原名瓦房店金剛石股份有限公司)選礦廠該礦山位于遼寧省瓦房店市頭道溝。公司于1987年組建,設在瓦房店市。選礦廠于1989年11月試生產,設計年處理礦石能力24萬t,正式生產能力可達40多萬t/a,礦石采自瓦房店50號巖管。礦石主要有用礦物為金剛石,脈石礦物以蛇紋石為主,其次是碳酸鹽、滑石、金云母和磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鉻鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦等。50號金伯利巖巖管上部為風化礦,礦石多呈粉狀,黃色和黃綠色,下部礦石風化程度逐漸減弱,礦石多呈塊狀,灰色和灰綠色。50號巖管金剛石品位約0.3~0.5Ct/t。
  選礦廠主要選礦方法為重介質選礦,主要選別設備為重介質機組,由澳大利亞進口,其余的碎礦、洗礦、篩分設備、細粒金剛石選礦設備,以及尾礦輸送設備等,均采用國產設備。
  選礦流程:原礦石經三段一閉路破碎和洗礦,獲得粒度為+1~-18mm的礦料,存入重介質選的粉礦倉中。在進入選別設備前,物料經900×2 400直線篩進一步清洗,然后經輸送帶給入重介質粗選設備(處理量為40t/h),再經φ400旋流器將粗精礦給入處理量為10t/h的重介質選別設備,經φ250旋流器又將精礦給入R121 X射線機進一步分選。光選機所得精礦,最終由手選出金剛石產品。重介質的粗選尾礦和精選尾礦(即輕產物),以及X射線機拋出的中礦物料,均被運出重介質車間,做進一步的破碎、磨碎、選別處理。
  金剛石選礦回收指標約為15ct/t,重介質為硅鐵(Fe 85%;Si 15%)與水的混合物,介質密度一般要求在2.65g/cm3左右;介質損失為250g/t。
  據報道該流程經過4年多的生產實踐,回收了30~40ct以上金剛石2粒,10~20ct金剛石數十粒,同時未發現有大顆粒的金剛石被破碎,證明流程基本上是合理的。為了解決重介質尾礦再破碎、再選問題,于1994年建立了二選廠,對前期處理過的-22mm和-18mm尾礦進行再破碎和再選,使最終拋棄的尾礦粒度降至-6mm,使金剛石總體回收率達到24~25ct/100t。
2. 砂礦選礦實踐
  湖南常德金剛石礦選礦廠位于湖南省常德市常德縣內,1958年建成投產,是中國第一個金剛石砂礦選礦廠。該礦屬于細谷砂礦床。原礦中主要重礦物為金剛石、黃金、鋯石、鈦鐵礦、金紅石、赤鐵礦、水鋁石、石榴子石等;主要輕礦物為石英、長石、云母、蛋白石等。金剛石主要集中在-4+1mm級別中,晶體質量較好,晶形以八面體和菱形十二面體為主。
  原礦經兩次洗礦后進入跳汰。粗選跳汰采用不分級入選,精選跳汰采用分級入選。精選作業由油選、表層浮選、手選、X射線電揀選、X射線手選等組成。除回收主產品金剛石外,還回收了副產品黃金。金剛石回收率為98%。
  1975年該礦因金剛石砂礦資源枯竭,破壞農田嚴重(每年幾百畝良田),主管部門下令停產,選廠同時關閉。
(六) 金剛石產品用途及分類
  金剛石產品的分類很復雜,可分成千百個等級,是根據金剛石產品大小、晶體形狀、顏色及質量來分類,以達到按質論價正確進行經濟評價的目的。總的來說分成兩大類:裝飾用金剛石和工業用金剛石。
1. 裝飾用金剛石
  優質的天然金剛石(鉆石)要求光澤明亮、透明清澈、無包裹體。故金剛石的顏色與透明度以及晶體大小是作為金剛石的主要質量等級標準。無色透明、純凈者均為優質上等品;純凈透明帶藍黃者為佳品;有些色調很濃如深色“藍鉆”、“金鉆”、“黑鉆”為少見珍品。粒度方面的標準為∶寶石一級品大于6.00 ct/粒,寶石二級品大于3.00 ct/粒。
隨著科學技術的發展,各種人造寶石(如立方氧化鋯)相繼問世,其成品常常達到以假亂真的程度,需借助各種測試儀器來鑒別其真偽。
2. 工業用金剛石產品
  對天然的Ⅰ型金剛石,主要利用它們的高硬、高耐磨性的特點,對Ⅱ型金剛石,主要利用它們的良好的導熱性和半導體性能生產各種金剛石產品(制品)。由于中國天然金剛石產量很少,工業用途金剛石,絕大部分由人造金剛石代替,用于拉絲模、車刀、刻線刀、硬度計壓頭、地質和石油鉆頭、砂輪刀、玻璃刀、金剛石筆、修整器刀以及磨料等。
人造金剛石的品種按國家標準(GB/T6405-94)分為六類:
RVD用于樹脂、陶瓷結合劑制品;
MBD用于金屬結合劑磨具、鋸切、鉆探工具及電鍍制品;
SCD用于樹脂結合劑磨具;
SMD用于鋸切、鉆探和修整工具;
DMD用于修整工具;
M-SD用于硬脆材料精磨、研、拋光等。


         轉載請注明出處:“中國非金屬礦網” 100-su.cn 


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