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      中国金刚石资源开发利用

一、 地 质 勘 查
  至今,中国尚未颁布金刚石矿单矿种的地质勘探规范,现仅就已勘查的几个金刚石矿床实例对矿床的工业要求、勘查手段、勘探网度等简介如下。
 (一) 金刚石原生矿床
1. 工业指标
  要求按全国矿产储量委员会办公室主编《矿产工业要求参考手册》,金刚石原生矿床一般工业要求。
2. 地质勘查手段
  勘查手段的选择取决于矿床地质特征,以辽宁瓦房店(复县)头道沟矿区50号金伯利岩管的勘查工作为例。采用探槽工程以了解地表矿体边界、产状、形态,矿石类型、断裂构造及采集大体积选矿样。
  为了解矿体深部产状、形态、规模,矿石类型、含矿性、地质构造,水文地质和工程地质等采用钻探工程。钻孔一般沿垂直矿体走向的勘探线布置。在钻进金伯利岩矿体时要求采用合金钻进,以减少矿心磨损。
  斜井和平巷等坑探工程用于直观勘查矿体特征、验证钻探取样代表性、采集大体积选矿样和为开拓运输作准备。
3. 勘探网度
(二) 金刚石砂矿
1. 工业指标要求
据全国矿产储量委员会办公室主编《矿产工业要求参考手册》。
2. 勘查手段
  以山东郯城陈家埠砂矿为例。该矿属河流阶地型砂矿,金刚石砂矿体直接裸露地表,位于地下水位之上,矿层很薄,且直接覆盖于基岩之上,因此,勘查手段选用探槽、浅井。由于该砂矿矿石品位甚低,分布又极不均匀,需采集大体积选矿样,为此,采用大规格探槽全巷取样。用于揭露矿体的探槽宽3m,少数宽5m,长度一般不大于20m。用于揭露基岩地质情况的探槽只需宽约1m。当基岩地质情况比较复杂时增布浅井以加强基岩地质研究,并供专项水文地质研究用。浅井规格一般1.2~0.8m。为了解基岩的水文地质条件,采用钻探工程。
3. 勘探网度
山东郯城陈家埠砂矿采用200m×40m工程间距求C级储量,400m×40m间距求D级储量。
二、 矿 山 开 采
中国现阶段具有工业意义已投入开采的是金伯利岩型矿床和金刚石砂矿床。
(一) 开采方法及开采规模的划分
  金刚石岩管产状的特殊性对开采的影响是,岩管产状是直通地表的近直立管状,截面面积呈圆形和似椭圆形。通常面积为500~600m2,大的2 000~3 000m2,有的甚至更大。一般岩管向深部面积愈来愈小,品位愈来愈贫,金刚石质量也变差(碎粒级增多)。为了早日发挥投资效果,金刚石岩管开采一般上部为露天开采。随着开采深度的增加,剥离量急剧增加,至一定深度后要转入地下开采。世界著名的南非金伯利地区10多个岩管均是如此,中国蒙阴胜利1号岩管亦如此,可以说是露天和地下的联合开采;岩脉开采为地下开采;金刚石砂矿的开采均为露天开采。
  开采规模的划分,一般多以精矿量计,有关部门至今尚未有规定,这里对原生矿暂以年产5万ct,服务年限达25年以上者为大型,目前国内仅辽宁瓦房店矿区的50号岩管的开采是属大型矿。金刚石砂矿年产2万ct,就可算大型矿山了。
(二) 开 拓 运 输
  金刚石矿的露天开采普遍采用公路开拓,山东蒙阴胜利1号岩管先采用斜井开拓,卷扬机-电机车运输方案,但使用效果不好,后改为公路螺旋线开拓,汽车运输方案,现开采深度已达100m,采场地表尺寸300m×200m,形成“瓢形”凹陷露天采场,“瓢把”为露天采场的总出入沟;台阶高度∶上部为10m,下部为14m,公路螺旋线采用逆时针方向向深部展线;运输用10t自卸汽车;露天开采的境界剥采比确定为6,该矿目前的紧迫任务是如何向地下开采过渡。辽宁瓦房店50号岩管上部为露天开采,也采用公路螺旋线开拓汽车运输。金刚石砂矿开采现在基本上都是公路开拓汽车运输,也有一些土法的这里就不赘述了。
  井下开拓运输,中国山东蒙阴红旗1号矿脉,矿脉倾角75°~80°,矿体(金伯利岩加两侧蛇纹石化碎屑岩)的平均厚度为0.51m,走向长1440m,中间被断层隔开,分南北两段,南段长980m,北段长460m。采用下盘竖井开拓,井筒断面仅3.02~2.2m,矿脉的南北两端各设一小风井,形成中央对角式通风系统。井筒与矿脉的联系采用阶段石门,阶段高50m。
三、 选矿与加工
(一) 产品质量标准
中国天然金刚石产品质量标准按用途、晶体特征及规格(ct/粒)情况分为一级品、二级品等不同级别。天然金刚石标准见建材行业标准JC220-79(96);加工非金属硬脆材料用节块式金刚石圆锯片见建材行业标准J340-92(96),该标准适用于加工各种非金属硬脆材料;加工非金属硬脆材料用节块式金刚石框架锯条见建材行业标准JC-470-92(96),适用于切割天然大理石、人造大理石及低硅含量的花岗石非金属硬脆材料用的锯条;人造金刚石薄型钻头(原标准号IBJ43001-85)见建材行业标准JC/T816-85(96)。
(二) 选矿加工方法
  中国金刚石的原矿品位很低,规定的最低可采品位比国外(南非、扎伊尔等)低几倍甚至10多倍。如岩管最低可采品位定为0.075~0.15ct/m3,砂矿最低可采品位定为0.01 ct/m3。要从如此贫乏的原矿中选出金刚石颗粒,必须采用复杂的选矿方法及多段磨矿、多段精选的工艺流程才能完成。
   在金刚石选矿过程中,最重要的是要保护金刚石晶体不被破损,否则会大大影响它们的使用价值。
金刚石常用的选矿方法有:
粗选-淘洗盘选矿、跳汰选矿、重介质选矿;
精选-X射线电选矿、油膏选矿、表层浮选、磁力选矿、电力选矿、重液选矿、化学处理(碱熔法)、泡沫浮选、磁流体静力分选、选择性磨碎筛分、手选等。
(三) 工 艺 流 程
  金刚石原生矿选矿工艺流程主要取决于原矿性质、选矿厂的规模及其他因素等。合理的工艺流程主要考虑保护金刚石晶体不受破损或破损最小;确定合理的破碎段数、合适的选别粒度上限和下限;得到最高的选矿回收率,并尽可能地综合回收细粒金刚石和有用的伴生矿物等。
  金刚石砂矿的粗选流程比原生矿石简单,它不需要多段破碎磨碎多段选别的工艺流程,而只需进行洗矿、筛分、脱泥,便可进入选别流程。
  金刚石砂矿与原生矿的精选流程基本相同。一般粗粒级(30mm以下)采用X射线电选、油膏选、选择性磨矿筛分、手选等方法处理;中粒级(3mm以下)采用表层浮选、磁选、电选、选择性磨矿筛分等方法处理;细粒级(小于1mm)采用化学处理、泡沫浮选、磁流体静力分选、重液选等方法处理。对于原生矿石,如采用自磨(磨矿参数需严格控制)代替破碎磨碎作业,不但能减少破碎磨矿段数,还可以简化流程,节约投资和降低成本。
(四) 常用技术设备
  由于要注意保护金刚石的晶体不受破坏(或使次生破碎率降至最低),在破碎、磨矿设备的选型上,常采用破碎强度较低或具有选择性破碎作用的设备。
粗、中碎常用圆锥、颚式破碎机,细碎和磨矿常用短头圆锥破碎机、湿式自磨机、棒磨机、格子型球磨机等,洗矿用圆筒洗矿机;分级用自定中心振动筛、单螺旋分级机、水力旋流器等;选矿(包括粗、精选)常用设备有淘洗盘、跳汰机、重介质选矿机、浮选机、带式或振动带式油选机、辊式表层浮选机、磁流体静力分选机、湿式X射线电拣选机、X射线手选机以及化学处理机等。
(五) 选 矿 实 践
1. 原生矿选矿实践
(1) 山东蒙阴金刚石矿(山东七○一矿)选矿厂矿山是中国发现的第一个金刚石原生矿床,既有岩脉,又有岩管。共建成3座选矿厂,即一选厂、二选厂和自磨试验厂。
3个选矿厂的原矿石都是斑状镁铝榴石金云母金伯利岩和细粒金云母金伯利岩。矿石中主要矿物有:金刚石、橄榄石(已蚀变为蛇纹石)、金云母、镁铝榴石、铬镁铝榴石、铬尖晶石、钙钛矿、磷灰石等。矿石中金刚石粒度较小,主要集中在细级中(-2mm粒级约占57%),晶体破碎比较严重。1996年该矿入选原矿品位为4.11ct/t。选矿回收率为81.51%。所产金刚石以工业品级为主,宝石级金刚石占约20%。产品外销为主。3个厂的设计能力总计为22万ct/a。目前只有第二选厂生产,其他两个选厂均已停产。二选厂工艺流程见图4.12.5,该厂于1976年投产1),采用多段磨矿多段选别流程,粗选采用淘洗盘与泡沫浮选相结合,其中淘洗盘处理20~0.5mm的粗粒级物料,泡沫浮选处理-0.5mm的细粒级物料。泡沫浮选药剂:捕收剂为煤油与柴油,比例1∶1,总用量约800g/t;起泡剂为二号油,用量为50g/t左右,精选作业有油选、粒浮、化学处理、强磁选、磁流体静力分选等工序,使金刚石回收粒度下限降至0.2mm。 (2) 辽宁瓦房店金刚石总公司(原名瓦房店金刚石股份有限公司)选矿厂该矿山位于辽宁省瓦房店市头道沟。公司于1987年组建,设在瓦房店市。选矿厂于1989年11月试生产,设计年处理矿石能力24万t,正式生产能力可达40多万t/a,矿石采自瓦房店50号岩管。矿石主要有用矿物为金刚石,脉石矿物以蛇纹石为主,其次是碳酸盐、滑石、金云母和磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、铬铁矿、黄铁矿、钛铁矿等。50号金伯利岩岩管上部为风化矿,矿石多呈粉状,黄色和黄绿色,下部矿石风化程度逐渐减弱,矿石多呈块状,灰色和灰绿色。50号岩管金刚石品位约0.3~0.5Ct/t。
  选矿厂主要选矿方法为重介质选矿,主要选别设备为重介质机组,由澳大利亚进口,其余的碎矿、洗矿、筛分设备、细粒金刚石选矿设备,以及尾矿输送设备等,均采用国产设备。
  选矿流程:原矿石经三段一闭路破碎和洗矿,获得粒度为+1~-18mm的矿料,存入重介质选的粉矿仓中。在进入选别设备前,物料经900×2 400直线筛进一步清洗,然后经输送带给入重介质粗选设备(处理量为40t/h),再经φ400旋流器将粗精矿给入处理量为10t/h的重介质选别设备,经φ250旋流器又将精矿给入R121 X射线机进一步分选。光选机所得精矿,最终由手选出金刚石产品。重介质的粗选尾矿和精选尾矿(即轻产物),以及X射线机抛出的中矿物料,均被运出重介质车间,做进一步的破碎、磨碎、选别处理。
  金刚石选矿回收指标约为15ct/t,重介质为硅铁(Fe 85%;Si 15%)与水的混合物,介质密度一般要求在2.65g/cm3左右;介质损失为250g/t。
  据报道该流程经过4年多的生产实践,回收了30~40ct以上金刚石2粒,10~20ct金刚石数十粒,同时未发现有大颗粒的金刚石被破碎,证明流程基本上是合理的。为了解决重介质尾矿再破碎、再选问题,于1994年建立了二选厂,对前期处理过的-22mm和-18mm尾矿进行再破碎和再选,使最终抛弃的尾矿粒度降至-6mm,使金刚石总体回收率达到24~25ct/100t。
2. 砂矿选矿实践
  湖南常德金刚石矿选矿厂位于湖南省常德市常德县内,1958年建成投产,是中国第一个金刚石砂矿选矿厂。该矿属于细谷砂矿床。原矿中主要重矿物为金刚石、黄金、锆石、钛铁矿、金红石、赤铁矿、水铝石、石榴子石等;主要轻矿物为石英、长石、云母、蛋白石等。金刚石主要集中在-4+1mm级别中,晶体质量较好,晶形以八面体和菱形十二面体为主。
  原矿经两次洗矿后进入跳汰。粗选跳汰采用不分级入选,精选跳汰采用分级入选。精选作业由油选、表层浮选、手选、X射线电拣选、X射线手选等组成。除回收主产品金刚石外,还回收了副产品黄金。金刚石回收率为98%。
  1975年该矿因金刚石砂矿资源枯竭,破坏农田严重(每年几百亩良田),主管部门下令停产,选厂同时关闭。
(六) 金刚石产品用途及分类
  金刚石产品的分类很复杂,可分成千百个等级,是根据金刚石产品大小、晶体形状、颜色及质量来分类,以达到按质论价正确进行经济评价的目的。总的来说分成两大类:装饰用金刚石和工业用金刚石。
1. 装饰用金刚石
  优质的天然金刚石(钻石)要求光泽明亮、透明清澈、无包裹体。故金刚石的颜色与透明度以及晶体大小是作为金刚石的主要质量等级标准。无色透明、纯净者均为优质上等品;纯净透明带蓝黄者为佳品;有些色调很浓如深色“蓝钻”、“金钻”、“黑钻”为少见珍品。粒度方面的标准为∶宝石一级品大于6.00 ct/粒,宝石二级品大于3.00 ct/粒。
随着科学技术的发展,各种人造宝石(如立方氧化锆)相继问世,其成品常常达到以假乱真的程度,需借助各种测试仪器来鉴别其真伪。
2. 工业用金刚石产品
  对天然的Ⅰ型金刚石,主要利用它们的高硬、高耐磨性的特点,对Ⅱ型金刚石,主要利用它们的良好的导热性和半导体性能生产各种金刚石产品(制品)。由于中国天然金刚石产量很少,工业用途金刚石,绝大部分由人造金刚石代替,用于拉丝模、车刀、刻线刀、硬度计压头、地质和石油钻头、砂轮刀、玻璃刀、金刚石笔、修整器刀以及磨料等。
人造金刚石的品种按国家标准(GB/T6405-94)分为六类:
RVD用于树脂、陶瓷结合剂制品;
MBD用于金属结合剂磨具、锯切、钻探工具及电镀制品;
SCD用于树脂结合剂磨具;
SMD用于锯切、钻探和修整工具;
DMD用于修整工具;
M-SD用于硬脆材料精磨、研、抛光等。


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