重晶石百科

一、简介 重晶石是钡的最常见矿物，它的成分为硫酸钡。产于低温热液矿脉中，如石英-重晶石脉，萤石-重晶石脉等，常与方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辰砂等共生。我国湖 南、广西、青海、江西所产的重晶石矿床多是巨大的热液单矿物矿脉。重晶石亦可产于沉积岩中，呈结核状出现，多存在于沉积锰矿床和浅海的泥质、砂质沉积岩 中。在风化残余矿床的残积粘土覆盖层内，常成结状、块状。 化学成分：BaO：65.7%，SO3：34.3%。成分中有Sr、Pb和Ca类质同像替代。 重晶石的晶体呈大的管状，晶体聚集在一起有时可形成玫瑰花形状或分叉的晶块，这称为冠毛状重晶石。纯的重晶石是无色透明的，一般则呈白、浅黄色，具有玻璃 光泽。而且重晶石可以用作白色颜料（我们俗称立德粉），还可用于化工、造纸、纺织填料，在玻璃生产中它可充当助熔剂并增加玻璃的光亮度。但它最主要的是作 为加重剂用在钻井行业中及提炼钡。 二、结构性质 重晶石是以硫酸钡（BaSO4）为主要成分的非金属矿产品，纯重晶石显白 色、有光泽，由于杂质及混入物的影响也常呈灰色、浅红色、浅黄色等，结晶情况相当好的重晶石还可呈透明晶体出现。重晶石系硫酸盐矿物。成分为BaSO4。 自然界分布最广的含钡矿物。钡可被锶完全类质同象代替，形成天青石；被铅部分替代，形成北投石（因产自台湾北投温泉而得名）。正交（斜方）晶系，晶体常成 厚板状。纯净的重晶石透明无色，一般为白色、浅黄色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。具3个方向的完全和中等解理，莫氏硬度3～3.5，比重4.5。主要形 成于中低温热液条件下。 重晶石化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无磁性和毒性。重晶石化学组成为Ba[SO4]，晶体属正交（斜方）晶系的硫酸盐矿 物。常呈厚板状或柱状晶体，多为致密块状或板状、粒状集合体。质纯时无色透明，含杂质时被染成各种颜色，条痕白色，玻璃光泽，透明至半透明。三组解理完 全，夹角等于或近于90°。摩氏硬度3-3.5，比重4.0-4.6。鉴定特征：板状晶体，硬度小，近直角相交的完全解理，密度大，遇盐酸不起泡，并以此 与相似的方解石相区别。重晶石是以硫酸钡(BaSO4）为主要成分的非金属矿产品，纯重晶石显白色、有光泽，由于杂质及混入物的影响也常呈灰色、浅红色、 浅黄色等，结晶情况相当好的重晶石还可呈透明晶体出现。重晶石是一种混合物。 三、制法 残坡积矿床用露天开采法,原生矿多数用地下开采法。一般工艺流程见“磷块岩”。选矿方法主要为手选法、重选法、磁选法和浮选法。 四、开发利用 重晶石是一种很重要的非金属矿物原料，具有广泛的工业用途。 1． 钻井泥浆加重剂：在一些油井、气井钻探时，一般使用的钻井泥浆、粘土比重为2.5左右，水的比重为1，因此泥浆比重较低，有时泥浆重量不能与地下油、气压 力平衡，则造成井喷事故。在地下压力较高的情况下，就需要增加泥浆比重，往泥浆中加入重晶石粉是增加泥浆比重的有效措施。做钻井泥浆用的重晶石一般细度要 达到325目以上，如重晶石细度不够则易发生沉淀。钻井泥浆用重晶石要求比重大于4.2，BaSO4含量不低于95%，可溶性盐类小于1%。 2．锌钡白颜料：锌钡白是一种常用的优质白色颜料，可作为油漆、绘画颜料的原料。将硫酸钡加热，使用还原剂就可还原成硫化钡(BaS），然后与硫酸锌(ZnSO4）反应得到的硫酸钡和硫化锌的混合物（BaSO4占70%，ZnS占30%）即为锌钡白颜料。制取锌钡白的重晶石要求BaSO4含量大于95%，同时应不含有可见的有色杂物。 3．各种钡化合物：以重晶石为原料可以制造氧化钡、碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、沉淀硫酸钡、氢氧化钡等化工原料。 化学纯的硫酸钡是测量白度的标准；碳酸钡是光学玻璃的重要原料，它向玻璃中引入BaO，从而增大玻璃的折光率，并改善其它光学性能；在陶瓷中用来配制釉料；氯化钡是一种农用杀虫剂；硝酸钡用于焰火和玻璃工业中；高锰酸钡是一种绿色颜料。 4．填料工业用重晶石：在油漆工业中，重晶石粉填料可以增加漆膜厚度、强度及耐久性。锌钡白颜料也用于制造白色油漆，在室内使用比铅白、镁白具有更多的优点。油漆工业用重晶石要求有足够的细度和较高的白度。 造纸工业、橡胶和塑料工业也用重晶石作填料，这种填料能提高橡胶和塑料的硬度、耐磨性及耐老化性。 橡胶、造纸用重晶石填料一般要求BaSO4大于98%，CaO小于0.36%，不许含有氧化镁、铅等成分。 5、 水泥工业用矿化剂：在水泥生产中采用重晶石、萤石复合矿化剂掺入对促进C3S形成、活化C3S具有明显的效果，熟料质量得到了改善，水泥早期强度大约可提 高20～25%，后期强度约提高10%，熟料烧成温度由1450℃降低到1300±50℃。重晶石掺量为0.8～1.5%时，效果最好。在白水泥生产中， 采用重晶石、萤石复合矿化剂后，烧成温度从1500℃降至1400℃，游离CaO含量低，强度和白度都有所提高。在以煤矸石为原料的水泥生料中加入适量的 重晶石，可使熟料饱和比低的水泥强度，特别是早期强度得到大幅度的提高，这就为煤矸石的综合利用，为生产低钙、节能、早强和高强水泥提供了一条有益途径。 6．防射线水泥、砂浆及混凝土：利用重晶石具有吸收X射线的性能，用重晶石制做钡水泥、重晶石砂浆和重晶石混凝土，用以代替金属铅板屏蔽核反应堆和建造科研、医院防X射线的建筑物。 钡水泥是以重晶石和粘土为主要原料，经烧结得到以硅酸二钡为主要矿物组成的熟料，再加适量石膏，共同磨细而成。比重较一般硅酸盐水泥高，可达4.7～5.2。强度标号为325～425。由于钡水泥比重大，可与重质集料（如重晶石）配制成均匀、密实的防X射线混凝土。 砂浆是一种容重较大、对X射线有阻隔作用的砂浆，一般要求采用水化热低的硅酸盐水泥，通常用的水泥∶重晶石粉∶重晶石砂∶粗砂配合比为 1∶0.25∶2.5∶1。重晶石混凝土是一种容重较大，对X射线具有屏蔽能力的混凝土，胶凝材料一般采用水化热低的硅酸盐水泥或高铝水泥、钡水泥、锶水 泥等特种水泥。硅酸盐水泥应用最广。常用的水泥∶重晶石碎石重晶石砂∶水的配合比为 1∶4.54∶3.4∶0.5；1∶5.44∶4.46∶0.6；1∶5∶3.8∶0.2三种。 做防射线砂浆及混凝土的重晶石，BaSO4含量应不低于80%，其中含有的石膏、黄铁矿、硫化物和硫酸盐等杂质不得超过7%。 7．道路建设：橡胶和含约10%重晶石的柏油混合物已成功地用于停车场，是一种耐久的铺路材料。目前，重型道路建设设备的轮胎已部分地填充有重晶石，以增加重量，利于填方地区的夯实。 8．其它：重晶石和油料调和后涂于布基上制造油布；重晶石粉用来精制煤油；在医药工业中做消化道造影剂；还可制农药、制革、制焰火等。此外，重晶石还用作提取金属钡，用作电视和其它真空管的吸气剂、粘结剂。钡与其它金属(铝、镁、铅、钙）制成合金，用于轴承制造。 五、提纯技术 随着优质、单一型重晶石矿日益枯竭，我国目前绝大部分重晶石矿品位低，与其他金属矿、非金属矿紧密伴生，直接影响其在工业上的利用价值。作钻井泥浆用的重晶 石加重剂一般细度要求达到-0.056mm以上，密度>4.2g/cm，品位>95%，可溶性盐类含量98%，CaO含 量<0.36%，且不许含有氧化镁、铅等有害成分。不同用途的重晶石对重晶石的纯度、白度、杂质含量的要求不同。 1.1物理提纯 重晶石的物理提纯方法主要有：手选、重选、磁选。手选的主要依据是重晶石与伴生矿的颜色和密度的区别。原矿经过粗碎后，重晶石矿物与脉石矿物能够有效解 离，手选可以选出块状的重晶石。如广西象州潘村矿，用手选法可以得到粒度在30～150mm，BaSO4含量>92%的富矿。手选法简单方便易行， 对设备依赖低，成本小，但对矿石要求高并且生产效率低，对资源造成极大浪费。重选是根据重晶石与伴生矿物的密度差别进行提纯。原矿经破碎、磨矿至一定粒级 进入重选设备进行分选从而将脉石剔除。湖南衡南重晶石矿重选后的硫酸钡含量达92%以上，手选尾矿经重选后可以得到硫酸钡含量达84.50%的重选精矿。 磁选是利用不同矿石之间磁性的差异，在磁力的作用下进行选别的方法。磁选主要来除掉一些具有磁性氧化铁类矿物如菱铁矿，通常与重选联合使用，以降低重晶石 精矿中铁的含量。 1.2化学提纯 1.2.1浮选法提纯 随着高品位易选重晶石矿的不断开发利用，急待加大对低品位重晶 石矿开发研究的力度。重晶石常与萤石、方解石、石英等矿物紧密伴生，品位低、嵌布粒度细、成分复杂，传统重选工艺难以使其有效分离。浮选可以适应各种复杂 嵌布类型的重晶石，因而成为现阶段重晶石选别的主要方法。捕收剂是决定重晶石矿物能否有效分离的关键，常用的捕收剂根据吸附形式可以分为三种：①以化学吸 附为主的阴离子捕收剂；②以物理吸附为主的阳离子捕收剂；③介于两者之间的两性捕收剂。根据重晶石与萤石的分离过程可分为两种：一种是抑制重晶石浮选萤 石；另一种是抑制萤石浮选重晶石。 1.2.2煅烧提纯 矿物煅烧过程表现为受热离解为一种组成更简单的矿物或矿物本身发生晶型转 变，由一种固相热解为另一种固相和气相的物理变化过程。由于重晶石矿物在成床过程中混入Fe2O3、TiO2、有机质等杂质，这些杂质会使重晶石发灰、发 绿及发青等，从而影响重晶石的纯度和白度，严重降低重晶石的使用价值。煅烧可使有机质挥发，煅烧除杂主要适用于去除能够在高温下吸热分解或挥发的杂质。 1.2.3浸出提纯 浸出提纯主要是用于除掉重晶石中的碳及有色杂质。它们的存在影响重晶石精矿的白度及应用前景。除掉这些杂质的主要方法有：酸浸法、氧化—还原法、有机酸 络合法。酸浸法是利用酸与矿物中的杂质金属或金属氧化物进行反应，生成可溶于水或稀酸的化合物，经洗涤过滤，将可溶物去除，可以达到提纯的目的。雷绍明等 将湖北某重晶石矿经过浓硫酸浸出后，可以使重晶石粉的白度从84.10%提高到88.60%。氧化—还原法首先加入氧化剂使矿物中伴生的金属化合物溶解， 并氧化重晶石中的致色有机物，再加入还原剂将Fe还原成Fe，使其溶解，达到除杂增白、提高矿物品位的目的。有机酸络合法是在除铁过程中添加有机酸如 EDTA、抗坏血酸、柠檬酸、草酸等，这类酸能溶解铁氧化物，并形成络合物，达到很好的除铁效果。 重晶石经过基本提纯后可以满足生产初级钡盐的要求，但部分精细和专用化产品仍无法生产，还需依赖进口。需要对重晶石的开发做进一步探索。 六、矿藏信息 时空分布 中国的重晶石矿床在各个地质时代都有产出，主要集中在寒武纪、泥盆纪、奥陶纪和中生代的地层中。层状重晶石矿床主要集中于寒武系，其次是泥盆系。脉状矿床多 产在奥陶系、泥盆系和三叠系。层状重晶石矿床主要产于构造活动褶皱带（区）和地台区的深水盆地中。脉状重晶石矿床主要产在地质构造较稳定的碳酸盐岩地台区 的碳酸盐岩台地中。 中国重晶石矿床中下寒武统层状矿床总规模十分巨大。层状矿床与同沉积的活动性大断裂空间关系亦很明显，说明矿床与构造关系密切。脉状重晶石矿充填于中、小型断裂、裂隙中，明显受构造控制。 形成重晶石的沉积盆地与成矿有着密切的关系，一类是较深的还原性静水盆地，沉积物颗粒细小，碳酸盐含量少，有机质含量高，形成层状矿床。另一种盆地为浅水、 氧化、动荡的盆地，以碎屑岩和浅水碳酸盐沉积为主。这种盆地在沉积时期形成含Ba高的矿化层，但只有在后期地质作用改造下才能富集成脉状矿床。 重晶石矿床的含矿岩系也各有特色，层状矿床的含矿岩石为含有机质的碎屑岩、硅质岩，并具有眼球状构造；脉状重晶石矿床的围岩常为含燧石的碳酸盐岩与沉积初期的碎屑岩，普遍有明显的硅化蚀变。层状与脉状重晶石均与SiO2有密切关系。 重晶石矿床的矿物组分相当一致，化学成分简单而稳定。层状重晶石矿床矿物组合以重晶石、石英、粘土矿物为主，脉状重晶石矿床矿物组合中主要矿物为重晶石、石英和碳酸盐。