稀土元素和稀有金属元素铌在国际社会均被归为关键金属(Critical Metals)，是新能源、新材料、信息技术等新兴产业和国防军工不可替代的关键原材料^[1-3]。目前全球铌的可用资源储量仅约430万t^[4]，其中95%集中于巴西^[5]，我国铌的对外依存度超过90%^[6]。

白云鄂博矿床是我国最大、世界第二大铌矿床(660万t)，占全国铌储量的70%以上^[7-9]。继20世纪50年代在白云鄂博发现铌矿物，60年代进行铌矿勘探，全国有关科研单位即对白云鄂博矿石开展铌分选研究。但由于白云鄂博中铌矿物分散度大、嵌布粒度细、嵌布关系紧密而复杂、品位较低的特点，白云鄂博矿中铌资源一直未能得到充分利用，陷入“有铌不能用”的困境^[10-11]。

白云鄂博矿床成矿过程复杂，矿物种类繁多、结构特殊，矿物组合纷繁多样，元素赋存规律的研究难度很大。目前，对白云鄂博矿床铌的研究较多，但多以研究铌的选矿及冶炼分离工艺为主，对白云鄂博不同类型矿石中铌的赋存状态的研究鲜有报道^[12]，而当前制约白云鄂博矿床铌的高效分离与有效利用的主要因素之一是对白云鄂博矿不同矿石类型中铌的赋存状态和分布规律的研究不够充分，因此，为查清白云鄂博原生矿石中铌资源特性，就需对白云鄂博不同类型矿石中铌的赋存状态和分布规律展开研究^[13-14]。

白云鄂博主、东矿按矿石类型可划分为十余种矿石类型，铌在不同矿石类型中含量有所差异^[15]。本文以白云鄂博矿床典型矿石为研究对象，采用场发射扫描电镜、微区能谱分析结合工艺矿物学参数自动定量分析测试系统AMICS对白云鄂博矿床主、东矿内霓石型稀土矿石中的铌元素赋存状态及分布规律进行了系统分析^[16-17]，为充分认识白云鄂博铌资源，解决白云鄂博铌资源选矿和提取利用提供指导^[18-21]。

1 样品采集与制备 1.1 样品采集

在主、东矿开采境界内，参考矿山地质勘探网度，以勘探线为基准，沿勘探线对矿岩类型变化较大部位点距按50 m控制，含稀土白云岩点距按100 m、板岩点距按200 m控制，采用拣块法采集铌稀土铁矿石、铌稀土矿石及围岩等代表性样品。每个采样点采集约5 kg矿样，矿块直径控制在5~10 cm左右，样品涵盖了主、东矿六种类型铁矿石及三种类型稀土矿石，具有代表性。

1.2 样品制备

将主矿和东矿满足霓石型稀土矿石的样品取等量后分别进行组合、混匀、缩分，对其中一份缩分样进行多元素化学分析检测，另一份缩分样品筛分为+74 μm、-74~+30 μm和-30 μm 3个粒级，分别制备成镶嵌样，表面喷镀铂金，采用德国(ZEISS)公司生产的Sigma-500型场发射电镜对样品进行分析，能谱型号为(BRUKERXFlash6|60)，试验条件为：加速电压20 kV，分辨率0.8 nm，探针电流40~100 nA。利用场发射电镜的背散射电子成像分析技术、微区能谱分析、工艺矿物学参数自动定量分析测试系统(AMICS)，研究样品的物相组成和微区成分。

2 结果与分析 2.1 样品化学分析

采用X射线荧光光谱分析(XRF)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等仪器分析方法结合化学分析对样品元素组成进行分析，其结果见表 1、表 2。由化学分析结果可知，主、东矿霓石型稀土矿石中REO品位分别为8.67%和6.9%，铌的品位(Nb₂O₅)分别为0.22%和0.14%，主矿稀土和铌的品位均高于东矿。

2.2 矿物定量分析

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱(EDS)、自动矿物分析系统(AMCS-Mining)等手段相结合，对试样的矿物组成进行分析，主、东矿霓石型稀土矿石主要矿物定量分析结果分别分别见表 3、表 4。

由表 3、表 4可知，主、东矿霓石型稀土矿石主要含辉石、铁矿物、稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、闪石及碳酸盐矿物等。铁矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿；稀土矿物主要为氟碳铈矿、独居石、氟碳钙铈矿和黄河矿；铌矿物以易解石和烧绿石为主，少量铌铁矿、铌铁金红石、包头矿及褐钇铌矿。易解石和烧绿石是白云鄂博主、东矿矿区内分布最为广泛的两种铌矿物。表中可见，主矿易解石的矿物含量高于东矿，烧绿石含量在主、东矿间无明显差异。

2.3 铌元素的赋存状态

白云鄂博矿区铌的矿化范围和富集程度与稀土元素大致相当，从工业利用的角度考虑，铁的矿化较铌和稀土范围小。但是它们的富集程度和地段是紧密相关的。一方面，铁矿体是它们共同富集的最佳地段；另一方面，它们可共同富集于一种矿物之中，如铌铁矿、铌铁金红石、易解石、褐钇铌矿和褐钇铌矿族等。但是，无论在铁矿体内或铁矿体外含铌稀土的矿石中，元素的富集程度是显著变化的。如同铁的富矿石、中贫矿石、夹石和围岩一样，铌和稀土的含量也有较大幅度的变化，甚至在铁矿体内外出现若干铌和稀土的富集带。

2.3.1 铌的独立矿物

为了得到更加精确的数据，试验数据采用多点取平均值的方法，主要对主、东矿霓石型铁矿石中的主要铌矿物进行探讨。选取矿区内霓石型稀土矿石中具有代表性的铌矿物，包括铌铁矿、铌铁金红石、易解石和烧绿石进行偏光显微镜下观测和FESEM背散射电子图像、EDS元素定量分析。

(1) 铌铁矿(Fe, Mn)(Nb, Ti, Ta)₂O₆

铌铁矿的FESEM背散射电子图像如图 1所示，能谱分析元素含量数据见表 5。铌铁矿是白云鄂博矿区分布较广泛的铌矿物之一。由于其锰含量变化大，有少数分析为铌锰矿。铌铁矿为斜方晶系，呈细小的板状、柱状和不规则粒状，粒度0.002~0.1 mm。一般呈集合体，多呈星散状沿铁矿物、稀土矿物和萤石矿物组成的条带断续分布或嵌布在这些矿物的颗粒之间，部分呈包裹体出现在赤铁矿内部或呈细脉沿裂隙交代。颜色为黑色、红黑色，条痕为褐色。铌铁矿在各类型矿石中均有分布，其共生矿物有赤铁矿、萤石、重晶石、磷灰石、稀土矿物及铌铁金红石等。

(2) 铌铁金红石(Ti, Nb, Fe)O₂

铌铁金红石的FESEM背散射电子图像如图 2所示，能谱分析元素含量数据见表 6。铌铁金红石在矿区分布较广，该矿物为粒状集合体，粒径一般为0.005~0.04 mm，最小者仅0.002 mm。颜色往往随着五氧化二铌的含量增加而由浅变深，半金属光泽，条痕灰色。多呈不规则状集合体沿铁矿物、稀土矿物或脉石矿物颗粒间及边缘分布，部分呈细小粒状、针状包裹体出现，此外，也常见铌铁金红石与赤铁矿组成网脉状连晶。主要产在萤石较多的矿石中，尤以条带状铌稀土铁矿石中最为多见。其共生矿物有萤石、重晶石、氟碳铈矿、铌铁矿、黑云母、磁铁矿、霓石、磷灰石、独居石、烧绿石等。

(3) 易解石(Ce, Nd)(Ti, Nb)₂O₅

易解石的FESEM背散射电子图像如图 3所示，能谱分析元素含量数据见表 7。易解石是白云鄂博矿中最主要的含铌矿物^[22-23]。该矿物为棕色或褐色，油脂光泽，半透明。具放射性。矿物晶体形态不一，多呈粒状、板状、针状。集合体多为不规则粒状、放射状、束状或团块状，零星分散于铁矿物、霓石、钠闪石和萤石等矿物颗粒间。粒度大小变化不定，小者粒径为0.05 mm，个别粒径可达1~2 cm。一般来说，易解石族矿是颗粒最大的铌矿物，最早被发现。易解石为分布最广的易解石族矿物。易解石和钕易解石是霓石型稀土矿石、霓石型铌稀土铁矿石、白云石型铌稀土矿石、白云石型铌稀土铁矿石以及块状铌稀土铁矿石和钠闪石型铌稀土矿石中主要的铌矿物之一。与其共生矿物有霓石、钠长石、稀土矿物和重晶石、萤石等。

(4) 烧绿石(Ca, Na, Ce)₂(Nb, Ti, Ta)₂O₆(F, OH)

烧绿石的FESEM背散射电子图像如图 4所示，能谱分析元素含量数据见表 8。烧绿石为铌钽的复杂氧化物。分布很普遍，与霓石型矿石关系密切，等轴粒状，有时可见呈八面体晶形，晶体内部通常较为浑浊。颜色为褐色或黄绿色，条痕淡褐或淡黄色。油脂-玻璃光泽，透明至半透明。通常呈不规则粒状或致密块状集合体，粒度0.01~0.06 mm。在矿石中烧绿石多呈自形、半自形粒状零星嵌布在霓石、钠闪石、萤石等矿物颗粒间，部分呈包裹体分布在这些矿物内部，是霓石型稀土矿石、透辉石型铌矿石和白云石型铌稀土矿石中的主要铌矿物。

2.3.2 铌元素的存在形式

为查明铌元素在霓石型稀土矿石中的赋存状态，采用偏光显微镜、扫描电镜及能谱观测，对组成矿物进行了大量的测试分析，得出铌元素的赋存形式有两种：(1)主要以独立矿物的形式存在，铌元素载体矿物主要为易解石、铌铁矿、铌铁金红石、烧绿石、包头矿等；(2)少量以类质同象的形式赋存于其它矿物中。

白云鄂博迄今为止发现的铌矿物共有7个族20种，除包头矿系含铌的铁和钛的硅酸盐外，其余均为氧化物矿物。易解石族矿物和包头矿颗粒粗大，肉眼可见，烧绿石有时呈较大的晶体或细粒集合体外，其余铌矿物均呈细小颗粒产出，肉眼难以辨认。

霓石型稀土矿石中铌元素主要赋存于易解石、铌铁矿、铌铁金红石、烧绿石、包头矿中，在以上几种矿物中的累计分布率一般达到80%以上，其中易解石和烧绿石为最主要的两种载体矿物。铌元素在铌矿物中的分布率大小为：易解石＞烧绿石＞铌铁矿＞铌铁金红石＞其他稀土矿物。其余20%Nb₂O₅分散在其它矿物中，其中部分为类质同象形式进入矿物晶格，另有一部分可能以细小铌矿物包裹体存在。

2.4 铌元素在矿物中的分布特征

利用矿物定量分析数据及纯矿物的稀土含量及元素平衡计算铌元素在铌矿物及非(含)铌矿物中的分布率，结果见表 9。

结果表明，主、东矿霓石型稀土矿石中铌元素主要存在于易解石和烧绿石中，其次在铌铁矿、铌铁金红石及包头矿等铌矿物中。主、东矿霓石型稀土矿石中铌在易解石及烧绿石中分布率合计分别为71.89%、68.48%，普遍高于铌铁矿、铌铁金红石等其他铌矿物。

主矿中有82.78%铌元素赋存于铌矿物中。有部分(17.22%)铌元素以类质同象置换或以细小铌矿物机械包裹体分散在铁矿物、含铁硅酸盐矿物、稀土矿物和萤石、磷灰石等其它矿物中。共有3.06%铌赋存于铁矿物中，有11.69%铌赋存于含铁硅酸盐中，有1.25%铌赋存于稀土矿物中，有0.88%铌赋存于磷灰石中，有0.27%铌赋存于萤石中。

东矿中有80.21%铌元素赋存于铌矿物中。有19.79%铌元素以类质同象置换或以细小铌矿物机械包裹体分散在其它非铌矿物中。其中，有9.69%铌赋存于铁矿物中，有7.41%铌赋存于含铁硅酸盐中，有1.17%铌赋存于稀土矿物中，有0.98%铌赋存于磷灰石中，有0.31%铌赋存于萤石中。

3 结论

(1) 主、东矿霓石型稀土矿石中稀土品位分别为8.67%和6.9%，铌的品位(Nb₂O₅)分别为0.22%和0.14%，在此类型矿石中，主矿铌品位高于东矿。

(2) 白云鄂博主、东矿霓石型稀土矿石中分布最为广泛的两种铌矿物为易解石和烧绿石，另外还有少量铌铁矿、铌铁金红石、包头矿及褐钇铌矿。主矿易解石的矿物含量高于东矿，烧绿石含量在主、东矿间无明显变化。铌矿物总含量≤0.5%，属于稀有矿物。

(3) 白云鄂博主、东矿霓石型稀土矿石中铌元素主要以独立矿物形式存在于易解石、铌铁矿、铌铁金红石、烧绿石及包头矿等铌矿物中。主、东矿中分别有82.78%、80.21%铌赋存于铌矿物中。其中，易解石、烧绿石中铌元素分布率普遍高于铌铁矿、铌铁金红石等其他铌矿物。此外，有部分(约占20%)铌元素以类质同象置换或以细小铌矿物机械包裹体分散在铁矿物、含铁硅酸盐矿物、稀土矿物和萤石、磷灰石等其它矿物中。

(4) 由于白云鄂博霓石型稀土矿石中铌品位低，铌矿物嵌布粒度细，嵌布关系紧密而复杂，欲得到较高品位的铌精矿，首先要保证铌矿物解离度，这对磨矿细度要求较高，但高的磨矿细度会不可避免地出现过粉碎现象，在选矿过程中，一些细粒级的铌矿物流失在尾矿中，同时泥化现象也会给浮选带来不利。另外，由于铌矿物的种类多，主要含铌矿物的物理化学性质不尽相同，可选性差异大，铌矿物与其它脉石矿物之间共生关系密切，可选性差异小，选矿的难度较大。建议采用阶段磨矿阶段选别流程，选别方法以浮选为主，联合重选、磁选和化学选矿。此外，在浮选过程中研究各种铌矿物及主要伴生脉石矿物的浮游性，研制和筛选对几种铌矿物共同有效的捕收剂，同时加强对含铁硅酸盐矿物及萤石抑制剂的研究。