锶由于其很强的吸收X射线辐射功能和独特的物理化学性能,而被广泛应用于电子、化工、冶金、军工、轻工、医药和光学等各个领域。 世界对锶需求的稳步增长及我国丰富的锶矿资源和良好的锶矿找矿前景,锶矿资源除满足我国国民经济发展过程中自身需求外,还可发展锶矿资源及其多种制品外向型矿业经济,参与国际竞争。因此,锶矿资源不但是世界上重要的战略性矿产资源,而且在我国国民经济中的地位与作用,也将日益上升、日趋重要。
用途
随着世界
工业的不断发展,锶的使用领域也随之而逐步扩大和变化。19世纪末到本世纪初,人们用
氢氧化锶于制糖业,以提纯甜菜糖浆;两次世界大战期间,锶化合物广泛用于生产
烟火及
信号弹;本世纪二三十年代,用
碳酸锶作
炼钢的
脱硫剂,以除去
硫、
磷等有害杂质;50年代,在
电解锌生产中,用
碳酸锶提纯
锌,其
纯度可达99.99%;60年代末,
碳酸锶广泛用作
磁性材料;
钛酸锶用于
电子计算机存储器,
氯化锶用作
火箭燃料;1968年发现碳酸锶
屏蔽X射线的功能,并将其应用于
彩色电视机荧屏玻璃,现需求量正在大幅度增长;锶在其他领域中也不断地扩大其应用范围。从此,锶碳酸盐和其他锶化合物(锶盐)作为重要的
无机盐原料,受到人们普遍的关注与重视。
原料特点
锶是
自然界中广泛分布的
微量元素。锶位于
元素周期表第五周期第二族,是
碱土金属族
元素之一。迄今,世界上已发现的锶
矿物约46种。而我国产出的锶
矿物也已达9种之多。
天青石
天青石化学组成为
SrO56.42%,SO3 43.58%。但由于
天青石成分中常含有以类质同象形式存在的Ba和Ca,因此常可构成类质同象系列
矿物钡天青石(Barytocelestine)和钙天青石(Calciocelestine)。
天青石常呈厚板状或柱状,
集合体呈粒状,偶见纤维状、结核状。
天青石纯净
晶体,为无色透明,通常呈白色、浅蓝色等,
玻璃光泽,
解理面呈
珍珠变彩。
硬度3~3.5,性脆,比重3.9~4.0。
碳酸锶矿
Sr(CO3) 又称“
菱锶矿”。化学组成为SrO 70.19,CO2 29.81。常含钙。合成实验表明,SrCO3和BaCO3间可形成完全的类质同象系列,但
自然界产出的
碳酸锶矿含Ba仅2%~3%,经常有钙
置换锶,钙含量可达10.6%。
矿物单晶体常呈针状、矛头状、
双晶依(110)为
双晶面,集合体呈块状或纤维状。
碳酸锶矿通常为白色,有时因含杂质,而成灰、黄、白、浅绿或褐色等,玻璃
光泽,
断面呈
油脂光泽,硬度3.5,性脆,比重3.76。
碳酸锶矿常与
天青石矿伴生,通常分布于天青石
矿体地表淋滤带中,仅在个别具特定的
地质、
地貌条件下的天青石矿,在
潜水面及其以上部分方可能形成具
工业价值的碳酸锶矿体或
矿床。
富锶文石
(Ca,Sr)〔CO3〕 属
碳酸锶矿-
文石(SrCO3-CaCO3)系列的成员
矿物之一,产于我国内蒙古
白云鄂博铁铌稀土矿床的脉状含铌
稀土白云
碳酸盐岩中(
梁有彬,1990)。
伴生矿物有钙碳锶矿、钡白云石、
重晶石等。
电子探针分析结果表明;CaO20.58,SrO 43.34,BaO 1.75,MgO 0.14,FeO 0.09,?Ce2O3 0.45%,CO2 36.12%(
化学分析),总合102.47%。
硫磷铝锶石
(Sr,Ca)Al3〔(PO4)1.4(SO4)0.6〕2(OH)5?H2O 属
磷铝锶石(Goyazite),SrAl3〔PO4〕2(OH)5?H2O的变种,锶部分被钙代替,〔PO4〕3-部分被〔SO4〕2-取代。产于
四川上泥盆统
沙窝子组(D3S)底部什邡磷矿床中(王素肱,1989;
刘秀清等,1989)。属三方晶系,
矿物呈粒状、板状、柱状,菱形六面体,构成具环带结构的浑圆豆粒状及扇形
碎屑。单
矿物化学成分为:Al2O3 33.01,CaO 3.81,SrO 16.81,P2O5 22.71,SO3 8.23,H2O+ 13.34,Fe2O3 0.90,MnO 0.02,MgO 0.48,Na2O 0.06,F0.53,TiO2 0.20,CO2 0.12,总计100.22%。
砷铝锶石
SrAl3〔ASO4〕2(OH) 作为新
矿物首次发现于德国(Walenta et al.,1984),与
磷铝锶石分别是As+P的两个端员矿物。我国首先发现于
新疆某地含金蚀变带的
人工重砂中(张如柏等,1987)。
共生矿物有
磁铁矿、
石榴子石、
锆石、
磷灰石等。
矿物属三方晶系,为白色粒状集合体,粒径0.02~0.1mm,D=3.65,H=3.1~3.2。探针分析结果表明:SrO18.37,BaO 0.00,CaO 0.91,Al2O3 30.42,As2O5 39.07,Ce2O3 0.68,FeO0.40,SiO2 0.10,SO3 0.51,H2O+ 9.58,总计100.04%。
钾锶矾
K2Sr(SO4)2 首次发现于原苏联某地的盐层下部(Bopohba,1962)。在我国见于四川
农乐的杂卤石岩、
杂卤石质
硬石膏岩、
硬石膏岩和
绿豆岩中(
莫珉,1987)。属
三方晶系,一般呈梭状、纺锤状、柱状的
自形晶,粒径0.1~2mm,星散分布于上述岩石中。
矿物呈棕色、灰白色、白色,性脆,D=3.34。
矿石化学分析结果为:K2O24.48,SrO 22.60,SO3 45.31,CaO 4.89,MgO 1.01,BaO 0.14,Fe2O3 0.07,Cl 0.15,SiO2 1.60,H2O 0.17,不溶残余物0.35,合计100.77%。
锶磷钙铝矾(Strontium woodhouseite)
(Ca0.77Sr0.33Ba0.04)Al3〔(SO4)(PO4)〕(OH)6 属菱磷铝锶矾(Svanbergite)与磷钙铝矾族的中间过渡型矿物(秦淑英等,1984)。发现于
安徽省某
铁矿床中,与
赤铁矿共生,呈脉状产于蚀变粗安岩中。
矿物属三方晶系,白色,
显微镜下呈无色透明
微晶集合体。H=4.5,D=3.15。
矿物化学分析结果为:Al2O3 33.47,CaO 9.11,SrO7.78,BaO 1.28,P2O5 18.15,SO3 16.85,H2O+ 12.53,MgO 0.09,V2O5 0.28,ΣREE0.23%。
钙碳锶铈矿
TR1.02(Sr0.56Ca0.43Ba0.05)1.04〔(CO3)2?(OH)〕 属碳锶铈矿(Ancylite)的一个含钙较高的
亚种。先后发现于
山东某地与
霓辉正长岩有关的气成热液稀土矿床中(钱定福,1979)和四川某地
泥盆纪地层的沉积
磷矿床中(王濮等,1987)。
矿物呈无色或淡黄色,他形或半自形细晶结合体。
斜方晶系。D=3.96,化学分析结果为:SrO16.00,BaO 2.43,CaO 6.72,TR2O3 47.73(La2O 20.38,Ce2O3 22.75,Pr6O11 1.39,Nd2O3 3.15,Sm2O3 0.07),MgO 0.10,MnO 0.03,SiO2 1.15,U3O8 0.005,K2O0.18,Na2O 0.21,CO2 23.55,H2O+ 2.52,合计100.66%。
经济指标
天青石是生产各种化合物的最主要锶矿石原料,但由于不同锶化合物各具独特的
物理化学性能,因而它们又广泛地应用于有关领域。
1.
硫酸锶(SrSO4) 比重3.96,溶点1580℃,为白色粉末,溶于热
浓硫酸,微溶于水、
稀盐酸和稀
硝酸。硫酸锶是
天青石矿物的主要化学成分,是生产
碳酸锶的原料,主要用于
烟火、陶瓷工业和作
烧碱的脱铁剂。
2.
碳酸锶(SrCO3) 比重3.7,熔点1497℃。
碳酸锶是运用最广的锶化合物,用它制造的玻璃能吸收X射线,是生产彩色电视
阴极射线管和
荧光屏的原料,但碳酸锶的
纯度要求高(Sr/BaCO3大于98%)。在
冶金工业中可作制取高纯锌
精炼的脱铅剂。
3.
硝酸锶[Sr(NO3)2]
比重2.986,
熔点570℃。硝酸锶是
氧化剂,与
有机物接触、
摩擦、
碰撞、遇火能引起
燃烧和
爆炸,发出深色火焰。因此硝酸锶主要用于制造红色烟火和各种
信号弹、
火焰筒、
火柴。
4.
铬酸锶(SrCrO4) 比重3.9。向
油漆中加入铬酸锶,可形成一层防腐层,该
防护层可以有效地保护
铝,尤其是
飞机机壳和
船舶船体。因此铬酸锶主要用于制造
防锈颜料。
5.铁酸锶(SrFe12O18) 具有较高的
矫顽力、良好的热阻性、电阻性及
化学稳定性,能够抵抗脱磁,因此铁酸锶可生产永久陶瓷磁铁,广泛运用于
直流电机、
扬声器及
电磁铁的生产中。
6.
钛酸锶(SrTiO3) 钛酸锶是一种高技术的锶陶瓷,在有些
半导体中用作
基片,在
光学和压电学方面用作
感光片,亦用于生产
电子计算机存储器。
7.
氧化锶(SrO) 比重4.5,熔点2430℃,用于烟火、
颜料、
医药等方面。
8.
硫化锶(SrS) 可用在某些
发光性和
磷光性颜料中作
活性配料。
9.
氯化锶(SrCl2?6H2O) 可用于
烟火、
火箭燃料及
医药工业。
10.
氢氧化锶〔Sr(OH)2〕和锶水化合物〔Sr(OH)2?8H2O〕 可用于生产锶润滑膏和
肥皂,前者又可用作
吸附剂及塑料胶。
此外,
氟化锶可制作
电子设备的大型
晶体。锶的
磷酸盐可用于制造
荧光灯等。
锶化合物(SrSO4或SrO、SrCO3)在矿石中的含量是评价锶矿石质量的主要技术经济指标。我国化学
工业部规定,以含80%SrSO4的
天青石矿石为标矿。
我国对
天青石精矿质量尚无统一的标准,对于出口的天青石精矿有如下的产品质量规定:SrSO4不低于92%,BaSO4为4%以下,CaSO4为4%以下,其他
杂质2%以下,要求
磨碎至粉状,
粒度为200目,筛余量不大于6.5%。
锶矿的主要有害成分是Ba、Ca、Fe。据1986年3月,全国矿产储量委员会所编《矿产
工业要求参考手册》,有害杂质BaSO4和CaO含量应分别≤4%和≤5%。而国外用于生产
碳酸锶的
天青石精矿(SrSO490%~95%)的技术要求分别为:BaSO41%~2%,Fe2O30.4%~0.5%,F小于0.1%。
矿业简史
世界上最早发现的锶
矿物是
菱锶矿,是1787年在
英格兰斯特郎丁(Strontian)镇的铅矿石中首次发现的。1790年,阿?克劳福特(Adair Crawford)相继发现,在长期被认为是
钡矿物的菱锶矿中含有一种新的
元素——锶。1791年为英格兰化学家荷普(T.C.Hope)所证实。1808年
英国化学家戴维(H.Davy)用
铂作
阳极、
汞作
阴极,电解
氢氧化锶时,制得少量锶汞齐(
合金)。1823年
德国化学家
本生(R.W.Bunsen)用电解
熔融氯化锶的方法制得少量金属锶。1884年确立了
天青石经复分解制取
碳酸锶的方法,同年英国开始开采天青石。一直到本世纪70年代初,所有锶的供应几乎均由位于英格兰西南部的一个
天青石矿所提供。本世纪80年代以来,由于
天青石应用领域的不断扩大,从而刺激了世界天青石矿产的找、探与开发利用。 我国锶矿地质、
勘探工作起步晚,50年代末期开始,直到70年代中期仍局限于普查找矿阶段。1975年开始进行详查、初勘,逐步形成锶矿地质专业队伍,1983年起,全国
矿产储量表方开始有锶矿探明
储量记载,并逐步在四川、
江苏等地先后建立了以国营为主体,大中小并存,国营、地方、集体同步发展的碳酸锶厂和
天青石精矿选厂,锶矿开发正处于一个新的发展时期。
资源状况
截至1996年底,我国共探明13个锶矿(
天青石)
矿区,保有天青石(SrSO4)储量3290.86万t,其中A+B+C级储量占15.7%,为516.80万t。此外尚有164.77万t表外储量。
保有储量折算成金属锶为1513.80万t,其中A+B+C级为237.73万t。 1985年,我国保有
天青石储量只有472.16万t,10年增长了近7倍。据美国矿业局《Mineral Commodity Summaries,1997》报道,
世界锶储量为680万t,储量基础为1200万t。其中
美国、
墨西哥、
土耳其、
伊朗、
西班牙等国锶资源比较丰富,但是远不如
中国。就是最丰富的美国锶的储量基础也只有136万t。由此可见,中国是世界上锶矿资源最为丰富的国家。
地理分布
中国已
探明的13个锶矿床,分布在6个
省。其中
青海省储量最多,为1591.15万t,占全国总保有储量的48.4%。其次是
陕西省,为504.17万t,占全国总保有储量的15.3%。第三位是
湖北省,为474.93万t,占全国总保有储量的14.4%。此外尚有
云南、四川和江苏省。2013年,重庆大足兴隆矿区日预计探明的资源量将超过2000万吨。
资源特点
我国锶矿储量中,
伴生矿占的比重不小。据统计,1996年,伴生矿储量总计达1322.34万t,占全国总保有储量的40.2%。主要伴生锶矿床有湖北
黄石市狮子
立山、凤梨山铅锌锶矿;云南金顶
铅锌矿及金顶铅锌矿架崖山矿段和
跑马山矿段,陕西
洛南县黄龙铺
钼矿。 我国单一锶矿
矿石品位都低于60%(表3.21.2),
富矿石较少。中低品位矿石构成了锶矿的主体。伴生锶矿
矿石品位更低,云南金顶铅锌矿平均含SrSO4只有8%左右,陕西洛南县黄龙铺钼矿的SrSO4含量更低,只有4%左右。