一、概述

石榴子石是石榴子石族矿物的总称。其一般化学通式为：A3B2[SiO4]3，其中A代表二价阳离子钙、镁、铁、锰等；B代表三价阳离子铝、铁、铬、锰等。石榴子石有很多种属，常见的见表3-9-1。石榴子石一般呈大小不等的结晶颗粒，具有硬度适中（6.5～7.5）、熔点高（1170～1280℃）、化学稳定性好等特点。

石榴子石矿床有原生矿床和砂矿床两种类型。我国原生石榴子石矿床类型有：榴辉岩型、蛇纹岩型、斜长角闪岩型、榴闪岩型、绢云母石英片岩型、片岩型、黑云母石英片岩型、黑云母夕线石片麻岩型、夕线石石英片岩型、红柱石片岩型、夕卡岩型等。

表3-9-1　石榴子石族矿物的典型性质

根据石榴子石矿床的成因类型及伴生矿物的种类，可将石榴子石矿石分为三种类型：伴有其他非金属矿物的区域变质岩型石榴子石矿石，伴生在金属矿物内接触带的变质岩型石榴子石矿石，伴有其他重砂矿物的砂矿。

目前我国对石榴子石矿床还没有统一规定的工业要求。现将不同矿区的一般工业要求，举例如下。

（1）四川茂汶石榴子石砂矿床　边界品位矿物含量4000g/m3，工业品位矿物含量6000g/m3，可采厚度0.5m。

（2）吉林通化光华石榴子石原生矿床　工业品位矿物含量大于14%。

我国石榴子石矿产主要分布在四川阿坝，湖北枣阳、大冶，湖南岳阳、华容，吉林延边，江苏东海，黑龙江呼玛，山西和顺，河北邢台，陕西安康以及安徽、浙江、内蒙古等地。

二、石榴子石的主要用途及技术指标

由于石榴子石具有硬度大、熔点高、化学性质稳定等性质，主要用作研磨材料，制成各种砂轮、砂布、砂纸及研磨砂或喷砂，以磨光或抛光金属、玻璃和木制品。粒状石榴子石作为砂滤材料，用以净化饮用水或处理污水。石榴子石也可作石油钻井泥浆的加重剂和铺飞机场跑道的材料。石榴子石微粉可作橡胶和油漆涂料的填料。优质的石榴子石可作钟表、精密仪表的轴承。透明色艳大粒石榴子石可作宝石。人工合成钇榴石用作激光材料，合成镓钆榴石作计算机的存储元件。

由于石榴子石的用途不同，对其要求的技术指标亦不同。石榴子石的几种主要用途的一般质量要求分述如下。

1.研磨材料

作磨料用的石榴子石通常是铁铝榴石，一般要求作磨料的石榴子石硬度不小于7.5，石榴子石含量大于93%，破碎和筛分后的产品应是大小不一、棱角分明的颗粒，石榴子石新鲜无蚀变，解理不完全。不同部门对石榴子石磨料的工业要求见表3-9-2。

表3-9-2　不同部门的工业要求

机械电子工业部颁布的石榴子石磨料标准（ZBJ43006-88）中包括了对粒度、粒度组成、化学成分、颗粒密度、磁性物允许含量、杂质含量及其允许最大的颗粒等要求。

按石榴子石磨料颗粒大小分为41个号，记作：4#、5#、6#、7#、8#、10#、12#、14#、16#、20#、22#、24#、30#、36#、40#、46#、54#、60#、70#、80#、90#、100#、120#、150#、180#、220#、240#、W63、W50、W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1.0、W0.5。

4#至W5各号粒度组成应符合国标GB2477-83磨料粒度及其组成的规定。4#至240#检查用筛见表3-9-3（GB2477-83）。4#至240#各号粒度组成见表3-9-4（GB2477-83）。W63至W50各号粒度组成见表3-9-5（GB2477-83）。W40至W0.5各号粒度组成见表3-9-6（ZBJ43006-88）。

表3-9-3　4#至240#检查用筛（GB2477-83）

表3-9-4　4#至240#粒度组成（GB2477-83）

表3-9-5　W63至W50各号粒度组成（GB2477-83）

表3-9-6　W40至W0.5各号粒度组成（ZBJ43006-88）

4#至W0.5各号粒度的化学成分要求见表3-9-7。磁性物允许含量见表3-9-8。矿物杂质含量及其允许最大颗粒见表3-9-9。

颗粒密度以46#粒度为代表号，不小于3.95g/cm3。

石榴子石磨料材料除制成各种砂轮、砂布、砂纸外，还可作喷砂原料。工业上常用喷砂来清除各种材料表面的各类污垢，尤以去除钢铁锈蚀层最为广泛。各国对金属表面的清除都有各自的标准，但多数国家分为四级，如美国喷砂除锈标准SSPC分为出白级、接近出白级、工业级、清扫级。目前工业生产中采用的喷砂原料有硅质河砂、石英砂、石榴子石、激冷铁砂、可煅铁丸、钢线粒等。在相同的喷砂作业条件下，石榴子石比石英砂、河砂、海砂使用寿命长；与其他喷砂原料相比，石榴子石喷砂每使用一次的相对成本较低；表面清理质量可达到出白级。

2.过滤介质

一般要求是铁铝榴石，纯度应大于98%，粒径范围是0.25～5mm。要求石榴子石结构相当一致，颗粒遇水不崩解且溶于盐酸的物质不超过2%，颗粒的形状可以从圆形到棱角，扁平的或细长的则不适用。商品上用来控制其质量的标准是有效粒度和一致性系数。

有效粒度是指要求粒度的最大和最小的平均数。具体指标是小于有效粒度的砂（以重量计）不超过10%。通常有效粒度的范围为0.35～0.65mm。

表3-9-7　4#至W0.5各号粒度的化学成分（ZBJ43006-88）

表3-9-8　磁性物允许含量（ZBJ43006-88）

表3-9-9　矿物杂质含量及其允许最大颗粒（ZBJ43006-88）

一致性系数是指占60%以上的砂的粒度中，大的颗粒对有效粒度的比例。一般一致性系数为1.25～1.80，平均是1.55～1.60。

世界主要的石榴子石生产国是美国、澳大利亚、印度和中国。世界上石榴子石最大消费国是美国，每年消耗5×104～6×104t，其中用于喷砂和水力切割的占60%，用于水过滤砂的占20%，供涂敷磨料用的占10%，作精密介质抛光电子部件的占7%，抛光陶瓷玻璃的占3%。日本和西欧各国主要靠进口来满足对石榴子石的需求。

目前我国石榴子石产品的应用范围较窄，主要用于大理石加工、玻璃制品的研磨，少量用于显像管、印刷胶板的研磨。我国产的石榴子石主要出口到日本和东南亚。我国主要石榴子石生产企业有：四川乐山斑竹湾金刚砂厂、河北邢台天然金刚砂厂、陕西山阳石榴子石厂、内蒙古明星矿业公司、江苏东海安峰磨料厂等。

三、石榴子石矿石的选矿

用于石榴子石矿石选矿加工的方法见表3-9-10。在确定选矿工艺流程时，这些方法如何组合使用，视矿石性质而定。

表3-9-10　石榴子石矿石的选矿方法

石榴子石矿石磁选—重选—磁选联合选矿原则工艺流程见图3-9-1，重选—磁选—重选联合选矿原则工艺流程见图3-9-2，石榴子石精矿深加工原则工艺流程见图3-9-3（丹凤石榴子石矿选矿的精矿）。石榴子石精矿深加工是通过振动磨等超细磨矿设备进行超细磨，再经化学浸出、水洗，使石榴子石含量达到93.7%以上。利用不同粒径的石榴子石在介质中沉降速度的差异，采用水力淘析法分级，最终可获得45μm到5μm，以及更窄粒级的磨料。

图3-9-1　石榴子石磁选—重选—磁选联合选矿原则工艺流程

图3-9-2　石榴子石重选—磁选—重选联合选矿原则工艺流程

图3-9-3　石榴子石精矿细磨和超细分级工艺流程

内蒙古乌拉特后旗明星矿矿石类型为绢云母石榴子石石英片岩。矿石呈鳞片状变晶结构，片状结构。矿石的矿物组成为：绢云母45%～50%，铁铝榴石15%，石英35%，蚀变铁矿物、电气石、十字石5%。采用浮选—磁选联合工艺流程（图3-9-4）。获得的绢云母精矿含绢云母90.13%，石榴子石精矿的石榴子石含量92.22%，石英精矿的石英含量97.47%。

图3-9-4　明星矿石榴子石浮选—磁选联合试验流程

主要参考文献

[1]　《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上、下册），冶金工业出版社，1992.12。

[2]　《矿产资源综合利用手册》编辑委员会，矿产资源综合利用手册，科学出版社，2000.2。

[3]　罗发，石榴子石作为喷砂原料应用的研究，非金属矿，1997.3期，P31～32。

[4]　吕宪俊等，石榴子石选矿工艺研究，非金属矿，1997.6期，P53～55。

[5]　丘光改，石榴子石与硅线石选矿试验研究，矿产保护与利用，1996.1期，P20～22。

【化学组成】通式为A3B2［SiO4］3。其中，A代表2 价阳离子Mg2+，Fe2+，Mn2+，Ca2+及Y+，K+，Na+等；B代表3价阳离子Al3+，Fe3+，Cr3+，V3+及Ti4+，Zr4+等。按阳离子间的关系将本族矿物分为铝系和钙系两个完全类质同象系列（表19-4），两个系列间也可发生不完全类质同象代换。实际矿物都是不同端员组分的混晶，有时还能形成一些新的变种，如黑色的黑榴石（mela-nite）Ca3（Fe3+，Ti）2［SiO4］3，钙钛榴石（schorlomite）（TiO2含量达4.6%～16.44%）；翠绿色的翠榴石（demantoid）Ca3（Fe3+，Cr）2［SiO4］3；水钙铝榴石（hydrogrossular）Ca3Al2［SiO4］3-x（OH）4x（H2O含量可达8.5%）。石榴子石的化学成分是很有意义的成因标型。表19-5反映了石榴子石主成分与其产状的关系。次要及微量元素也是重要的标型特征：产于碱性岩和花岗岩中者富稀有稀土元素；产于伟晶岩中者富Y，Li，Be，P；产于富金刚石的金伯利岩中的镁铝榴石Cr/（Cr+Al）＞0.1。石榴子石与共生矿物间的元素分配可作为有效的矿物温压计。

表19-4 石榴子石族矿物化学成分及结构特征

表19-5 石榴子石族矿物主要物理性质及成因产状

图19-12 石榴子石的岛状结构孤立的［SiO4］四面体由［AO8］畸变立方体和［BO6］八面体相联系

【晶体结构】等轴晶系；岛状结构（图19-12）；空间群 -Ia3d；a0=1.1459～1.248nm；Z=8。石榴子石中8配位的A位阳离子半径和a0值与矿物形成压力关系密切（表19-4和表19-5）。已知Ca2+（0.112nm），Mn2+（0.096nm），Fe2+（0.092nm），Mg2+（0.089nm）的半径依次递减。按配位理论，较大的Ca2+呈8配位时需压力不大，但较小的Mn2+，Fe2+，Mg2+（一般具6配位）呈8配位时所需压力则要依次增大。因此，钙系石榴子石形成于压力不大的岩浆岩、接触变质岩和热液脉中，a0值较大；而铝系的锰铝榴石、铁铝榴石、镁铝榴石则分别形成于压力稍高的低级、压力更高的中级、压力极高的高级区域变质岩及金伯利岩中，a0值较小。

【形态】对称型m3m，常见菱形十二面体、四角三八面体及其聚形（图19-13）。菱形十二面体晶面上常有平行四边形长对角线的聚形纹。有时见邻接颗粒分离后的感应面。集合体常为致密粒状或块状。

图19-13 石榴子石晶体

菱形十二面体d｛110｝；四角三八面体n｛211｝

【物理性质】不同色调的红、黄、绿色（表19-5），白色或略呈淡黄褐色条痕；玻璃光泽，断口油脂光泽；透明—半透明。硬度6.5～7.5；无解理；有脆性（裂纹发育）。相对密度为3.5～4.2，随铁、锰、钛含量增加而增大。

【成因产状】广泛分布于各种地质作用产物中（表19-5）。由于性质稳定，在砂矿中常见。受热液蚀变和强烈风化后可转变成绿泥石、绢云母、褐铁矿等。

【鉴定特征】等轴状晶形、油脂光泽、缺乏解理、硬度高。矿物种鉴定需作X射线衍射或电子探针分析。

【主要用途】利用其高硬度作研磨材料。晶粒粗大（＞8mm，绿色者可小至3mm）且色泽美丽、透明无瑕者，可作宝石原料。

石榴子石在沂水岩群和变质花岗质岩石中分布有一定的局限性，部分表现了具有某种岩石专属性。相当一部分代表了麻粒岩相变质成因，但也有一部分呈后成合晶，指示属角闪岩相变质。

石榴子石主要分布在本区北部九层岭和南部林家官庄的二辉斜长角闪岩，中部的北下庄石榴夕线钾长片麻岩以及蔡峪的含石榴子石紫苏花岗闪长岩中，局部在马山紫苏花岗岩中呈辉石的反应边（细粒集合体）（图版Ⅱ之7），在少量的石英石榴岩-石榴子石英岩中石榴子石含量可达50%（体积%）以上，在某些黑云变粒岩中石榴子石集合体呈透镜状产出。此外，在穿入北下庄黑云变粒岩中的长英质伟晶岩脉中也见有大颗粒的石榴子石。

石榴子石以褐红色为主，大小悬殊，粒径最大可达10mm以上，半自形—他形，多为不规则形，岩石中常呈变斑晶，部分和辉石及夕线石共生。岩石中的石榴子石含量变化很大，一般从少量到10%。石榴子石的化学成分和端元组分（表4-1）指示了本区石榴子石均为铁铝榴石（>58%）为主的铝质石榴子石。铁铝榴石的含量变化于56%～77%之间，镁铝榴石为7%～33%，钙铝榴石5%～31%，锰铝榴石1%～8%。

表4-1　石榴子石化学成分和端元组分含量表

由石榴子石端元组分（Alm+Spe）—（And+Gro）—Py的三角图解（图4-1）可以看出石榴子石成分依赖于赋存岩石的变化规律。本区石榴子石可划分出三个成分区间：第一区间（A）相对低铁铝（＋锰铝）榴石、镁铝榴石与高钙榴石，产于镁铁质原岩变质的石榴二辉麻粒岩和石榴辉石斜长角闪岩中；第二区间（B）高铁铝（＋锰铝）榴石（≥80%），低钙榴石或（和）镁铝榴石，其中低镁铝榴石者和A组接近，它们主要产于富泥质原岩变质的石榴夕线钾长（二长）片麻岩中；第三区间（C）铁铝（＋锰铝）榴石和钙榴石含量介于A与B区间之间，镁铝榴石组分有明显升高的趋势，它们产于紫苏花岗岩中。可见镁铁质岩石中的石榴子石成分比较集中，在石榴子石端元组分图（图4-1）上大部分位于麻粒岩相、榴辉岩相和角闪岩相界线附近，表明属麻粒岩相变质成因的石榴子石。在夕线石榴二长片麻岩中的石榴子石有部分属角闪岩相变质，因它常与黑云变粒岩共生，故二者在变质相方面是一致的。紫苏花岗岩中石榴子石的镁铝榴石组分有从高到低的演化趋势，很可能暗示着退化变质过程。由于这些石榴子石样品几乎产在同一类岩石中（蔡峪的含石榴子石紫苏花岗闪长岩），它们成分的变化应是变质条件改变的结果。

图4-1　石榴子石端元组分三角图解

（图中编号同表4-1）

○—变基性岩（含石榴子石辉石斜长角闪岩）中的石榴子石；●—变泥质岩（石榴夕线片麻岩）中的石榴子石；△—紫苏花岗岩中的石榴子石

在Mg-AlⅥ图解（图4-2）上，石榴夕线二长（钾长）片麻岩中石榴子石明显可分为两个组。一组岩石中的石榴子石，Mg稍低于0.7,AlⅥ分布于1.7～1.9区间，在Mg/Fe2+-Ca图（图4-3）上集中于Mg/Fe2+值稍低于0.2的位置，Ca值在0.15～0.2区间，总的变质程度为角闪岩相（表4-1中序号为8,9,10的样品）。而另一组样品（表4-1中序号为19,20,21,22的样品）的Mg值稍高，为0.7～1.0,AlⅥ介于1.9～2.0之间，Mg/Fe2+值大于0.4,Ca值为0.1左右。这类石榴子石变质程度达高角闪岩相至麻粒岩相，与冀西北同类岩石中的石榴子石成分十分一致；由此可见，该类岩石中的石榴子石产于不同阶段和不同变质条件下。石榴夕线二长（钾长）片麻岩中石榴子石的成分点靠近Alm+Spe—Pyr连线，只是其比值变化较大（图4-1）。

图4-2　石榴夕线二长（钾长）片麻岩中石榴子石的Mg-AlⅥ图解

图4-3　石榴子石的Mg/Fe2+-Ca图解

1—二辉麻粒岩和二辉斜长片麻岩；2—夕线石榴片麻岩（本文）；3—蔡峪黑云石榴斜长花岗岩；4—夕线石榴片麻岩（顾德林等）

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