1996, Vol. 10引用本文 |
| 江西南部某矿区有价元素的研究 |  [PDF全文] |
矿区有价元素是指具有工业开采价值的主产元素和可供综合利用的附产伴生元素。研究它们的赋存状态、产出特征、分布规律等，对充分利用矿产资源，调整产品结构，提高企业经济效益，常显事半功倍的效果，具有十分重要的现实意义；对深化矿区的地质认识，总结地质规律，亦有不可忽视的作用。故此，该项工作越来越引起企业经营者的关注和矿山地质工作者的兴趣。笔者汇集矿区研究成果，加以自身所掌握的实践资料，进行了综合分析并阐述如下。
1 矿区资源背景该矿区是一个具有70余年开采历史的老矿山。数10年的地质工作实践证明，矿区矿产资源极为丰富。如图 1所示，在矿区深部为含稀土矿化花岗闪长岩，它是成矿母岩。随着岩浆的分异、自变质及后期热液活动，自下而上，形成了岩体型Ta-Nb-Be-W矿床(以下简称钽铌矿床)，以及含多金属硫化物的黑钨矿-石英脉型矿床(以下简称脉钨矿床)。含稀土矿化花岗闪长岩在矿区北部外围出露地表，经长期风化淋滤，形成了风化壳离子吸附型富铕淋积型稀土矿床(以下简称稀土矿床)。研究成果表明，矿区具有自身特存的成岩成矿系列，构成了多期次、多阶段的“沉淀-脉动”矿化垂直带状分布模式。
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| 1——闪长岩； 2——含Nb-Ta-Be-W矿化二云母二长花岗岩； 3—含TR矿化花岗闪长岩； 4——Ta-Nb-Be-W矿体； 5——含钨石英脉； 6——寒武系上组砂岩、板岩； 7——泥盆系中、下统砂岩、砾岩； 8——断裂带。 图 1 矿区剖面及有价元素垂直分带示意图 |
2 有价元素的赋存状态
査明有价元素的赋存状态是收回利用它们的前提。该矿区通过对不同类型矿床矿石和选厂各类产品的物质组分査定研究，得出矿区中有价元素17种，按其赋存形式:构成独立矿物在60%以上，呈离子吸附在80%以上的原则，将矿区有价元素的赋存状态，划分为离子型、独立矿物型、类质同象(或微细包体)分散型等3个赋存类型。其主要赋存状态归纳于表 1。
| 表 1 矿区有价元素赋存状态 |
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从表 1可以看出：
a.主产元素TR呈离子型，用强电解质溶液浸矿淋洗即可回收。
b.主产元素Nb、Ta、Be、W多呈独立矿物型产出，可用机械或人工选别即可回收。
c.多数伴生有价元素与金属硫化物息息相关，并在选厂产品硫化矿或钨细泥精矿中富集，可用浮选，化选的方法进行综合回收，有的要在冶炼过程中予以回收。
3 有价元素的分布规律总结各类型矿床的地质特征及其矿化的分布状况，归整大量的基本分析、组合分析和多元素分析资料，编制矿化分布综合图件，得出该矿区有价元素的分布规律。
3.1 有价主产元素的富集规律所谓有价主产元素是指采用单项工业指标评价可供开采利用的元素。在该矿区有：TR、Nb、Ta、Be、W 5种元素，它们在各类型矿床中富集规律，下面进行分述。
3.1.1 稀土矿床中有价主产元素的富集规律该矿床中的主产元素唯有稀土元素，其富集规律有：
a.水平方向具有NWW条带状富集规律。
b.垂直方向具有明显的分层性。
c.稀土原矿筛析分析结果表明：粒度愈细TR2O3品位愈高，显示出稀土被粘土矿物吸附的特征。稀土工业矿化TR2O3 > 0.06%, 在粒度小于0.5mm的风化壳原矿中，见表 2。
| 表 2 稀土原矿筛析 % |
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3.1.2 钽铌矿床中有价主产元素的富集规律
在花岗岩浸染型钽铌铍钨矿床中有价主产元素Nb、Ta、Be、W等元素, 其分布规律, 见表 3。
| 表 3 钽铌矿床有价主产元素分中段含量 % |
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a.钽的品位具有“上富下贫”的规律，自矿体顶部向底部方向变贫；矿体中钠长石化、白云母化较强，岩石粒度变粗的部位，钽的矿化则相对富集。铌的矿化较钽的矿化更为稳定，一般变化幅度不大；向深部当钽的品位显著下降时，铌的品位变化不大，略有升高。随着钨矿巢的增加，钽铌含量也随之升高，铌的升高幅度大于钽的升高幅度，钽的增长率为683%, 铌的增长率为717%, 钽铌比值下降5%, 此乃钨矿巢中铌钽铁矿含量增加所致。
b.铍的矿化呈现出自上而下逐步富集的宏观规律。其富集部位较钽元素低，铍的含量大于工业矿化的标高已延深到367m以下，当钽的品位已降至边界品位以下时，铍的品位仍在0.04%以上。铍的矿化的局部富集处，出现富含高铍矿物——似晶石的细小石英脉，且在矿体顶部多见。
c.钨矿化总体上呈现出“上富下贫”的规律，但其矿化极不均匀，品位变化系数为425.6%。在钨矿巢中高度富集，若剔除钨矿巢，矿体中钨的含量低微，且变化不大，显示出钨元素在矿体中呈浸染状矿巢产出的特征。在钨矿巢产出的近处范围，矿石成份中FeO、MnO、CaO含量增加，白云母增多，云英岩化加强。
3.1.3 脉钨矿床中有价主产元素的富集规律在含钨石英脉矿床中的有价主产元素Nb、Ta、Be、W等元素的分布规律是：
a.铌钽元素在脉钨矿床矿脉中的含量具有自上而下由富变贫的趋势；而在黑钨矿中铌钽含量则与其相反，见图 2。脉钨矿床中铌钽元素是呈类质同象状态赋存在黑钨矿中，因此，矿脉中的铌钽含量受到钨矿化的制约，即钨品位升高，铌钽含量增加，而黑钨矿中的铌钽含量是受黑钨矿生成时物理化学条件影响，成矿温度升高铌钽含量增加。
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| 1——矿脉中Nb、Ta含量；2——黑钨矿中Nb、Ta含量。 图 2 脉钨矿床中Nb、Ta含量垂直变化图 |
b.铍元素在脉钨矿床各中段的平均品位列于表 4。可见，铍的含量显示出“上贫中富下贫”的规律，与钨矿化关系密切。在同一区间内，中组矿脉富，南北两组矿脉贫，中组矿脉带BeO为0.03%, 南北两组矿脉带BeO为0.005%；在同一条矿脉里，中部富，两翼贫；矿化具有向西侧伏的趋势。
| 表 4 各中段铍元素平均品位 |
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c.钨元素是脉钨矿床中主导的有价主产元素，其矿化呈现出“上下贫，中间富；两翼贫，中部富”的总体宏观规律，见图 3、图 5。钨的含量与脉内长石含量有反消长关系，即脉内长石大量出现，则钨的品位急剧下降，该地段将成为无矿地段。钨的富集还与矿脉的局部形态变化，有着极其显明的依赖关系，见图 4。钨矿化富集地段的产出标高升高，受到深部隐伏岩体侵位标高的制约，岩体侵位标高升高，富集地段产出标高也随之升高，467m中段中组脉带已见到花岗岩体，故其富集地段与南组脉带高差近百余米，即南组矿脉带的富集地段已延深至367m中段。矿床的整体矿化具有向西侧伏的趋势，连矿脉中富集矿段亦是如此见图 5。
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| 图 3 脉钨矿床中WO3垂直变化图 |
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| 图 5 20#矿脉WO3等值线图 |
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| 图 4 钨矿化与矿脉局部形态变化的关系 |
3.2 有价伴生元素的产出特征
a.矿区有价伴生元素，除Sn、Zr、Sc三元素外，其余伴生元素的富集均与矿床中的金属硫化物含量呈正相关关系。钽铌矿床中金属硫化物的含量只有0.18%, 脉钨矿床上部(467m以上的)金属硫化物的含量为1.25%, 而其深部的金属硫化物却成倍增加，达到5%以上，矿区有价伴生元素主要分布在脉钨矿床中，尤以矿床深部更为富集，其中Bi、Mo、Cu、S、Ag等元素更是明显见图 6。
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| 图 6 钨矿床中有价伴生元素垂直变化图 |
b.从图 6中可以看出，在脉钨矿床中自上而下，Bi、Ag、S的含量明显富集，Mo、Cu、Pb的含量略有升高，而Zn、Cd的含量则显示出上贫中富下贫的趋势。
c. Sc主要呈分散状赋存在黑钨矿中，其含量在脉钨矿床的黑钨矿中为0.001%~0.0012%, 为赣南钨矿床之最低，而在钽铌矿床的黑钨矿中则为0.0028%~0.0078%, 极有综合利用价值。
3.3 有价元素分布的连续性根据岩石的多元素分析结果，矿区各岩浆岩中矿化元素的平均含量列于表 5。
| 表 5 矿区各岩浆岩矿化元素平均含量 % |
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从表 5可以看出, 矿区花岗闪长岩含有较高含量的成矿元素, TR、Nb、Ta、Be、W的含量分别为酸性岩平均含量值的1.2倍、1.5倍、3.1倍、3.6倍、140倍, 这是矿区各类矿床生成的物质来源。在花岗闪长岩→二云母二长花岗岩→白云母碱长花岗岩的演化过程中, 成矿元素以成倍的增长速度富集, 在一定条件下, 形成各类型矿床。其主要有价元素的含量列于表 6。
| 表 6 矿区各类矿床有价元素含量 % |
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从表 6数据不难看出:TR含量不断下降，Nb、Ta、Be、W等元素逐步上升，到岩浆期后热液阶段Nb、Ta、Be开始下降，而W、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn等元素显著上升，具有明显的继承性和连续性。
从矿区不同类型矿床的黑钨矿中铌钽元素含量有序变化，也显示出有价元素的连续性和继承性。钽铌矿床中黑钨矿含Ta2O5 0.525%, Nb2O5 0.48%;脉钨矿床中黑钨矿含Ta2O5 0.112%, Nb2O5 0.386%。穿过含矿花岗岩的中、南两组含钨石英脉中的黑钨矿钽铌含量明显高于北组矿脉，中、南组矿脉含Ta2O5分别为0.35%、0.103%, 含Nb2O5 0.41%、0.35%, 而北组矿脉则为Ta2O50.1%, Nb2O5 0.1%。
3.4 有价元素的垂直分带性。矿区有价元素在成岩成矿的连续演化过程中，发生有规律的变化，岩浆早期K2O > Na2O, 以稀土矿化为主，形成含稀土矿化的花岗闪长岩。岩浆晚期Na2O > K2O, 以Ta、Nb、Be、W矿化为主，生成钽铌铍钨矿体。到岩浆期后的热液期，SiO2占绝对优势，氧和硫离子浓度增加，亲氧亲硫的W、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn等元素出现明显富集，形成含多金属硫化物的含钨石英脉。从而构成了矿区有价元素自下而上呈现出：TR→Nb-Ta-Be-TR→Ta-Nb-Be-W→W-Mo-Bi-Be→W-Cu-Pb-Zn的垂直分带，见图 1。
4 有价元素研究成果的实用性及理论意义矿区有价元素的研究是一个系统工程。在先后进行钨、钽铌，稀土等矿床的地质勘探和资源査定的同时，系统开展矿石物质组份査定和研究，相继发现和查明多种有价伴生元素，才逐步得以形成现今文中的认识，并在实践运用中，显示或将显示出其研究成果的实用及理论意义。
4.1 主产元素研究成果的实用性a.脉钨矿床的勘探完成，为建成现今生产能力国内最大，举世为首的钨矿山和生产发展，提供了富足的地质资源。在矿山生产中，运用矿化富集特征等地质规律，指导生产探矿和矿床开采，取得显著的成效，仅工业矿脉由原勘探时的81条，增加到111条，新增储量数百万吨，延长矿山服务年限10年以上。
b.钽铌铍钨矿床的探明，为矿山今后的资源接替，产品结构调整，资源综合开发利用，提供了可靠的物质基础，使该矿区成为一个跨世纪的具有较大资源潜在价值的矿山。
4.2 伴生元素研究成果的实用性a.铋和硫在选厂硫化矿中富集规律的被认识，经可选性试验和可行性研究，矿山于1987年自行设计施工，建成年处理2000t硫化矿的选冶联合流程的综合回收厂，进行铋、硫的收回，先后生产出海绵铋、粗铋锭等产品，充分收回矿产资源；硫精矿做为制作硫酸的原料进行销售，增加企业的经济效益。
b.研究成果表明，银元素呈类质同象或微细包体赋存在硫化铋矿物中，经反复测定，铋精矿中银的含量平均为0.7%, 从而使铋精矿销售增值，矿山增收。
c.钽铌矿床中的黑钨矿含钪高达0.0078%, 矿石可选性试验研究表明：开发利用该类矿石工艺流程的最佳方案是选矿-水冶联合流程，这为钪的综合回收，提供了有利的前提条件，钪的综合利用对提高矿山经济收益将有重要的积极作用。
4.3 有价元素研究成果的理论意义a.铋、钼、铜等有价伴生元素，在脉钨矿床深部明显升高特征的被认识，给脉钨矿床深部重新评价，提供了有力的地质依据，这将使因钨品位变贫而失去工业开采价值的地段，重新予以综合评价，可能具有工业开采价值而获开发利用，无疑将新增矿产储量，延长矿山服务年限。
b.矿区有价元素的研究成果，深化了对矿区地质的认识，为总结矿区成岩成矿系列，划分成矿阶段，建立矿区成矿(矿化)垂直分带模式等地质规律，提供了极为重要的资料依据，对今后开展矿区的周边找矿，矿床评价，具有一定的指导作用。