離子吸附型稀土礦找礦勘查中的工作方法應(yīng)用

劉小永

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東廣州510800）

離子吸附型稀土礦找礦勘查中的工作方法應(yīng)用

劉小永*

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東廣州510800）

離子吸附型稀土礦的找礦勘查工作方法是根據(jù)其成礦特征而發(fā)展起來的，其勘查過程與其它多金屬礦產(chǎn)相似，但具有一定的獨(dú)特性。以八尺大型稀土礦野外地質(zhì)工作過程中的工作方法運(yùn)用為實(shí)例，介紹了在野外勘查過程中如何提高施工工作效率及節(jié)約勘查成本的一些工作方法及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)離子吸附型稀土特有的勘查方法[鍬孔（洛陽鏟）及野外定性分析的應(yīng)用]在實(shí)際工作過程中的意義及可靠性進(jìn)行探討。在離子吸附型稀土礦床野外勘查工作過程中，鍬孔及野外定性分析的應(yīng)用，其操作流程簡單，但在野外施工的實(shí)際工作過程中起到很大的作用，就鍬孔的應(yīng)用及野外定性分析在野外地質(zhì)勘查過程中的運(yùn)用方面做一個(gè)簡單介紹及探討。

稀土礦；勘查方法；鍬孔；定性分析

洛陽鏟是揭露風(fēng)化物松軟土質(zhì)層的一種使用靈活、簡單、實(shí)用的工具，離子吸附型稀土礦是外生礦床，礦體主要賦存在全風(fēng)化層中，洛陽鏟在該類礦產(chǎn)的勘查工作過程中作為一種特有的且代替了笨重鉆機(jī)的一種工作手段應(yīng)運(yùn)而生。在發(fā)展的過程中，為了更好地適應(yīng)該種礦產(chǎn)的勘查，前人對(duì)洛陽鏟進(jìn)行了一定程度的改正，因此我們稱之為新式洛陽鏟。

定性分析就是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行“質(zhì)”的方面的分析，它主要是解決研究對(duì)象“有沒有”或者“是不是”的問題。定性分析判斷物質(zhì)的根據(jù)在于物質(zhì)的化學(xué)、物理性質(zhì)，以陽離子與陰離子反應(yīng)為主線，從而進(jìn)行物質(zhì)判斷的一種工作方法（朱文聰譯，1979）。而本文介紹的定性分析是在離子吸附型稀土礦床勘查過程中進(jìn)行的一項(xiàng)較為成熟的工作方法，具有適應(yīng)性強(qiáng)、精確度高等特點(diǎn)。

1 離子吸附型稀土礦的基本特征

離子吸附型稀土礦是我國南方特有的成礦環(huán)境下的一種風(fēng)化礦床，其礦源主要來源于母巖，母巖中稀土元素含量一般在地殼中的平均豐度值約為0.0153%（DZ/T0204-2002，2002），在各類巖石中的分布以花崗巖與堿性巖中的豐度值最高。

1.1 成礦環(huán)境

主要是在亞熱帶濕潤炎熱氣候區(qū)，氣溫高，雨量充沛，海拔低于500m，切割深度一般小于150m，坡度小于30°屬低山丘陵緩坡地貌（賀倫燕，1989b）。出露有較高稀土豐度的侵入巖、火山巖。侵入巖中稀土元素主要賦存于易風(fēng)化的長石礦物中?；鹕綆r中稀土元素呈分散狀態(tài)存在于玻璃質(zhì)中。成礦時(shí)代為新生代（楊大歡，2011）。

1.2 礦床成因

富含稀土的含礦原巖在濕熱氣候條件下，逐漸風(fēng)化分解，長石等造巖礦物一方面次生為高嶺石等粘土礦物，成為稀土離子的吸附劑；另一方面從長石等礦物中釋出的稀土為粘土的吸附提供了物質(zhì)來源。在地表植被發(fā)育、有機(jī)酸豐富的風(fēng)化殼上部為稀土運(yùn)移、富集創(chuàng)造了有利條件（陳炳輝，2001）。在地表弱酸性條件下，稀土元素轉(zhuǎn)化為溶液狀態(tài)，隨地表徑流和地面水流動(dòng)和運(yùn)移(滲透)，遇粘土礦物進(jìn)一步吸附成礦。

1.3 礦床特征

礦體呈似層狀、透鏡狀、新月形產(chǎn)于硅鋁粘土(高嶺土)型風(fēng)化殼中部(主要為全風(fēng)化層)。礦石礦物組合主要為粘土礦物、長石、石英及云母。粘土礦物主要為高嶺石、埃洛石、水云母、蒙脫石、三水鋁石，副礦物主要有磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、獨(dú)居石、磷釔礦、褐釔鈮礦，礦石保留了原巖結(jié)構(gòu)，常見土狀、塊狀、粉狀等構(gòu)造（溫開勝，2012）。

1.4 礦體賦存狀態(tài)

中山大學(xué)陳志澄通過對(duì)八尺稀土礦的研究表明，稀土在風(fēng)化殼中除以原生礦物相存在外，主要賦存狀態(tài)有以下幾種（陳志澄，1994）：①活性態(tài)（包括稀土離子和少量活潑的易于洗脫的稀土元素）；②鐵鋁共沉淀態(tài)；③有機(jī)結(jié)合態(tài)。

2 新式洛陽鏟在離子吸附型稀土礦產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 新式洛陽鏟的作業(yè)方法

新式洛陽鏟主要構(gòu)成有筒頭（20～50cm），筒口徑110mm，1英寸小型度鋅水管（每根長2m）連接進(jìn)行人工操作，可以隨進(jìn)尺深淺自由拆卸。一般一套工具重約10～15kg。野外施工主要以人力為主，一組2人，一人控竿，保證垂直掘進(jìn)，另一人負(fù)責(zé)取樣并配合掘進(jìn)，相互配合。施工要求為垂直掘進(jìn)，并在每一回次進(jìn)行取芯，編錄人員現(xiàn)場編錄并取樣。施工進(jìn)度較快，一般熟練工人一天能施工鉆孔3～4個(gè)，總進(jìn)尺在70m左右。

2.2 對(duì)礦體的揭露情況

新式洛陽鏟對(duì)風(fēng)化殼的揭露位置在全風(fēng)化層底部、強(qiáng)風(fēng)化層的頂部2～3m范圍，施工的深度跟風(fēng)化殼的厚度息息相關(guān)。在八尺稀土礦勘查過程中，礦區(qū)平均孔深11m，單孔最深達(dá)42m，基本揭穿了礦體在垂向的延伸，能解決深部礦體未封口的情況。

2.3 在離子吸附型稀土礦勘查中的適用性

在離子吸附型稀土礦產(chǎn)勘查的過程中，用于多金屬勘查的鉆機(jī)一般較為笨重，在山地環(huán)境中搬運(yùn)不方便，且要求操作人員較多，并對(duì)粘土類風(fēng)化物取樣不易，容易跨層取樣，而新式洛陽鏟施工主要有輕便利于搬運(yùn)、人員少、施工進(jìn)度快、勘查成本低等特點(diǎn)。根據(jù)新式洛陽鏟的這些特性及南方多山地的環(huán)境特點(diǎn)，我們通過對(duì)比分析采用該類工具施工，從根本解決了勘查成本高、難以達(dá)到勘查目的問題。

3 定性分析在勘探工作中的應(yīng)用

3.1 定性分析原理

根據(jù)離子吸附型稀土的成礦特點(diǎn)及賦存狀態(tài)，用電解質(zhì)作交換劑把已富集在粘土礦物載體上的稀土交換下來，這就是離子吸附型稀土礦化學(xué)提取稀土的理論基礎(chǔ)（池汝安，2006），其定性分析成果主要是通過鹽類電解質(zhì)溶液淋洗后由浸取液沉淀稀土，其過程主要有以下幾點(diǎn)：

（1）浸取解脫：離子吸附型稀土礦床，其離子型礦物被吸附在粘土礦物中，因此很容易被浸取劑解脫。浸取劑有NaCl、(NH4)2SO4、NH4OH、NaOH及檸檬酸等；最常用的是硫銨(NH4)2SO4，因其不會(huì)造成三廢，危害環(huán)境；而NaCl對(duì)農(nóng)田有鹽堿化影響，一般被禁用。硫銨溶液濃度，各礦區(qū)稍有不同，一般取硫酸銨與水的重量比約為2%～6%（呂世安，1988），經(jīng)試驗(yàn)證明浸取液濃度高有利于稀土的浸出（賀倫燕等，1989），因此本礦區(qū)采用5%硫酸銨溶液，其離子交換反應(yīng)的方程式可表示為：

式中：s——固相；

aq——水相。

該離子交換反應(yīng)奠定了離子吸附型稀土礦浸取工藝的理論基礎(chǔ)，只要在溶液濃度適當(dāng)時(shí)，均能有效地浸出離子吸附型稀土礦中的離子相稀土（池汝安等，1990a）。

（2）草酸沉淀：離子型稀土礦物在浸取劑解脫成含礦溶液后，再加入沉淀劑——草酸（10%）溶液進(jìn)行沉淀，其反應(yīng)方程式表示為：

最后根據(jù)試劑與稀土離子共沉淀出來的草酸稀土含量的多少做出初步肉眼判斷。

3.2 定性分析的野外地質(zhì)工作中的應(yīng)用

以八尺大型稀土礦野外勘探過程中的野外定性分析作為實(shí)例，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中取得的成果及存在的問題做簡單分析研究。

（1）野外具體操作方法。前期準(zhǔn)備：配制草酸（10%）溶液、硫酸銨（5%）溶液，預(yù)先對(duì)進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比的前期定性分析結(jié)果進(jìn)行等級(jí)判斷分類。

野外操作一般是在鉆探施工過程中，在編錄取樣的同時(shí)進(jìn)行定性分析，工具及藥品有：小杯、一次性定性濾紙、草酸（10%）溶液、硫酸銨（5%）溶液及量杯等。

首先采集樣品長度為2m的混合樣樣重在50g左右，然后放入預(yù)先疊好的濾紙上，濾紙下放小杯子，再以硫酸銨（5%）定量溶液（約30mL左右）為浸取劑逐步加入對(duì)樣品進(jìn)行淋浸，淋浸5min后，再以定量的草酸（5%）溶液（約2mL）對(duì)小杯子中浸取液進(jìn)行滴定沉淀，最后觀察沉淀結(jié)果并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)進(jìn)行主觀分類。

（2）定性分析可靠性分析。在野外定性分析后，同時(shí)我們將該段樣品進(jìn)行取樣并及時(shí)送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行定量分析。在此，我們對(duì)野外定性分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果進(jìn)行按礦化的富集程度進(jìn)行可靠性對(duì)比。按此要求共做了7695個(gè)對(duì)比樣，對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 草酸沉淀滴定與離子相稀土分析情況

由表1可見，礦化≥0.05%的，在野外定性分級(jí)中“較好”以上的吻合率占77%，礦化在0.03%～0.05%之間的，在分級(jí)中“顯示”以上的占80%，礦化在小于0.03%的,在分級(jí)中處于“顯示”以下的占95.5%。總之，準(zhǔn)確率較高，基本上可作為野外下步工作進(jìn)展及安排的一個(gè)參考及依據(jù)。

（3）定性分析在地質(zhì)勘查工作中的局限性分析。從表1中看出，定性分析結(jié)果較為吻合實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，主要因?yàn)榱蛩徜@溶液淋浸效果較好且草酸稀土沉淀結(jié)晶性能好、顆粒大、易于肉眼判別，但同時(shí)也存在著局限性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①浸泡不完全：如粘土礦物較多時(shí)（主要在殘坡積層、原巖長石含量較多位置），野外定性分析的硫酸銨浸泡速度過慢，而野外滴定試驗(yàn)一般是在一定的時(shí)間里，也就是稀土礦山開采過程中“爛池”問題（單秀枝，1998），淋浸不完全；風(fēng)化不均勻段，如半風(fēng)化及風(fēng)化球體附近，其殘存的小顆粒長石及花崗巖小碎塊較多，野外定性分析過程中，硫酸銨溶液淋浸速度過快，也就是稀土礦山開采過程的“溝流”問題（單秀枝，1998），淋浸也不完全；野外淋浸時(shí)間及使用浸取液量上有限等因素。從而使單位中的礦體少于一般的標(biāo)準(zhǔn)，造成人為判別較低；

②雜質(zhì)膠體的形成，干擾人為判定分級(jí)：如草酸溶液在與稀土離子反應(yīng)的同時(shí)也在與Al、Fe、Ca、Mn等雜質(zhì)元素反應(yīng)，從而造成沉淀液不純，有雜色，人為判定容易提高標(biāo)準(zhǔn)，影響了肉眼的判別；

③人為主觀判斷：不同的個(gè)體對(duì)同一個(gè)事物的判斷存在著一定的差異性，同樣我們的判斷標(biāo)準(zhǔn)也是相對(duì)性的；

④局部的模糊段：如野外定性分析結(jié)果中的“顯示”，其判定結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果存在一定的差距。

（4）定性分析在野外地質(zhì)勘查過程中的作用。定性分析貫穿了稀土勘查整個(gè)階段，其體現(xiàn)的主要作用有以下幾點(diǎn)：

①在初步野外調(diào)查工作中可通過取代表樣做定性分析，以此結(jié)果可作為優(yōu)選靶區(qū)的一個(gè)依據(jù)；

②鉆孔施工可通過對(duì)鉆孔底部樣品定性分析，然后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行初步判別有無揭穿礦體來決定是否繼續(xù)施工的野外標(biāo)準(zhǔn)，從而節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室出數(shù)據(jù)所要等待的時(shí)間；

③在通過定性分析后，主要是對(duì)連續(xù)多個(gè)無礦化顯示的樣品處理上，在單工程控制中的遠(yuǎn)離“顯示”以上級(jí)別的定性分析成果中的無礦化顯示樣品，不送樣到實(shí)驗(yàn)室分析，從而節(jié)約了礦產(chǎn)勘查中的成本。

總之，定性分析貫穿于稀土地質(zhì)勘查由點(diǎn)到面、由面到點(diǎn)的過程。但由于種種原因，未將其納入到稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范中，但在實(shí)際野外地質(zhì)勘查工作過程中發(fā)揮了實(shí)實(shí)在在且其它地質(zhì)工作方法不可替代的作用。

4 小結(jié)

（1）鍬孔（新式洛陽鏟）勘查施工方法具有簡單、搬運(yùn)方便靈活、施工進(jìn)度快、成本低等特點(diǎn)；

（2）鍬孔（新式洛陽鏟）能有效揭穿礦體、且能準(zhǔn)確地取到相應(yīng)風(fēng)化層位的樣品，能真實(shí)反映離子吸附型稀土礦形成的淋濾吸附的成礦過程。是一種較為有效且有較強(qiáng)針對(duì)性的勘查方法；

（3）定性分析使用試驗(yàn)藥品簡單，市場易于購買，成本低； （4）定性分析所需時(shí)間短，場地要求小，流程簡單，易于操作，具同步性；

（5）定性分析結(jié)果與實(shí)際情況吻合度高，及時(shí)性好，其結(jié)果對(duì)下步工作的安排及進(jìn)行提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)，很大程度地縮減了工作周期及勘查成本；

（6)同時(shí)也存在一些局限性，如人為主觀判別標(biāo)準(zhǔn)、浸泡時(shí)間短造成淋浸不完全等問題，致使難以達(dá)到定量乃至半定量的標(biāo)準(zhǔn)。

總之，鍬孔（新式洛陽鏟）及定性分析是一項(xiàng)非常實(shí)用、有效的野外工作方法，在離子吸附型稀土勘探過程中具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)，同樣也有種種不足，如定性分析它不能代替實(shí)驗(yàn)室的定量分析，但它們在離子吸附型稀土礦的勘查過程中起到的作用是值得我們大力推廣的。

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P618.7

B

1004-5716(2015)02-0137-04

2013-11-28

2014-03-12

劉小永（1985-），男（漢族），江西上饒人，助理工程師，現(xiàn)從事野外一線地質(zhì)及研究工作。