山西汾西
—交口一帶硫鐵礦成礦地質(zhì)特征及開發(fā)利用前景

楊云亭

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山西總隊(duì)，山西 太原 030031）

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山西汾西
—交口一帶硫鐵礦成礦地質(zhì)特征及開發(fā)利用前景

楊云亭

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山西總隊(duì)，山西 太原 030031）

【摘 要】本文通過對(duì)山西汾西—交口一帶硫鐵礦的礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所“貧硫鐵礦硫鐵強(qiáng)化富集與酸鐵聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)方案”分析，闡述了該區(qū)硫鐵礦良好的找礦及開發(fā)利用前景，對(duì)于有效解決山西低品位硫鐵礦污染環(huán)境、占用土地、難于高效利用的行業(yè)共性問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】硫鐵礦；地質(zhì)特征；礦床特征；低品位硫鐵礦；開發(fā)利用

山西省汾西—交口一帶位于呂梁山中南段，大地構(gòu)造位置為汾西陸表海盆地（C-P），成礦區(qū)帶屬汾西煤、高嶺土、鋁土礦、耐火粘土、硫鐵礦、鐵、石膏礦帶，區(qū)內(nèi)沉積礦產(chǎn)成礦地質(zhì)條件良好，礦產(chǎn)資源較多，有煤、水泥灰?guī)r、熔劑灰?guī)r、鋁土礦、硫鐵礦、赤鐵礦、耐火粘土等，本區(qū)為山西省硫鐵礦成礦條件最好的地區(qū)。

山西省硫鐵礦大多為低品位硫鐵礦，目前生產(chǎn)工藝的低回收率、高污染狀況嚴(yán)重制約了低品位硫鐵礦的開發(fā)利用，中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所研制的“氰化尾渣酸鐵高效利用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”制酸產(chǎn)業(yè)新工藝，為我省低品位硫鐵礦的開發(fā)開辟了新的途徑。

1 地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)主要出露地層有下古生界中上寒武統(tǒng)、下中奧陶統(tǒng)，上古生界中石炭統(tǒng)本溪組、上石炭統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組、下石盒子組、上二疊統(tǒng)上石盒子組，新生界新近系、第四系等。構(gòu)造簡(jiǎn)單，總體為向北東傾斜的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般為10～15°，有寬緩的波狀起伏現(xiàn)象；僅西南部發(fā)育規(guī)模不大的斷層，斷層走向以北東（NE）向?yàn)橹鳌?/p>

寒武系（∈2+3）：巖性主要為由紫紅色砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、灰綠色鈣質(zhì)頁(yè)巖、灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、白云巖組成的淺海相碎屑巖—碳酸巖建造，厚度217.4～263.4m。

奧陶系（O1+2）：巖性主要為由白云巖、含燧石（結(jié)核、條帶）白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、花斑灰?guī)r、灰?guī)r組成的淺海相碳酸鹽建造。厚度509.4～637.1m。

石炭系（C2+3）：為一套由砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、鋁土巖、灰?guī)r、黃鐵礦、煤層等組成的海陸交替相地層，厚度80～150m，為含礦層位。

二疊系（P1+2）：為一套砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、泥巖、灰?guī)r、薄煤層組成的陸相沉積地層。厚度484.2～699.1m。

新近系上新統(tǒng)（N2）：主要巖性為棕紅色砂質(zhì)粘土和礫巖層。厚度80～160m。

第四系（Q）：巖性主要為淺黃—棕黃色黃土、亞砂土、砂、砂卵礫石。厚度14～170m。

硫鐵礦賦存于中石炭統(tǒng)本溪組，呈帶狀廣泛分布于山嶺的中下部。為一套由灰?guī)r、含鐵（鋁）粘土巖、鋁土巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖等組成海陸交替相地層，與下伏中奧陶統(tǒng)地層呈平行不整合接觸。本組地層受下部中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r侵蝕面影響，厚度變化較大，厚度一般8.5～22.35m。

本溪組依其巖性可劃分兩段，自下而上巖性依次為：

（1）第一巖性段。

硫鐵礦層：銅黃色、灰綠色、灰黃色含黃鐵礦粘土巖，黃鐵礦呈團(tuán)塊狀、星散狀構(gòu)造，黃鐵礦不均勻分布于粘土礦物中，覆蓋層較薄處被氧化形成褐紅色、紫紅色的褐鐵礦、赤鐵礦。該層與底板灰?guī)r、頂板粘土巖界線比較清楚，厚度變化較大，嚴(yán)格受奧陶系灰?guī)r凹凸不平的古侵蝕面控制，一般厚度1～3m，部分地段缺失。

鋁土巖（粘土巖）：層位相當(dāng)于G層鋁土礦，淺灰色、深灰色、局部為紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為高嶺石、水鋁石、水云母等，下部鐵質(zhì)含量較高，向上逐漸減少。該層連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定，一般2.61～2.87m。

（2）第二巖性段。

灰?guī)r：隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含生物碎屑，在其裂隙中有白—灰白色方解石細(xì)脈充填。厚度0.5～2m。

粘土質(zhì)頁(yè)巖：灰褐色、深黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，葉片狀構(gòu)造，頁(yè)理發(fā)育，風(fēng)化后易成碎片，局部含有粉砂質(zhì)。下部含有5～10cm的煤線，上部為灰黑色含炭質(zhì)頁(yè)巖。該層厚度穩(wěn)定，一般6～9m。

頁(yè)巖：灰色、淺灰色，頁(yè)理發(fā)育，下部局部含粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥巖等。該層厚度變化較大，一般2～3m。

2 礦床特征

區(qū)內(nèi)已有5處礦產(chǎn)地，以成家莊硫鐵礦為典型代表。硫鐵礦賦存于中石炭統(tǒng)本溪組的底部，沉積在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r侵蝕面之上，厚度明顯受中奧陶統(tǒng)灰?guī)r凹凸不平的古侵蝕面控制。

2.1 礦體特征

礦體呈似層狀，產(chǎn)狀與圍巖一致，總體傾向40～70°，傾角6～15°。底板為上馬家溝組灰?guī)r，頂板多為粘土巖、鐵鋁巖，局部地段為山西式鐵礦。根據(jù)硫鐵礦氧化的特征及鐵礦氧化物中有殘余硫鐵礦的現(xiàn)象，說明硫鐵礦在本區(qū)原始沉積層位比較穩(wěn)定，由于后期的剝蝕、氧化作用的破壞，致使硫鐵礦的穩(wěn)定性及連續(xù)性變差，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀分布，成家莊硫鐵礦分為兩個(gè)礦體。

成家莊礦體（Ⅰ礦體）：為主要礦體，北西—南東向長(zhǎng)約1 480m， 北東—南西向?qū)捈s700m，賦存標(biāo)高1 231.4～1 259.03m。礦體呈似層狀，總體產(chǎn)狀傾向約40°，傾角10～15°，連續(xù)性好，無夾層。礦體中北部最厚，向南北兩側(cè)變薄，厚度1.5～3.20m，一般1.5～2.35m，平均厚度2.14m；礦體全硫（TS）含量8.92%～31.17%，平均20.75%。

蔚家溝礦體（Ⅱ號(hào)礦體）：為主要礦體，北西—南東向長(zhǎng)約920m， 北東—南西向?qū)捈s400m，賦存標(biāo)高1 114～1 147.7m。礦體呈似層狀，總體產(chǎn)狀傾向70°，傾角6～10°。礦體厚度變化較大，西部較厚，向東部變薄，厚度0.70～3.7m，一般0.7～2.88m，平均厚度1.79m。礦體全硫（TS）含量8.19%～28.14%，平均17.79%。

2.2 礦石質(zhì)量

礦石類型有團(tuán)塊狀、致密狀、星散狀。

（1）粗粒團(tuán)塊狀黃鐵礦礦石：淺黃、灰黃色，粗晶粒狀結(jié)構(gòu)為主，團(tuán)塊狀、塊狀構(gòu)造，礦石主要由黃鐵礦粒狀集合體及粗大晶粒的黃鐵礦和粘土礦物組成。黃鐵礦呈淺黃銅色，晶體發(fā)育完整，多呈立方體，直徑1～10mm，聚晶最大可達(dá)3cm以上，黃鐵礦含量一般在40%～60%之間，是本礦區(qū)的主要礦石類型。

（2）細(xì)粒致密狀黃鐵礦礦石：灰綠、黃綠色，細(xì)晶粒狀結(jié)構(gòu)為主，致密塊狀構(gòu)造，礦石主要由粒度細(xì)小的黃鐵礦顆粒與粘土類礦物膠結(jié)而成，黃鐵礦顆粒粒徑多＜1mm，多呈單晶且較均勻分布在粘土礦物之間，黃鐵礦含量一般都在60%以上，是本礦區(qū)的主要礦石類型。

（3）細(xì)粒星散狀黃鐵礦礦石：灰、灰綠色，特征與細(xì)粒致密狀礦石基本一致，但黃鐵礦細(xì)粒呈星散狀稀疏浸染于灰色粘土巖中，黃鐵礦含量一般只有30%～40%。

礦石礦物以黃鐵礦為主，含極少量的高嶺石及金屬礦物。

礦石化學(xué)成分：S 8.02%～31.17%，一般14%～23%，平均19.42%；TFe 21.85%～72.74%，一般30%～35%，平均39.90%。

區(qū)內(nèi)礦石平均品位S＜25%，為Ⅲ級(jí)品，屬低品位硫鐵礦。

2.3 礦石氧化特征

由于易氧化為褐鐵礦、赤鐵礦，硫鐵礦的存在不僅與古地理環(huán)境有關(guān)，而且與地殼后期運(yùn)動(dòng)和現(xiàn)在的底板標(biāo)高、埋藏深度等都有關(guān)系。

礦石氧化垂直、水平深度一般為30～50m，凡覆蓋層薄的地段，硫鐵礦多被氧化而成為赤鐵礦、褐鐵礦。一般覆蓋地層有K2灰?guī)r以上地層者，硫鐵礦保存完整，不易被氧化；而上覆地層已被剝蝕出露為K2灰?guī)r以下地層時(shí)，硫鐵礦則有可能被氧化。

礦體底板標(biāo)高在潛水面標(biāo)高以下時(shí)，有可能氧化，而在潛水面標(biāo)高以上時(shí)，則一般保存良好。雖礦體覆蓋層厚，底板標(biāo)高高于侵蝕基準(zhǔn)面，但構(gòu)造的發(fā)育也會(huì)對(duì)礦體產(chǎn)生影響，在斷層、裂隙和陷落柱發(fā)育地段，礦體則有可能被氧化。

3 成礦遠(yuǎn)景

3.1 成礦規(guī)律

（1）硫鐵礦的厚度嚴(yán)格受奧陶系灰?guī)r凹凸不平的古侵蝕面控制，灰?guī)r侵蝕面凹陷處硫鐵礦層厚度大且品位高，凹陷面積越大、深度越深，礦層越厚且品位越高；相反在侵蝕面凸起處，則礦層較薄，直至缺失形成無礦天窗，礦石品位也較低。

（2）由于生成的環(huán)境不同，硫鐵礦與鋁土礦成消長(zhǎng)關(guān)系，即硫鐵礦發(fā)育則鋁土礦質(zhì)量差、厚度小，鋁土礦發(fā)育地區(qū)則硫鐵礦規(guī)模小、質(zhì)量差。礦層頂板為粘土巖時(shí)，一般礦層較厚，品位也較高；而頂板為鋁土巖時(shí)，則礦石品位有所下降。

（3）硫鐵礦形成后，在上覆蓋層保留上石炭統(tǒng)太原組二段K2灰?guī)r以上地層、無大的斷裂構(gòu)造（節(jié)理裂隙不發(fā)育）且礦層處于地下水侵蝕基準(zhǔn)面以上的情況下硫鐵礦層一般保存完整，否則硫鐵礦層有可能被氧化，故K2灰?guī)r出露外邊界線一般可作為硫鐵礦體的外邊界線。

（4）霍西盆地（汾西、交口、靈石）是硫鐵礦沉積形成和富集的有利場(chǎng)所。

3.2 遠(yuǎn)景分析

根據(jù)山西省研究成果，汾西—交口一帶為石炭系鐵鋁巖沉積盆地的中心。

區(qū)內(nèi)硫鐵礦含礦層位中石炭統(tǒng)本溪組地層廣泛分布，且礦層較厚、品位較高、礦石易加工，覆蓋層有太原組及其以上地層，硫鐵礦保存不被氧化的條件也較好，找礦標(biāo)志（K1、K2、K3灰?guī)r和砂巖）發(fā)育，硫鐵礦成礦地質(zhì)條件好，根據(jù)成礦規(guī)律分析可圈出汾西縣城—交口回龍、盈村—青山峁、勍香—南莊等三個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)（見圖1）。

汾西—交口一帶是山西省硫鐵礦成礦條件最好的地區(qū)，發(fā)現(xiàn)大中型硫鐵礦具有良好的遠(yuǎn)景。

4 開發(fā)利用前景

目前山西省硫鐵礦煉硫磺、制酸的生產(chǎn)方法回收率低、污染空氣和地下水、危害農(nóng)作物。每生產(chǎn)lt硫酸就會(huì)產(chǎn)生0.8～0.9t燒渣（工業(yè)廢渣），而燒渣一般采用堆填處置，不僅占用大量土地，而且硫鐵礦燒渣若受到細(xì)菌作用會(huì)氧化成水溶性硫鐵礦，如果燒渣堆放不合理，靠近水體或遇到下雨，燒渣中殘留的硫等各類殘余物質(zhì)就會(huì)排放進(jìn)入水體，使水體嚴(yán)重酸化，腐蝕橋梁、船舶，造成環(huán)境污染，這就是常說的紅水的危害。

中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所研制的“貧硫鐵礦硫鐵強(qiáng)化富集與酸鐵聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)方案”是“氰化尾渣酸鐵高效利用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”制酸產(chǎn)業(yè)新工藝（見圖2）。

富集工藝采用“一次粗選、一次掃選、兩次精選”的短流程選礦模式將S含量20%～30%的低品位硫鐵礦提高至47%以上，大大提高了低品位硫鐵礦的利用率。

汾西恒達(dá)科技有限公司擬在汾西縣投資建設(shè)“100萬(wàn)噸低品位硫鐵礦硫鐵強(qiáng)化富集與酸—鐵聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目”，該項(xiàng)目從“源頭減排”出發(fā)，有效解決了低品位硫鐵礦污染環(huán)境、占用土地、難于高效利用的行業(yè)共性問題，對(duì)于科學(xué)處理小硫酸廠遺留的大量尾礦廢渣、開發(fā)利用汾西—交口一帶低品位硫鐵礦資源，發(fā)展節(jié)能減排清潔環(huán)保綜合利用具有重要作用和良好的應(yīng)用前景。

圖1　山西汾西—交口一帶硫鐵礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)分布圖

圖2　貧硫鐵礦硫鐵強(qiáng)化富集與酸鐵聯(lián)產(chǎn)工藝流程

【參考文獻(xiàn)】

［1］郭雅儒，陳平，張鐵林，等.山西省非金屬礦產(chǎn)及利用［M］.山西：山西人民出版社，1989.

［2］陳勇.山西省汾西縣成家莊硫鐵礦詳查報(bào)告［R］.山西：中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山西總隊(duì)，2014.

［3］汾西縣100萬(wàn)噸低品位硫鐵礦硫鐵強(qiáng)化富集與酸-鐵聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目［R］.北京：中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所，2011.

［4］區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告1/20萬(wàn)（臨汾幅、汾陽(yáng)幅）［R］.山西：山西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，1976.

【中圖分類號(hào)】TD871.6

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386（2016）02-0046-03

【收稿日期】2016-04-12