山西金紅石礦床中黑色金紅石及相關(guān)礦物的礦物學(xué)特征研究

李孔亮

（1.合肥工業(yè)大學(xué)；2.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051）

山西金紅石礦床中黑色金紅石及相關(guān)礦物的礦物學(xué)特征研究

李孔亮1,2

（1.合肥工業(yè)大學(xué)；2.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051）

山西代縣金紅石礦床是中國(guó)第二大金紅石礦產(chǎn)資源，由于金紅石與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很密切的聯(lián)系，并且現(xiàn)在礦產(chǎn)資源極缺，因此研究該金紅石礦床意義重大.本文在收集大量前人研究資料的基礎(chǔ)上，從黑色金紅石礦床得賦存規(guī)律以及礦物特征入手，主要針對(duì)該地區(qū)的黑色金紅石礦床中所含有的主要的礦物組合，礦物得化學(xué)成分及其變化規(guī)律等進(jìn)行了電子探針，鏡下觀察等工作，并且通過(guò)上述工作，論文獲得了以下進(jìn)展：主要礦物成分為直閃石，金紅石，金云母，綠泥石，次要礦物為鈦鐵礦，鋯石，榍石.首次在金紅石礦石中發(fā)現(xiàn)金云母，并且含量較大.巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，礦石結(jié)構(gòu)主要有它形晶結(jié)構(gòu)，自形晶結(jié)構(gòu)以及半自形晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為浸染構(gòu)造，條帶狀構(gòu)造.鋯石常常賦存在金紅石內(nèi)部.

金紅石礦床；綠泥石；直閃石；代縣；黑色

金紅石是自然界中一種非常重要的礦物，在化學(xué)工業(yè)和涂料業(yè)中具有很好的市場(chǎng).

金紅石常常作為一種包裹體出現(xiàn)在寶石礦物中，呈現(xiàn)為細(xì)長(zhǎng)的針狀包體，能夠增加寶石的觀賞性.

本文的研究標(biāo)本來(lái)自于山西代縣碾子溝金紅石礦區(qū).山西代縣金紅石礦是全國(guó)儲(chǔ)量第二，而碾子溝礦區(qū)是代縣金紅石礦區(qū)中的最大也是最好的礦區(qū).

1 樣品與測(cè)試方法

1.1 樣品

該項(xiàng)目的標(biāo)本取自山西代縣碾子溝礦區(qū)，該區(qū)是代縣最大的金紅石礦區(qū)，由于黑色金紅石的標(biāo)本不多，所以我只有磨好的薄片標(biāo)本，以下論文也是在薄片的基礎(chǔ)上所展開(kāi)的探討.

研究的目的是為了探討黑色金紅石的以及相關(guān)礦物的礦物學(xué)特征，以此能對(duì)金紅石礦床的研究有所幫助.金紅石是稀缺資源，而其主要成分TiO2時(shí)高檔電焊條必須的原料之一，也好是提取鈦，生產(chǎn)鈦白粉的主要原料，目前金紅石已經(jīng)成為我國(guó)14種戰(zhàn)略儲(chǔ)備礦種之一.因此對(duì)于金紅石的研究，對(duì)于我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用.山西代縣金紅石石國(guó)內(nèi)第二大金紅石礦區(qū)，其包括有五個(gè)礦區(qū)，碾子溝礦區(qū)為一特大型金紅石礦區(qū)，TiO2平均含量為1.92%,礦體呈似層狀產(chǎn)出，該礦雖然礦石品位偏低，儲(chǔ)量豐富，金紅石純度高，雜質(zhì)少，且可綜合回收鈦鐵礦、磁鐵礦等.

1.2 測(cè)試方法

由于代縣地區(qū)金紅石礦產(chǎn)有兩種顏色不同的金紅石礦，一種為紅色，位于礦床出露處，另一種為黑色，位于礦床深處，但是由于深度、P—T條件以及其他條件（尚待研究中）的不同，使得紅黑兩色的金紅石礦產(chǎn)的礦物組成不一致.我主要對(duì)黑色金紅石礦進(jìn)行研究，主要負(fù)責(zé)以下內(nèi)容得探討：

（1）通過(guò)我對(duì)標(biāo)本的鏡下觀察和探針研究，得出礦物標(biāo)本中的巖石礦物組成以及化學(xué)成分.從現(xiàn)在的研究來(lái)看，但是由于深度、P—T條件以及其他條件（尚待研究中）的不同，使得紅黑兩色的金紅石礦產(chǎn)的礦物組成不一致.另外，紅色金紅石部分含有鉀長(zhǎng)石，而不含有金云母，但是黑色金紅石卻含有金云母，卻不含有鉀長(zhǎng)石.而且在前人的研究中并沒(méi)有見(jiàn)到有對(duì)金云母的描述，所以金云母的出現(xiàn)也是對(duì)該地區(qū)礦石礦物組成提出了疑問(wèn).

（2）在以往的研究中沒(méi)有涉及到薄片中位于不同位置的礦物組合其化學(xué)和結(jié)構(gòu)組成差別的研究，所以在打探針的過(guò)程中，專門對(duì)不同位置的礦物對(duì)各自打了探針，并且在同一個(gè)礦物組成位置中，又在礦物的不同位置又各自打了探針，以希望研究在邊緣和內(nèi)部結(jié)晶速度的快慢所造成的化學(xué)成分的影響.

（3）通過(guò)研究，希望能夠?qū)υ摰貐^(qū)五個(gè)礦區(qū)的不同部位都做出相應(yīng)的分析，期望能夠通過(guò)對(duì)紅黑兩色的金紅石的研究能夠?qū)⒃斐山鸺t石出現(xiàn)這種情況的原因解釋得更加詳盡，更加確切.

2 測(cè)試結(jié)果及討論

2.1 角閃石

角閃石主要見(jiàn)于變質(zhì)巖，產(chǎn)于富含鎂的片巖中[1].在顯微鏡下觀察角閃石,為灰白色至淺黃綠色,半自形長(zhǎng)柱狀,粗晶,常呈晶簇產(chǎn)出.平行消光，高突起，其顆粒較大，邊緣可見(jiàn)到有不明顯的綠泥化，在巖石中分布廣泛，含量為50%左右.

角閃石的成分比較復(fù)雜，通過(guò)電子探針的分析可以準(zhǔn)確的了解到其礦物組成的大小.

表1 角閃石電子探針數(shù)據(jù)（測(cè)試于中科院地質(zhì)與地球物理研究所）

以上所打的八個(gè)點(diǎn)中均是從角閃石的邊緣向內(nèi)核逐漸過(guò)渡測(cè)試的，從上面數(shù)據(jù)可以看出，Mg，Si的含量很大，Al的含量較小，并且Al2O3，TiO2，F(xiàn)eO的含量變化較大，這可能是某些元素未能進(jìn)入硅氧結(jié)構(gòu)體中的緣故造成的.而Fe的含量高，也就決定了角閃石的顏色較深.

由于角閃石族是非常大的礦物群體，為了更細(xì)致更確切的分析礦物組成，所以需要對(duì)角閃石進(jìn)行分類.

以下是對(duì)其元素的分析所得到得表格，由下面的表格中的數(shù)據(jù)可以為巖石中的角閃石劃分種類.

對(duì)于角閃石的命名，國(guó)際上有一個(gè)通用的法則，根據(jù)國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)新礦物及礦物命名委員會(huì)角閃石專業(yè)委員會(huì)的報(bào)告中可以對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以對(duì)角閃石進(jìn)行分類[2].

由數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，Ca，Na，K元素的含量都非常少，即是Ca+Na〈1.34,而Mg，F(xiàn)e的含量都比較大，因此該系列的角閃石都斜方晶系，屬于Mg-Fe-Mn-Li組角閃石.

表2 角閃石中元素的探針數(shù)據(jù)

由于上述的元素含量表中Si的量的數(shù)值均大于7，并且Fe的含量比Mg的含量要小很多，所以利用Mg/Mg+Fe的比值必然界于0.5到1.0之間，所以可以觀察到所打的八個(gè)角閃石點(diǎn)均屬于直閃石.

該礦石中的角閃石為灰白色粗晶直閃巖,以灰白色粗晶半自形柱狀直閃石為主.直閃石常常與金紅石，鋯石，綠泥石共生.由圖的觀察，還可以看出該地區(qū)經(jīng)過(guò)兩次變質(zhì)作用后所形成的金紅石將直閃石交代成港灣狀，孤島狀.這些都是山西代縣金紅石礦的特點(diǎn).

在山西代縣羊延寺礦區(qū)的金紅石礦中，直閃巖為次要的金紅石礦賦礦巖石,一般呈脈狀分布,金紅石、鈦鐵礦、磁鐵礦亦見(jiàn)脈狀,團(tuán)塊狀分布,具有熱液交代成礦的特點(diǎn).由此可以看出，在代縣這個(gè)區(qū)域，金紅石形成的地質(zhì)背景是差不多的.由此可以推斷出其他礦區(qū)的礦物組成形態(tài).

2.2 金紅石

巖石中的金紅石,為黑褐色——黑色，由鈦鐵礦退變而來(lái)正極高突起，顆粒較粗，一般為0.1～80mm,大多為不規(guī)則的半自形—自形粒狀、短柱狀,呈不規(guī)則網(wǎng)脈狀集合體、孤立等軸狀集合體及獨(dú)立單晶分布,可以看到金紅石脈切穿直閃石單晶、交代滑石和綠泥石現(xiàn)象.黑色金紅石中含有較多的鈦鐵礦，鋯石，金紅石在礦石中主要呈現(xiàn)浸染狀分布，可以沿著脈石縫隙分布，與鈦鐵礦，鋯石，榍石的關(guān)系密切，可以見(jiàn)到金紅石與鈦鐵礦連生并“交代”鈦鐵礦現(xiàn)象.

在自然界中，TiO2有三種同質(zhì)多像變體：金紅石，銳鐵礦，鈦鐵礦，三者有時(shí)呈現(xiàn)共生關(guān)系.金紅石中含有鋯石，鈦鐵礦，以及金紅石脈切穿直閃石單晶現(xiàn)象，并且鈦鐵礦是以出溶的狀態(tài)存在，而不是顆粒穿插的結(jié)果.同時(shí)可以見(jiàn)到金紅石與鐵鐵礦連生并“交代”鈦鐵礦現(xiàn)象.

以下是對(duì)金紅石所做的探針實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù).

表3 金紅石的電子探針數(shù)據(jù)

由上可以看出，金紅石是主要的含鈦的礦物，其TiO2的含量達(dá)到97.06%.而鈣，鎂，鉀的含量都非常低.這可能是變質(zhì)的程度不高所導(dǎo)致的.金紅石在變質(zhì)過(guò)程中是由鈦鐵礦轉(zhuǎn)變而來(lái)的，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.另外，由表3中可以看出，這些元素的含量相比較來(lái)說(shuō)，除了鈦元素之外，鐵的含量是最大的，這也是我所研究的金紅石為黑色的原因.

變質(zhì)蝕變型礦床(碾子溝金紅石礦床)金紅石主要為蝕變成因,少量為變質(zhì)成因[3].金紅石自然顆粒主要為充填晶間空隙及礦物解理的集合體(A),次為與滑石共生的集合體(B)及與直閃石或滑石共生的單晶(C),少量為與角閃石共生或與鈦鐵礦連生的單晶 (D).金紅石自然顆粒粒度最粗的為A(0.5～80mm),次為B(0.25～2.2mm)及C(0.1～0.75mm),最細(xì)的為D(0.02～0.3mm).上述特征使本類型礦金紅石自然顆粒以粗粒型為主.

總的來(lái)說(shuō)該巖石中金紅石具有如下特點(diǎn) (1)金紅石粒度總體上較粗;(2)相對(duì)較細(xì)的顆粒數(shù)目雖較多,但重量百分含量卻較低;較粗的顆粒數(shù)目雖較少、但重量百分含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì).

3 結(jié)論

通過(guò)本文的論述，以及各種設(shè)備的測(cè)試，對(duì)山西金紅石礦進(jìn)行分析得出了以下結(jié)論：

（1）鈦鐵礦和金紅石共生，并經(jīng)常在金紅石中出溶，并且其顆粒大小范圍不大，一般呈現(xiàn)平行出溶分布.

（2）黑色金紅石中主要礦物為直閃石，金云母，金紅石，綠泥石，鈦鐵礦，鋯石，綠簾石，磷灰石，榍石，微量礦物為磁鐵礦，赤鐵礦，銳鐵礦等.

（3）該巖石中鎂鐵元素的含量較高，而鈣的含量較少.

（4）礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，巖石結(jié)構(gòu)主要為它形晶，自型晶，半自型和不等粒結(jié)構(gòu).

（5）金紅石和鈦鐵礦的顆粒大小較大，比我國(guó)其他金紅石礦區(qū)的顆粒要大.

（6）該礦床經(jīng)過(guò)了兩次變質(zhì)作用和一次蝕變作用而形成，不同于一般的變質(zhì)類型礦床.

〔1〕徐少康，劉力生，云連濤，鄧小林.碾子溝金紅石礦床變質(zhì)作用特征及其與成礦的關(guān)系[J].華工礦產(chǎn)地質(zhì)，2002(3)：48-58.

〔2〕IMA-CNMMN角閃石專業(yè)委員會(huì)全體成員.角閃石命名法——國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)新礦物及礦物命名委員會(huì)角閃石專業(yè)委員會(huì)的報(bào)告.2001.

〔3〕龐爾成.山西省代縣金紅石礦礦物學(xué)特征及選礦研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2005.

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A

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2016-11-23

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