鋁土礦地質(zhì)特征及成礦條件研究

湯 飛

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊(duì)，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

0 引 言

鋁土礦的主要產(chǎn)地是中國、印度和巴西。雖然我國鋁土礦資源儲(chǔ)量低，但相應(yīng)的需求量也很大。就我國鋁土礦資源相關(guān)的地質(zhì)條件和成礦特征，系統(tǒng)勘探對(duì)于鋁土礦勘探的正常工作是非常有幫助的。同時(shí)，因?yàn)殇X土資源的分布非常廣泛，具體成分也多樣，成礦過程的復(fù)雜與多變，影響的因素較多。

1 鋁土礦概述

中國的鋁土礦源，一般在山西和貴州。按照前人的分析研究經(jīng)驗(yàn)可以看出，在鋁土礦成礦方面，我國與國外具有相同的地理?xiàng)l件，部分地區(qū)與其他國家存在差異。但是，我國的鋁礦土資源比較特別。例如，在國外，新生代紅土類鋁土礦約占總出貨量的83 %，沉積型鋁土礦大概占有16 %，堆積型鋁土礦在0.5 %以下。我國的沉積型鋁土礦儲(chǔ)存量非常高，達(dá)到了90 %，新生代紅土的鋁土礦在中國很少有，堆積型鋁土礦所占的比例僅為10 %。

2 鋁土礦礦床分類

2.1 國外鋁土礦分類體系

經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的漫長研究，國外地質(zhì)學(xué)家大多根據(jù)鋁土礦礦物組成、礦床成因與產(chǎn)地的大地構(gòu)造背景，深入分析并研究了鋁土礦。首先，利用礦石礦物的化學(xué)成分劃分鋁土礦分類。在實(shí)際應(yīng)用中，該辦法將有助于重新劃分我國的鋁土礦地球化學(xué)特征和礦產(chǎn)研究；而通過一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，目前我國鋁土礦的形態(tài)特征和地質(zhì)產(chǎn)狀，已作為我國鋁土礦劃分的重要標(biāo)準(zhǔn)。這些劃分模式可以反映礦體的存在形式與情況，但仍無法成為我國鋁土礦劃分的準(zhǔn)則。有些地質(zhì)研究者對(duì)我國鋁土礦實(shí)行了純劃分，其在現(xiàn)場的適用性并不會(huì)非常高。根據(jù)土壤生成的具體條件，多布申斯基曾將我國鋁土礦主要?jiǎng)澐譃槌练e類和紅土類。而目前，根據(jù)國外鋁土礦的種類，則主要分為喀斯特和紅土，在這里，巖溶景觀鋁土礦主要生成于碳酸鹽巖巖溶表面，而紅土則生成于鋁硅鹽酸上?；鶐r分類與母巖和礦體中的物質(zhì)成分、形狀及其演示學(xué)特性等有關(guān)。近年來，在向世界各地引入中國鋁土礦資源的過程中，鋁土礦的種類主要和基巖種類相結(jié)合。

2.2 國內(nèi)鋁土礦分類體系

1984年，礦物儲(chǔ)量委員會(huì)把鋁土礦分成堆積型、堆積型和紅土類型。沉積類型可分為2個(gè)亞類：碳酸鹽侵蝕面上的地層和鋁硅酸鹽侵蝕面上的地層。由于礦床的形成原因，學(xué)者李啟津指出，憑借一水硬鋁石的標(biāo)型基本特點(diǎn)和礦物來源的一些基本資料，可將其分為以下類型：紅土沉積紅木型、紅土沉積類型、鈣質(zhì)紅土型、巖溶堆積型、紅土類型[1]。

3 鋁土礦的地質(zhì)特征分析

3.1 古風(fēng)化型鋁土礦

古風(fēng)化型鋁土礦的重要形態(tài)主要是透鏡狀和層狀，其中一部分礦物是石灰?guī)r形成的。自上而下形成含鐵礦層，主要由泥巖、石灰石、鋁等多金屬礦層組成。礦層的化學(xué)穩(wěn)定性很強(qiáng)。一般情況下，長度、寬度和厚度分別為200～500 mm、500～1500 mm和1～3 mm。古風(fēng)化作用中，鋁土礦的主要成分包括了鐵礦石、鋁多金屬礦、鋁質(zhì)巖、水泥石，礦石結(jié)構(gòu)以中質(zhì)量和膠態(tài)的居多。該礦物品質(zhì)較高，且分布范圍廣泛，含硫量大，目前尚未開發(fā)利用。因?yàn)檫@類鋁土礦石堆積型鋁土礦的原生礦，受到產(chǎn)量質(zhì)量以及糧食儲(chǔ)量影響著其產(chǎn)量質(zhì)量和特性[2]。

3.2 堆積型鋁土礦

堆積型的中國鋁土礦石，是同古風(fēng)類型中的中國鋁土礦物的另一種原生礦物。其在工業(yè)上應(yīng)用十分寬廣，這類礦體具有較大的復(fù)雜性，一般為環(huán)狀、線形、不規(guī)則狀等。在地拋面條件下，礦體的一般劃分形式表現(xiàn)為透鏡狀和層狀。因?yàn)榈匦谓Y(jié)構(gòu)十分脆弱，經(jīng)常會(huì)有一些變化，使礦體的形狀有所變化。堆積型鋁土礦的主要成分為鈦礦石、鐵礦石、硅礦石和鋁礦石，就自然類型而言，該礦物屬于一水硬鋁石鋁土礦。在制造業(yè)上，相關(guān)的技術(shù)流程也可以來制造氧化鋁。而在工業(yè)生產(chǎn)上，該礦物也是一個(gè)高鐵鎂鋁土礦[3]。

3.3 紅土型鋁土礦

紅土型鋁土礦中的所有組成礦物，都是以長時(shí)間的風(fēng)化溶解中形成不同種類的碳酸鹽巖，根據(jù)礦體來看，這種鋁土礦的主要形式是層狀和層狀中國鋁土礦，礦層具有非分強(qiáng)大的穩(wěn)定性能，由于產(chǎn)狀和埋藏面積、坡向以及地形和坡度等的原因，構(gòu)成中國鋁土礦層主要是粘土和鋁土礦。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了豆形和塊狀的結(jié)合。在礦石構(gòu)造方面，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了赤鐵礦、石英等。

4 鋁土礦成礦作用

4.1 巖溶古地理的探礦作用

(1)中國的巖溶溶出型鋁土礦，大多散布于古陸和海島的邊沿。對(duì)帶有封閉特性的盆地，鋁土礦礦化過程涉及以下益處：密閉性好、地表海洋對(duì)流較少的盆地，可以使盆地內(nèi)的成礦溶劑產(chǎn)生較好的酸性，從而保證以高嶺石等一系列黏土礦石為主要成分的沉積物質(zhì)可以將水浸脫硅轉(zhuǎn)化為中國鋁土礦。

(2)在平緩寬廣的盆地山坡上，可堆積大量火成巖的礦物；陡峭狹窄，各種成礦物質(zhì)保存完好。古陸古島的規(guī)模，對(duì)于附近的成礦盆地起著決定性的作用。以霍西—鶴洞盆地為例，在西坡集中有貧瘠鋁土礦成礦帶，在附近呂梁古陸中的礦石非常多，因?yàn)榛羯焦艒u規(guī)模范圍較小，因此對(duì)于大量的成礦石難以形成，這導(dǎo)致了沁源盆地西部斷礦區(qū)礦床厚度相對(duì)比較薄，進(jìn)而形成的成礦資源價(jià)值非常低[4]。

4.2 紅土風(fēng)化成殼

鋁土礦在分布上大多集中于侵蝕面，并伴有沉積作用。地表淺層暴露出來的鐵鋁巖系在長期以往的沉積中，經(jīng)過風(fēng)化的作用，會(huì)形成紅土和鈣紅土風(fēng)化殼。與此同時(shí)，經(jīng)過長期風(fēng)化的土壤，起初會(huì)溶解成鋁礦土等一些礦源巖。在地表水和地下水的共同影響下，會(huì)形成堿式水溶液。該水溶液將形成溶解物源中二氧化硅的損失，并析出氧化物鋁、氧化物鐵和二氧化硅，從而形成硅溶膠。

4.3 河流搬運(yùn)沉積

一般在濕熱環(huán)境下，因?yàn)闀?huì)長時(shí)間進(jìn)行風(fēng)化，鋁土礦礦源會(huì)形成一些鋁膠體的懸浮液，河流將其運(yùn)送到礦坑中。因在介質(zhì)性質(zhì)差異的因素下，可沉淀氧化鋁粒子。在特定的運(yùn)動(dòng)階段時(shí)，由于受到地面引力分異的作用，古大陸邊緣產(chǎn)生了大量粗碎物的聚集地，繼而產(chǎn)生高品位的鋁土礦。在遠(yuǎn)離古大陸的水體上，膠體溶液會(huì)出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。從而產(chǎn)生一小部分物質(zhì)來源好、但品質(zhì)較差的鋁土礦[5]。

4.4 礦石變優(yōu)過程

當(dāng)鋁土礦的掩埋深度不深時(shí)，就直接裸露于土壤表面。而隨著長時(shí)間風(fēng)化腐蝕，受地表水和雨水的影響，更容易產(chǎn)生酸式。在強(qiáng)酸性水溶液的影響下，會(huì)形成很多的粘土礦物脫硅。但雨水則會(huì)沖走已溶解物質(zhì)有Fe(OH)3和SiO2等，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定后，留下了Al2O3，這將增加礦物質(zhì)量，礦石結(jié)構(gòu)松散，色澤變淡。礦層位于地下，隨著時(shí)間的推移，覆蓋層也會(huì)變厚?；诖酥星闆r之下，我國鋁土礦中的壓強(qiáng)會(huì)有所增加，干擾了礦物的順利固結(jié)，使之在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，容積逐漸減小。在鋁土礦中會(huì)形成很多的小裂隙，影響縫隙中水的流動(dòng)；當(dāng)水顯堿性時(shí)，鋁土礦會(huì)帶走粘土礦物中的Fe(OH)3和SiO2等。脫硅使鋁土礦的品質(zhì)有所增加，脫硅以后的粘土礦物向高貴粘土進(jìn)行轉(zhuǎn)變，還有一些則會(huì)向鋁土礦邊界品位的鋁土礦進(jìn)行轉(zhuǎn)變。當(dāng)水呈酸性并富含SiO2等時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生有序的高嶺石，并在鐵鋁酸鹽底部產(chǎn)生了一層高嶺土；當(dāng)水中含有二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子時(shí)，底部礦石極有可能形成鐵黏土巖和鐵鋁巖，并可以形成山西型鐵礦。

5 共生礦產(chǎn)

5.1 鐵礦

鋁土礦共生鐵礦通常產(chǎn)于沉積型，或喀斯特礦床中，位于礦體和底板之間的夾層中。在貴州鋁土礦共生鐵礦也被稱之為清鎮(zhèn)市鐵礦。據(jù)計(jì)算，共生鐵礦體的實(shí)際延伸直徑可達(dá)到數(shù)十米或數(shù)百米；厚度則可保持在1～2 m之內(nèi)。由于共生鐵礦石的資源量大，又受各種原因制約，造成了鋁土礦共生鐵礦的實(shí)際效率低下。

5.2 硫鐵礦

鋁土礦與共生硫鐵礦，主要產(chǎn)于沉積類型或?yàn)榭λ固仡愋偷V體的中下部，以星點(diǎn)狀或團(tuán)塊狀等形態(tài)產(chǎn)生，與隕硫鐵和粘土礦物一起組成了礦石礦物。這一種類的共生硫鐵礦，主要散布于貴州喀斯特鋁土礦中，而該共生礦產(chǎn)的實(shí)際使用程度也相當(dāng)?shù)汀?/p>

5.3 鐵礬土

科學(xué)研究也證實(shí)，鐵礬土與鋁土礦主要以共生形態(tài)賦存，在中國華北地區(qū)較為普遍。鋁土礦與共存的鐵礬土礦體，基本賦存于上石炭統(tǒng)本溪組的底層含鐵巖系之中，并具體在較高鋁黏土地層的下方。但該共存礦藏的開發(fā)利用程度相當(dāng)?shù)拖拢叫柽M(jìn)一步優(yōu)化完善的開發(fā)利用系統(tǒng)。

5.4 三水鋁石礦

鋁土礦及共生三水鋁石礦的品質(zhì)相對(duì)而言較低，在桂西地區(qū)的堆積類礦床中遍布。桂西的中國鋁土礦層序特點(diǎn)見圖1。對(duì)堆積型礦床來說，它賦存于第四紅色地層，而紅色地層當(dāng)中又具有相當(dāng)面積的三水鋁石層，其近三成所含礦巖系已超過邊界品位，溶出量的最小值可達(dá)96 %。共生三水鋁石礦由于具備較高的熱溶出物特性，其冶煉生產(chǎn)成本低廉，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

圖1 桂西鋁土礦層序特征Fig.1 Strata succession of Bauxite in Guixi municipality

6 以貴州省正安縣旦坪鋁土礦為例

6.1 礦石類型和品級(jí)

以貴州省正安縣旦坪鋁土礦為例，旦坪中鋁土礦的天然形態(tài)可分成4類：碎屑型、豆鮞狀、致密狀和半土狀的中國鋁土礦。礦區(qū)內(nèi)的各礦體中都散布有碎屑狀和豆鮞形的中國鋁土礦，而0.5土星鋁土礦則主要散布于礦井后部，致密鋁土礦主要分布在礦區(qū)南部。

6.1.1 碎屑狀鋁土礦

礦區(qū)主要自然類型，占樣品總量的78.38 %?；疑?、深灰色、黃灰，為碎片樣結(jié)構(gòu)，或塊狀構(gòu)成。礦物結(jié)構(gòu)由疏松至緊密。這類碎屑顆粒很明顯，主要以砂屑和礫石碎屑的形式存在。碎屑片呈棱角狀、球形，大小不等，且分布不規(guī)則。Al2O3的平均濃度是56.41 %，a/s 6.95。不同碎屑類型中鋁土礦的品質(zhì)差異較大。其中，灰色和深灰色角礫巖中鋁土礦的品質(zhì)較好。但隨著角巖屑濃度的減少，也逐漸和零點(diǎn)五土質(zhì)鋁土礦有關(guān)。

6.1.2 豆鮞狀鋁土礦

該區(qū)鋁土礦屬次生自然類型，占樣品總數(shù)的14.41 %?；野住⑸罨屹|(zhì)，為豆鮞樣構(gòu)成，塊狀構(gòu)成。礦石疏松易碎，孔隙率大，吸水性強(qiáng)。Al2O3的平均含量為53.64 %，a/s 5.38。

6.1.3 致密狀鋁土礦

該區(qū)鋁土礦屬次生自然類型，占總樣品的5.44 %。灰、深灰色，為泥質(zhì)的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，局部區(qū)域有碎屑結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。礦物中的一水硬鋁石含量大約為50 %。礦石結(jié)構(gòu)緊密，表層細(xì)致，硬度高，但脆性較大，切面均勻光潔，呈貝殼狀，但吸水性較弱。因此它是一個(gè)極低品位的熱不平衡透鏡。

6.1.4 半土狀鋁土礦

該區(qū)鋁土礦主要為次生自然類型，占樣品總量的1.77 %，為深灰色、灰白色和黃灰色。礦石主要呈泥巖粉晶構(gòu)造和0.5土質(zhì)塊態(tài)構(gòu)造。礦石表層粗糙，裂隙不均勻，但吸水性較強(qiáng)，且質(zhì)量松散，常呈現(xiàn)0.5土狀。Al2O3的一般濃度為64.21 %，a/s 15.67。礦石質(zhì)量比較好。

6.2 礦石品級(jí)及工業(yè)類型

6.2.1 礦石品級(jí)

礦區(qū)礦石按《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范鋁土礦》鋁土礦品位分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分。根據(jù)礦區(qū)礦體統(tǒng)計(jì)，礦石品位有V和VI 2種，其中V級(jí)產(chǎn)品占21.27 %，VI級(jí)產(chǎn)品占78.73 %，可用于氧化鋁生產(chǎn)。

6.2.2 礦石工業(yè)類型

按照一般的劃分方法，將礦區(qū)礦石工業(yè)類型主要?jiǎng)澐譃橹辛蚝F(0.3 %

6.3 礦體圍巖和夾石

6.3.1 礦體圍巖

鋁土礦礦體直接頂部，包括鋁土礦、鋁質(zhì)黏土巖、P2/碳質(zhì)泥土巖、p2q灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r。礦體底板主要包括中國鋁土礦、鋁土礦泥砂巖、隕硫鐵和黃泥巖夾頁巖。煤層的直接頂部包括了黏土巖、碳質(zhì)黏土巖、石灰石，底層則為鋁質(zhì)黏土巖。結(jié)構(gòu)見表1。

表1 旦坪鋁土礦礦體直接頂?shù)装鍘r石巖性特征Tab.1 Lithology of roof and floor rocks of the bauxite orebody

6.3.2 夾石

根據(jù)礦區(qū)299個(gè)鉆孔、104個(gè)山地工程統(tǒng)計(jì)綜合分析結(jié)果。I號(hào)礦體見5個(gè)不穩(wěn)定夾石，II、VII號(hào)礦體各見1個(gè)不穩(wěn)定夾石產(chǎn)出，呈單工程插花狀分布；僅在VI號(hào)礦體見連續(xù)性不穩(wěn)定夾石產(chǎn)出，礦體中部無礦天窗北部見2層不穩(wěn)定夾石產(chǎn)出。

7 結(jié) 語

應(yīng)促進(jìn)我國鋁土礦資源勘察工作質(zhì)量的提高，盡快開發(fā)利用鋁土礦等重要礦產(chǎn)資源，在利用過程中要注意不破壞自然環(huán)境，嚴(yán)格按照我國的有關(guān)法令，保證研究的合理性與科學(xué)性，合理利用礦山資源，推動(dòng)資源利用率提高，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的良好發(fā)展提供了條件，增加經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)國民經(jīng)濟(jì)的健康快速發(fā)展。