南秦嶺千家坪釩礦床釩賦存狀態研究

朱紅周, 侯俊富, 原連肖, 王淑利

(西北有色地質研究院,西安 710054)

南秦嶺千家坪釩礦床釩賦存狀態研究

朱紅周, 侯俊富, 原連肖, 王淑利

(西北有色地質研究院,西安 710054)

千家坪釩礦床產于南秦嶺下寒武統黑色巖系中,礦石類型主要為硅質巖夾泥巖型。該礦床釩元素賦存狀態研究,對于探討釩成礦富集機制和釩提取利用均有重要意義。物相分析、X衍射分析和電子探針等研究共同表明:千家坪釩礦床中釩以三價釩為主,占74.22%,五價釩次之,占25.78%;釩主要以類質同相形式賦存于云母類礦物中,占61.72%,其次以吸附狀態存在于炭質、粘土礦物中,游離氧化物中少量。含釩礦物主要為釩云母,少量含釩鐵、銅氧化物和釩鈦磁鐵礦等。釩云母有1M型和2M1型兩種標型,1M型釩位于云母結構層之間;2M1型釩不僅取代了位于六次配位的八面體層中的Al3+,而且取代了Si-O四面體層中的Al3+。

釩賦存狀態 黑色巖系 千家坪釩礦床 南秦嶺

Zhu Hong-zhou,Hou Jun-fu,Wang Shu-li.Study on occurrence of vanadium in the Qianjiaping vanadium deposit of the South Q inl ing[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0643-0648.

我國南方廣泛發育下寒武統黑色巖系,其中富含鉑族元素(PGE)、稀土元素(REE)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、錫(Sn)、硒(Se)、釩(V)、鈾(U)、鉈(Tl)、鋇(Ba)和釓(Gd)等多種元素,常有大型礦床產出(張愛云等, 1987;陳華勇等,2001;邢樹文等,2002;范德廉等, 2004;江永宏,2009)。黑色巖系中已發現了許多大型釩礦床,據統計,資源量約1.18億噸,是釩鈦磁鐵礦中釩總儲量的7倍(林海玲等,1999;唐修義等, 2004;)。黑色巖系中釩礦床釩元素賦存狀態研究,對于探討釩成礦富集機制和釩提取利用均有重要意義。已有研究表明,黑色巖系有關釩礦床中釩元素賦存狀態在不同地區及礦床中均有差別,釩主要以類質同相形式賦存于云母類礦物中(高艷君,1981;孫智永,1997;盧家爛等,1999;呂惠進,2005;陳建華等,2007;吳惠玲等,2008)。千家坪釩礦床是近年在陜西省商南縣發現的大型釩礦床,本文通過顯微鏡觀察、X衍射分析和電子探針等分析測試手段研究了該礦床釩元素賦存狀態。

1 礦床地質特征

千家坪釩礦床區域上位于南秦嶺加里東-印支褶皺帶中段(圖1)。區域上,沿南秦嶺寧陜-柞水-山陽-商南帶分布有系列呈島鏈展布的古隆起,自西向東產出有:佛坪、小磨嶺、陡嶺等,古隆起由早震旦系基底及上震旦統下古生界蓋層組成,與北揚子大陸可相類比。環繞這些古隆起形成特定的深水半深水次級滯留斷陷盆地沉積環境,沉積形成寒武系水溝口組(∈1sh)黑色巖系,其斷續分布于寧陜冷水溝-商南千家坪一帶,長約230km,為釩、金礦產的有利含礦建造(侯俊富,2008;張復新等,2009),千家坪釩礦床位于陡嶺古隆起邊緣,寧陜冷水溝-商南千家坪含礦黑色巖系東段。

礦區位于冷水河倒轉向斜北翼(倒轉翼),構造線呈北西西走向,地層向北傾,為一單斜層構造。礦區斷裂構造分布于含礦層以北,主要呈東西走向,西段走向轉向北西向。自北而南有F10、F11、F12三條(圖1),均為脆性-韌脆性淺層次斷裂構造。礦區巖漿巖不發育。

圖1 南秦嶺千家坪釩礦床地質圖Fig.1 Geologicalmap of the Q ianjiap ing vanadium deposit,South Qinling

礦區出露地層主要為震旦系燈影組(Z2dn)、寒武系水溝口組(∈1s)和岳家坪組(∈2y)。其中,寒武系水溝口組(∈1s)為礦區含礦地層,總體為一套炭、硅、泥、碳酸鹽巖組合。

千家坪釩礦產于下寒武統水溝口組中-下段含結核炭硅質巖、含結核泥巖、黑色炭質泥巖、泥巖中,層位穩定,已控制長度7550m,自西向東分別圈出Ⅰ-1和Ⅰ-2兩個釩礦體。礦體形態簡單,呈層狀,東西向展布,單個礦體沿走向工程控制長度3700～3850m,礦體水平厚度1.30～28.76m,平均厚度11.52～12.70m。礦體產狀穩定,與圍巖基本一致,傾向北,傾角50°～85°,總體產狀2°～5°∠71°(圖1)。單工程V2O5品位為0.73～1.25%, V2O5平均品位0.94～1.05%。

2 釩賦存狀態

2.1 礦石類型

依據礦石礦物成分、結構、構造,主要礦石類型為炭硅質巖夾泥巖型釩礦石,局部為(炭質)泥巖型釩礦石。

炭硅質巖夾互泥巖型釩礦石:由黑色炭硅巖夾泥巖或二者互層組成,具有炭硅質巖型與泥巖型礦石的雙重礦物成分和結構、構造,黑色炭硅巖組成礦物以石英為主,石英含量65%～95%;次為粘土礦物(水云母、高嶺石)10%,炭質2～10%、方解石1%、褐鐵礦5～7%、黃鐵礦0.5%等。礦石呈隱晶結構。泥巖型礦石礦物組成以粘土礦物高嶺石、水云母為主,粘土礦物含量≥75%,炭質<2%,次為黃鐵礦、石英等;隱晶-泥質結構。

(炭質)泥巖型釩礦石:主要由泥(頁)巖組成,可含少量炭硅質紋層。礦物組成以粘土礦物高嶺石、水云母為主,粘土礦物含量≥75%,炭質一般< 2%,局部炭質可達5～15%,次為黃鐵礦、石英等;隱晶-泥質結構。

2.2 釩礦石物相分析

采集礦區有代表性的礦石樣品(采樣位置見圖1),磨至+200目,分別按照礦物成份、化學成份分類和價態做3種物相分析,結果見表1。

由表1可知,按礦物分類做釩的物相分析,釩主要賦存于云母類礦物中,占61.49%;其次賦存于氧化鐵及粘土礦物中的釩,占32.81%;電氣石及石榴石中的釩,僅占5.47%。方法按化學成分做釩的物相分析,硅鋁酸鹽中的釩占70.31%,炭質中的釩占20.31%,主要以吸附狀態賦存。游離氧化物中的釩占9.38%。方法按釩的價態進行物相分析,釩的地球化學電價為V2+、V3+、V4+和V5+,自然界中釩主要呈V3+、V5+存在,V3+幾乎不形成本身的礦物,而是以類質同象形式存在于鐵和部分鋁的礦物中, V4+則形成獨立礦物-釩酸鹽的形式存在,通常與鈾、磷共生(劉英俊等,1984)。V4+不穩定。千家坪釩礦床礦石中釩以低價(V3+)釩為主,占74.22%,五價釩為次,約占25.78%。

表1 千家坪釩礦床礦石釩物相分析結果Table1 Phase analysis of the ores in the Qianjiaping vanadium deposit

2.3 含釩礦物

在上述物相分析的基礎上,為了進一步確定含釩礦物,通過顯微鏡觀察、X衍射分析和電子探針分析,主要的含釩礦物如下:

2.3.1 釩云母:[K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2]

6件礦石樣品X衍射分析結果見表2。樣品中均含有石英、云母、伊利石,云母和伊利石含量與V2O5含量關系如圖2,V2O5與云母和伊利石成正相關關系。云母和伊利石呈細鱗片狀與石英一起均勻分布,巖石層間界面處有定向排列現象。

X衍射分析證實含釩礦物為釩云母,測試結果見表3。釩云母有兩種標型:其一為1M型,化學式KV2(Si3Al)O10(OH)2,釩位于云母結構層之間;其二為2M1型,化學式為(K,Ba,Na)0.75(Al,Mg,Cr, V)2(Si,Al,V)4O10(OH,O)2,V不僅取代了位于六次配位的八面體層中的Al3+,而且取代了Si-O四面體層中的Al3+,形成了2M1型釩云母。

2.3.2 赤鐵礦(Fe2O3)、褐鐵礦(Fe2O3.nH2O)

通過顯微鏡觀察和電子探針分析氧化鐵的含釩性,分析結果見表4。赤、褐鐵礦有三種不同的分布狀態:①膠狀赤、褐鐵礦:主要呈斑點狀分布于巖石中,無一定形狀,其次是呈脈狀平行變余層理分布,其中有微量的釩存在。②橢圓狀、結核狀、眼球狀:長軸方向平行或斜交巖石層理,其中有少量的釩存在,比膠狀赤、褐鐵礦的含釩較高。③由有黃鐵礦氧化形成者,仍保留黃鐵礦假晶。

表2 千家坪釩礦床礦石X衍射分析結果(%)Table2 X-ray diffraction analysis of the ores in the Q ianjiap ing vanadium deposit(%)

表3 千家坪釩礦床礦石X衍射分析結果Table3 X-ray diffraction analysis of the ores in the Qianj iaping vanadium deposit

表4 千家坪釩礦床礦石中赤、褐鐵礦電子探針分析Table4 Electron m icroprobe analysis of the hematite and l imon ite in the ores in the Qianjiaping vanadium deposit

圖2 千家坪釩礦床礦石中V2O5含量與云母+伊利石含量關系圖Fig.2 Relationship between V2O5and vica plus illite of the ore in the Qianjiaping vanadium deposit

2.3.3 黃銅礦(CuFeS2)、銅藍(CuS)、黝銅礦(Cu12(Sb4S13))

黃銅礦含量很少,呈星點狀分布于巖石中,在黃銅礦的邊部有蝕變礦物銅藍交代,銅藍中含有較高的釩。黝銅礦呈包裹體狀位于黃鐵礦中,其中Cu

表5 千家坪釩礦床礦石中銅藍、黝銅礦電子探針分析W b%Table5 Electron m icroprobe analysis of covellite and tetrahedrite in the ores in the Q ianj iap ing vanadium depositWb%

表6 千家坪釩礦床礦石中的釩鈦鐵礦電子探針分析W b%Table6 Electron m icroprobe analysis of the sefstrom ite in the ores in the Qianjiaping vanadium depositW b%

2.3.4 釩鈦鐵礦

礦物在巖石中分布比較分散,呈星散狀,在巖石可被Ag、Hg、Pb、Zn、Au、Ni、Co、V等類質同相代替,根據電子探針分析,其中含有一定量的釩(表5)。成分含量有差異,但成分的相對含量均未變,特別是含釩的量,其中含T iO2最高,其次是FeO、SiO2,與鈦鐵礦化學組成比較相近,可能是釩代替了鈦鐵礦中的鐵而形成了釩鈦鐵礦。

裂隙附近分布較集中。單偏光鏡下呈棕灰色,反射率與閃鋅礦相近,呈針、柱狀,正交鏡下可見其較強的非均質性,反射色比閃鋅礦顯棕,比磁鐵礦顯灰。此礦物做了兩個點的電子探針分析(見表6),雖然

1)千家坪釩礦床產于下寒武統水溝口組黑色巖系中,礦石類型主要為炭硅質巖夾泥巖(互層)型,少量泥巖型。礦石主要成分為石英,其次為粘土礦物(水云母、高嶺石)、炭質、鐵的氧化物等。

2)經物相分析、X衍射分析和電子探針分析,釩以三價釩為主,占74.22%;五價釩次之,占25.78%。釩主要以類質同相形式賦存于云母類礦物中,占61.72%,其次吸附狀態存在于炭質、粘土礦物中,少量賦存于鐵、銅氧化物和釩鈦磁鐵礦等中。含釩礦物主要為釩云母,其有兩種標型,其一為1M型,釩位于云母結構層之間;其二為2M1型,V不僅取代了位于六次配位的八面體層中的Al3+,而且取代了Si-O四面體層中的Al3+。

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Study on Occurrence of Vanadium in the Qianj iaping Vanadium Deposit of South Q inling

ZHU Hong-zhou, HOU Jun-fu, YUAN Lian-xiao, WANG Shu-li
(Northwest Nonferrous Geological Research Institute,Xi’an 710054)

The Qianjiaping vanadium depositwas hosted in the lowerCambrian black rock series.The Studyon occurrence of this deposit is important to the understandingof the ore enrichedmechanis m and the extraction and exploitation of vanadium.Analysesof the materialphase,X-ray diffraction and electron microprobe observation suggest that the vanadium of the deposit is dominated by low valence,accounting for 74.22%,next is pentavalent vanadium,accounting for 25.78%.The vanadium occurrence ismainly same-phase in the micaceous minerals,accounting for 61.72%,secondly absorbed in the carbon base and clayminerals,and a little in the oxides.The mineralwith vanadium mainly is roscoelite.The roscoelite has two types:1M and 2M1. The vanadium is between the structural layersof themica in the 1M type.Vanadium replaces aluminum notonly in the six-ligand octahedral layer,but also in the Si-O tetrahedral layer.

occurrence of vanadium,black rock series,Qianjiaping vanadium deposit,South Qinling

book=7,ebook=367

P618.61

A

0495-5331(2010)04-0643-06

2009-10-09;

2010-06-21;[責任編輯]鄭 杰。

全國危機礦山項目(編號:200614004),(編號:200899500)資助。

朱紅周(1963年-),男,1987年畢業于西北大學,獲學士學位,高級工程師。現從事礦產地質勘查、管理與科研工作, Email:865219134@qq.com。