黔北正安張家院鋁土礦床概略技術經濟評價模式

張華松，王希文，葛 辰，楊 曼，翁申富，朱成林

（貴州省地礦局106地質大隊，貴州遵義563009）

黔北正安張家院鋁土礦床概略技術經濟評價模式

張華松*，王希文，葛 辰，楊 曼，翁申富，朱成林

（貴州省地礦局106地質大隊，貴州遵義563009）

正安張家院鋁土礦經地質普查工作證實，是黔北務正道鋁土礦中的一個品質中等具大型規模的鋁土礦床。經概略技術經濟論證，開發該礦床投資效果良好，投資償還期為7.51年，投資收益率為13.21%，表明未來礦山、氧化鋁廠受益非淺。可作為張家院鋁土礦床由地質普查轉入地質詳查的決策依據，其概略技術經濟評價的方法或模式可供地質同行在評價類似鋁土礦時參考。

鋁土礦；技術經濟評價模式；正安張家院

位于黔北正安縣境內的張家院鋁土礦床，礦體產于呈南北向展布的張家院向斜北段兩翼及轉折端（I號礦體）和向斜中部西翼（Ⅱ號礦體）。礦體南北長2800～3700m，東西寬1600～3400m，展布面積4.42～8.36km2，于2011年3月～2013年2月由我隊進行地質普查，完成1∶50000地質填圖220km2、1∶10000地質填圖45.45km2，探槽1052.48m3、淺井6.80m、鉆探17560.95m（40個鉆孔）。工程的布置與施工嚴格遵循由已知到未知、由淺而深和由稀到密的原則。地表山地工程，在含礦巖系出露地段，沿礦體走向以200m的間距布置施工山地工程，對深部礦體按400～800m的勘查間距施工鉆孔。求獲333+334類鋁土礦礦石資源量5564.03×104t，同時對礦石中伴生的有益元素鎵（Ga）、鋰（Li）、鈧（Sc）進行了綜合評價，共估算鎵（Ga）金屬量2570.58t，鋰（Li）金屬量4078.43t，鈧（Sc）金屬量504.11t。從而提高了綜合開發利用的工業價值，因此,張家院鋁土礦已被列入黔北務正道鋁土礦整裝勘查區內的重點對象之一。

張家院鋁土礦在普查階段地勘總投資為1900萬元，鋁土礦的單位勘查成本為0.34元/噸礦石，地質工作投資效果為768.69倍，說明地質勘查效果良好。本文選用經濟計算與綜合分析相結合的評價方法，對該礦床進行概略技術經濟評價。鑒于普查工作剛結束，開發期不可知，因此經濟評價方法采用不計時的“總利潤法”，即計算未來礦山全采期的期望總利潤作為目標函數，用資金償還期及靜態投資收益率作評價指標（朱成林等，1986；廖友常等，2008；葉德書等，2009）。其評價模式可供地質同行在評價類似鋁土礦時參考。

1 礦床地質特征

1.1 地層構造

張家院鋁土礦產于上石炭統大竹園組的中上部（劉平，1996）。大竹園組，習稱含鋁巖系，厚2.20～9.99m，自下而上系由粘土巖、鐵質或綠泥石粘土巖、致密狀、半土狀、碎屑狀及豆鮞狀鋁土礦、鋁土質粘土巖以及粘土巖組成。南北向的張家院向斜組成了礦床的構造骨架，向斜兩翼巖層傾角5°～45°，平均16°，呈東陡西緩，其核部地層為三疊系下統夜郎組。勘查區北部和南部構造較簡單，中部地質構造較復雜，但對礦層（體）破壞甚微，不影響礦體分布的連續性和完整性。

1.2 礦床類型及規模

根據成礦地質特征和礦床就位機制，將張家院鋁土礦的成因類型劃分為古風化殼型異地堆積鋁土礦床（中國礦床發現史編委會，2001）；工業類型為一水硬鋁石型鋁土礦床（礦產資源工業要求手冊編委會，2010）。經地質普查求獲333+334類鋁土礦礦石資源總量5564.03×104t，具大型礦床規模。其中，333類資源量3775.18×104t，占67.85%；334類資源量1788.85×104t，占32.15%。礦床由2個礦體所組成，其中，I號主礦體分布在向斜北端兩翼及轉折端，南北長2800～3700m，東西寬1600～3400m，展布面積8.36km2，面含礦率為96%，333+334類鋁土礦礦石資源量3074.33×104t；Ⅱ號礦體分布于向斜西翼中部，呈南北向展布，走向長3000m，寬1000～1540m，展布面積4.42km2，面含礦率約100%，333+334類鋁土礦礦石資源量2489.70×104t。

1.3 礦石質量及礦石類型

礦床礦體平均厚度為2.02m，礦石平均含Al2O3為56.29%,SiO2為12.71%，Fe2O3為10.12%，TS為1.901%，A/S為4.43。據鏡下薄片和人工重砂鑒定，礦石中有用礦物為一水硬鋁石，占礦石礦物總量的60%～ 90%，另有少量一水軟鋁石、膠鋁石，偶見三水鋁石；粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等。礦石自然類型有碎屑狀鋁土礦、豆鮞狀鋁土礦、致密狀鋁土礦和半土狀鋁土礦（表1）。根據《鋁土礦、菱鎂礦地質勘查規范》（GB3497—83）中礦石品級的劃分標準，張家院鋁土礦礦石品級計有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ4種類型，均可用于氧化鋁的生產（表2）。

表1 張家院鋁土礦礦石自然類型主要化學成分特征一覽表

表2 張家院鋁土礦礦石品級主要化學成分特征一覽表

1.4 礦石加工技術性能

張家院鋁土礦床礦石類型與相鄰的紅光壩鋁土礦礦石類型相似，礦石品位較為接近。礦石加工技術性能采用類比法，引用紅光壩鋁土礦初步可溶性試驗結果。

我隊在進行紅光壩鋁土礦詳查時，采集低鐵低硫型鋁土礦（Al2O3為58.35%、Fe2O3＜10%、TS為0.56%、A/S為6.86）試驗樣1件，由中國地質科學院礦產綜合利用研究所采用拜爾法作初步可溶性試驗。氧化鋁相對溶出率97.18%，實際溶出率83.02%，溶出性能良好。鋁土礦中含伴生鎵0.0025%～0.0087%，平均0.00524%，根據鋁土礦初步可溶性實驗，在赤泥中Ga（鎵）的絕對量占原礦中Ga（鎵）的絕對量的12%以下，表明原礦中絕大部分Ga（鎵）進入溶液，可回收利用。據此認為，鋁土礦中的伴生鎵具有可觀的綜合開發利用前景（劉平，2007）。類比紅光壩鋁土礦初步可溶性試驗結果，張家院鋁土礦用“拜爾法”生產氧化鋁是適宜的。

1.5 礦床開采技術條件

礦體產于下志留統韓家店群頁巖或上石炭統黃龍組灰巖古侵蝕面之上，相距1.51～7.51m，I號和Ⅱ號2個礦體均位于當地最低侵蝕基準面之上，地表無大的水體，地下水主要補給來源為大氣降水，斷裂構造對礦體的破壞甚微，含水層富水性中等，據此預測未來礦坑涌水十分有限。就地形切割而言，礦坑一旦發生涌水現象，其涌水量一般不大，易于排放，礦床水文地質條件劃屬中等偏復雜似更恰當。礦體直接頂板以致密狀鋁土質粘土巖或粘土巖為主，極少部分為中二疊統梁山組炭質粘土巖或棲霞組石灰巖，其穩固性稍差，坑采時必須支護；礦體底板為綠泥石粘土巖、鐵質粘土巖或粘土巖等。鑒于礦體頂底板圍巖為節理裂隙不發育、結構較完整的半堅硬巖石，故將其工程地質條件劃為中等類型。礦床范圍內為典型的臺地地形，其面積寬而廣，傾角平緩的鋁土礦層（體）沿臺地邊緣分布，為平坑布設、施工與開采提供了極為有利的地形條件。

2 礦床開發的外部條件

2.1 交通運輸條件

張家院鋁土礦區位于正安縣城南東，距正安縣城平距20km，距遵義市約125km；區內有公路與207省道連接；在建的道甕高速公路與務正高速公路在儉坪鄉交匯，距礦區13km，交通方便。

2.2 供電供水條件

在正安縣境內，目前已建有小型電站44處，總裝機容量6077kW，年發電量1166×104kWh，已全部聯網。擬新建的沙矸電站裝機容量3.8×104kW，烏江及務川洪渡河梯級電站正在開發建設，必將促進烏江電網電能供給的擴大和提升，在不久的將來就能滿足礦山開發的需要。未來礦山用水，可引自流經礦床（區）西部邊緣的馬河支流。該河流一般流量為3.65t/s，尚能滿足礦山開采時用水。礦床（區）附近泉點不僅水量豐富，而且水質好，因此生活用水可以就地解決。

2.3 區域內鋁土礦資源形勢

黔北務正道地區鋁土礦是全國47個整裝勘查項目之一。截至2013年，在勘查區面積3251km2的范圍內，共發現鋁土礦床25處（圖1），求獲鋁土礦資源總量達4.3×108t，具有潛在的資源稟賦，同時還具有礦石質量較佳、開采條件較好、水電充足、交通方便和熔劑灰巖配套等優點，為未來黔北鋁工業基地——氧化鋁廠和電解鋁廠的興建提供了豐富的礦產資源保障。

2.4 配套熔劑灰巖

眾所周知，熔劑灰巖是制取氧化鋁必不可少的配套資源（朱永紅等，2007；潘中華等，2013）。需要量與鋁土礦石的比例為1∶1，因此在氧化鋁廠附近必須探明所需數量的熔劑灰巖供氧化鋁廠配用。在務正道地區每個賦礦向斜的軸部，大都分布有質地優良的中二疊統茅口組灰巖和下三疊統夜郎組中部灰巖，所需熔劑灰巖可就近勘查評價與開發利用，滿足未來氧化鋁廠的配用需要。

3 開采方式和采礦方法

根據礦床礦體產出特征和臺地地形特點，對礦山開采構成了極有利于坑采的耦合效應。因此，采用機械化平硐開拓，階段(中段)開采的采礦方法成為礦山建設的首選方案。選礦方法可在適當破碎的基礎上，以人工手選兼用簡單工具剝離為主，流程簡單。

4 技術經濟指標的確定

張家院鋁土礦已被規劃為黔北鋁工業基地的后備資源保障區，本文以氧化鋁為產品進行概略技術經濟評價，計算出其潛在的經濟價值。

4.1 鋁土礦可采資源量（Qs）

式中：Q——礦石資源量，5564.03×104t；

K——采礦境界內可采資源量系數，0.7；

ε——鋁土礦采礦回收率，80%；

ρ——礦石貧化率，6%。

圖1 黔北務正道地區鋁土礦資源分布圖

4.2 生產1t氧化鋁所需礦石的折合比（A）

A=βA/[β·εA（1-ρ）]=0.986/[0.5958×0.8×（1-0.06）]=0.986/0.448=2.2

式中：βA——氧化鋁產品中Al2O3的平均含量，拜爾法按一級品取值98.6%；

β——鋁土礦礦石中Al2O3的平均含量，59.58%；

εA——氧化鋁綜合回收率，80%；

ρ——礦石貧化率，6%。

根據國內鋁工業發展形勢現狀及預測，礦床地質特征和資源量現狀及其埋藏條件，氧化鋁廠生產規模預期值可確定為30×104t氧化鋁/年（F1），約需礦石66× 104t/年（F2）。

礦山服務年限（T）:T=Qs/F2=3302.81×104t÷66× 104t/年=50.04年

4.3 礦床全采期的期望總利潤（I）

I=Qs·[（P-C）/A-C2/（A·T）-C1/T]-E=3302.81× [（2900-1800）/2.2-5200/（2.2×50.04）-500/50.04]-1900=1460518.21（萬元）

式中：P——氧化鋁售價，2900元/t（參考最近5年中鋁報價）；

C——氧化鋁生產成本（含采礦、運輸、破碎、財務和管理費用、資源稅等及拜爾法制取氧化鋁的成本），據有關資料為1800元/t；

C1——礦山單位鋁土礦基建投資，500元/t；

C2——氧化鋁廠投資，5200元/t；

T——礦山服務年限，50.04年；

E——地勘投資，張家院向斜區總投資1900萬元。

5 經濟效益計算

按上述技術經濟指標公式及參數計算，其結果為：

Qs=3302.81×104t

A=2.2，I=1460518.21萬元（未扣出貸款利息）。

6 礦床開發經濟效果分析

6.1 投資償還期（Ta）

Ta=（R1+R2+R3+E）/（I/T）

式中：R1——礦山基建投資；

R1=Qs·C1/T=3302.81×500/50.04=33001萬元；

R2——氧化鋁廠基建投資；

R2==Qs·C2/（A·T）=3302.81×5200/（2.2×50.04）= 155961萬元

R3——礦山與氧化鋁廠的流動資金；

R3=（R1+R2）×15%=（33001+155961）×15%=28344萬元

Ta=（33001+155961+28344+1900）÷（1460518.21÷ 50.04）=7.51年。

6.2 投資收益率（I）

I=1/Ta=1/7.51=13.21%

7 礦床綜合技術經濟評價

張家院鋁土礦具有大型礦床的遠景規模，地質構造簡單，斷裂構造對礦體的破壞甚微，地層及鋁土礦含礦巖系產狀平緩，礦體厚度基本穩定，分布連續，礦石質量較好。就整個務正道鋁土礦而言，其勘查開發遠景尚有一定擴大空間，可為氧化鋁廠提供后備礦源補充。

根據區內鋁土礦主要礦體的礦石類型和質量特點，可采用拜爾法生產氧化鋁，所需配套熔劑灰巖可就地取材，資源豐富。經計算，礦山開發和氧化鋁生產均可獲得較好的經濟效益，其礦床全采期的期望總利潤可達1460518.21萬元，并可同時回收三稀（鎵、鋰、鈧）礦產以增大礦床收益的附加值。據礦床開發經濟效果分析，投資償還期為7.51年，投資收益率為13.21%，高于國內氧化鋁廠參考基準收益率10%的指標，說明投資效果較好。

區內經濟發展滯后，勞動力資源充足，礦床開發利用必將帶來可觀的經濟效益和良好的社會效益。鑒于礦床埋藏于較高的臺地地形之下，采區居戶人口稀少，因此，坑采一般不會帶來嚴重的環境污染或破壞問題，但要注意對坑采頂板的維護和采空區的回填，以防治地面塌陷或沉降的發生。礦山的建設需進行選址的可行性研究，對地質災害危險性和壓礦情況作出評估。對礦山廢渣，工業廢料要定點堆放，并進行妥善處理。

為了礦山建設設計的需要，建議對勘查區作進一步的地質勘查工作。

8 結語

經過技術分析和經濟論證，筆者認為，正安張家院鋁土礦床應在地質普查工作的基礎上，提高地質工作程度，即可轉入地質詳查甚至勘探。撰寫本文的目的在于提高地質勘查的經濟效果和降低投資風險，最大程度確保地質勘查投資的可靠性，以期獲得事半功倍的最佳經濟效益。因此，本文可作為張家院鋁土礦床由普查轉入地質詳查甚至勘探的決策依據。

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P618.45

A

1004-5716(2015)06-0105-04

2014-05-27

張華松（1972-），男（漢族），貴州遵義人，工程師，現從事地質礦產勘查工作。