河南嵩縣磨溝巖體礦石特征研究和潛在工業價值分析

吳云雷，盧守卿

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 鄭州 450001）

嵩縣磨溝巖體位于嵩縣縣城城南約4.00km，行政區劃隸屬河南省嵩縣紙房鄉。作為中國西起陜西寶雞東至河南嵩縣的印支期堿性巖帶的一部分，該巖體出露面積約14km2，具有豐富的資源儲量，富礦達億噸級，礦石K2O平均品位達10.18%，實為我國未來最具有發展潛力的非水溶性鉀礦資源產業化基地之一。筆者結合該區系統的詳查工作經驗，主要對其礦石特征進行一定的歸納總結，并結合目前已完成的選礦試驗，對其潛在工業價值進行評述。

1 地質概況

巖體產于元古界熊耳群大莊—中胡傾伏背斜北翼。圍巖為焦園組（Chj）流紋斑巖。巖體與圍巖呈明顯的侵入不整合接觸關系。接觸面產狀外傾，形態不規則，呈港灣狀、鋸齒狀，傾角普遍較陡，傾角一般在70°左右[1]。

（1）中心帶。中心相為巖體之主體，基本巖性為中粒霓霞（輝）石正長巖。巖石呈灰紫色，中粒結構，粒度均勻，塊狀構造。礦物組成為：微斜長石（包括微斜條紋長石）75%～80%，具格子狀雙晶和卡氏雙晶，普遍具有鈉長石交代現象及泥巖化現象，經鈉長石交代后微斜長石往往具環帶構造。

次要礦物為石英、黑云母、角閃石、白云石等，含量5%左右。副礦物為榍石、白鈦石、磷灰石、金紅石等。巖體中心帶核部出露少量似斑狀正長巖。

（2）邊緣混染帶。主要分布于巖體西北部及東部邊緣。帶內分布著大量的大小混雜的圍巖捕虜體，捕虜體中堿性正長巖脈穿插，并見明顯的溶蝕現象。因同化混染作用，在不同程度上改變了原巖特征，巖石呈現褐灰色、灰綠色、褐色等，形成不規則斑雜狀構造。巖性為似斑狀霓輝石正長巖[2]。

2 礦石特征

2.1 礦石的礦物成分特征

礦區內礦石有兩種類型：霞石正長巖和霓霞正長巖。主要礦物成分為：微斜條紋長石、霞石、霓石；次要礦物成分為：黑云母、石榴石；還有磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石、綠泥石、碳酸鹽等副礦物。微斜條紋長石：含量一般40%～70%，多在50%～60%之間，呈半自形板狀、粒狀結構；粒徑1mm ～3mm為主，少數0.5mm ～1mm。霞石：含量一般15% ～40%，以25%～45%居多，呈半自形、它形粒狀結構，切面混濁，見細鱗片狀次生礦物集合體和橫裂紋，平行消光，少數霞石被鈣霞石交代。霓石：含量10%～35%，多在15%～20%之間，呈半自形柱狀，暗綠色，橫切面似角閃石菱形，多色性明顯，常呈環帶狀，近于平行消光，有些被綠泥石、磁鐵礦或碳酸鹽取代，但晶形尚存。

微斜條紋長石和霞石是礦物中鉀元素的主要來源，兩種礦物含量較高是成礦的主要因素，礦石中K2O 含量7.42%～13.16%。

2.2 礦石的化學成分特征

（1）化學成分。選取區內部分樣品數據詳見（表1）。從表中可以看出，其化學成分差異較小。

區內正長巖的里特曼指數δ在8.76 ～10.42之間，因此礦石主要屬于堿性、過堿性巖石。本區巖石化學成份與中國正長巖平均值相比，以富鉀、貧鈉為特征，Na2O ＋K2O 總量要高于我國正長巖平均值；SiO2、Al2O3含量普遍低于我國巖漿巖平均值；Fe2O3、FeO 含量變化較大，一般以富Fe2O3貧FeO 為特征，Fe2O3明顯高于其平均值，而FeO 多數低于其平均值，說明氧化度高，巖體侵位深度較淺，其它各項氧化物含量接近中國正長巖平均值。

表1 礦石的化學成分特征表

（2）有用組分。礦石中主要有用組分為K2O 和Al2O3，礦石中K2O 含量最高13.47%，最低7.01%，平均10.18%，品位變化系數為12.92%；Al2O3含量最高20.32%，最低11.56%，平均14.88%，品位變化系數為8.21%，有用組分分布均勻。

（3）伴生有益組分。根據礦石的光譜分析結果，礦石中主要有益組分含量均較低。

圖1 霓輝正長巖礦石的顯微結構照片

（4）物相分析。產于磨溝的霓輝正長巖礦石呈肉紅色，致密塊狀構造。鉀長石晶粒粗大，含量通常達80%以上，其間包裹有少量細粒鈉長石，鉀長石主要為微斜長石，呈格子雙晶和殘余格子雙晶，裂隙充填鈉長石。霓輝正長巖礦物組合為微斜長石 +條紋長石+霓輝石+綠閃石（張正偉等，2003）。

3 非水溶性鉀礦的市場前景

目前中國有2000多萬噸鉀肥的實物消費量，由于國內現有的鉀肥資源匱乏、稟賦差，生產能力受到制約，中國鉀肥長期以來大量依賴進口。世界鉀鹽資源分布和生產布局極不平衡，加拿大鉀鹽儲量占世界總量的53%，而中國目前發現的總儲量僅為10億t，不到世界總儲量的1%。據國家有關部門統計，2018年中國鉀鹽表觀消費量為1747萬t，其中國產鉀肥917萬t，進口鉀肥為730萬t，占到國內表觀消費量的42%。整體看，我國鉀肥供給對外依存度較高，2018年中國鉀肥自給率為52.5%；我國可溶性鉀資源非常貧乏。

我國未來的鉀肥供求趨勢可以用中國科學院的研究報告來概括，即“從長遠來看，我國鉀肥消費的增長趨勢在未來幾十年將保持下去，2020 年～2025 年間鉀肥進口量會繼續保持增長，2025 年將達到1000 萬t 以上，市場金額將超過24 億美元。

4 礦石綜合利用的探索和突破

2012 年7 月，中國地質大學（北京）馬鴻文課題組和昊青薪材（北京）技術有限公司通過對全國范圍內十幾個典型的非水溶性鉀礦進行系統研究，取得了綜合利用非水溶性鉀礦制取鉀鹽（碳酸鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀）的一系列創新性成果。

2014 年9 月洛陽氟鉀科技有限公司3 萬t/年鉀長石綜合利用項目，在半工業化生產試驗階段取得重大成功。公司利用本身氫氟酸生產優勢，將鉀長石、硫酸和含氟的助劑，計量后加入到轉窯反應器中進行分解反應。

5 討論與結論

通過上述研究可以看出磨溝巖體的以下幾個特點：

（1）磨溝巖體是我國重要的富鉀巖石產地之一，具有規模大，K2O 品位高的特點，富礦礦石資源儲量達億噸級，具有良好的資源儲量保障。

（2）磨溝巖體礦石中有用組分分布均勻，主要有用組分為K2O和Al2O3，礦石中K2O含量平均品位10.18%，整體礦床K2O含量遠大于工業手冊中規定的最低工業品位7%,具有較好的品位保障。

（3）中國具有巨大的非水溶性鉀礦的市場前景，鉀肥供應長期依然絕大部分依賴國際市場，國內亟待非溶性鉀礦生產工藝取得巨大突破，填補國內鉀肥市場的巨大缺口，具有良好的需求保障。

（4）中國地質大學（北京）馬鴻文課題組對于磨溝體非水溶性鉀礦的系統研究與洛陽氟鉀科技有限公司3 萬t/年鉀長石綜合利用項目對于磨溝含鉀巖石礦體工業化利用的探索均取得了重大突破，巖體的全面工業化利用前景可期。

因此一旦磨溝巖體礦石進入工業化生產獲得成功，其潛在的工業經濟價值將不可估量，必將對中國鉀肥長期匱乏的現狀帶來極大改觀。