朱紅周, 侯俊富, 原連肖, 王淑利

(西北有色地質(zhì)研究院,西安 710054)

南秦嶺千家坪釩礦床釩賦存狀態(tài)研究

朱紅周, 侯俊富, 原連肖, 王淑利

(西北有色地質(zhì)研究院,西安 710054)

千家坪釩礦床產(chǎn)于南秦嶺下寒武統(tǒng)黑色巖系中,礦石類型主要為硅質(zhì)巖夾泥巖型。該礦床釩元素賦存狀態(tài)研究,對于探討釩成礦富集機(jī)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(jià)釩為主,占74.22%,五價(jià)釩次之,占25.78%;釩主要以類質(zhì)同相形式賦存于云母類礦物中,占61.72%,其次以吸附狀態(tài)存在于炭質(zhì)、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(biāo)型,1M型釩位于云母結(jié)構(gòu)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(tài) 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(fā)育下寒武統(tǒng)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)了許多大型釩礦床,據(jù)統(tǒng)計(jì),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(tài)研究,對于探討釩成礦富集機(jī)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(guān)釩礦床中釩元素賦存狀態(tài)在不同地區(qū)及礦床中均有差別,釩主要以類質(zhì)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(jìn),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(fā)現(xiàn)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(tài)。

1 礦床地質(zhì)特征

千家坪釩礦床區(qū)域上位于南秦嶺加里東-印支褶皺帶中段(圖1)。區(qū)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(chǎn)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(tǒng)下古生界蓋層組成,與北揚(yáng)子大陸可相類比。環(huán)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(huán)境,沉積形成寒武系水溝口組(∈1sh)黑色巖系,其斷續(xù)分布于寧陜冷水溝-商南千家坪一帶,長約230km,為釩、金礦產(chǎn)的有利含礦建造(侯俊富,2008;張復(fù)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(qū)位于冷水河倒轉(zhuǎn)向斜北翼(倒轉(zhuǎn)翼),構(gòu)造線呈北西西走向,地層向北傾,為一單斜層構(gòu)造。礦區(qū)斷裂構(gòu)造分布于含礦層以北,主要呈東西走向,西段走向轉(zhuǎn)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(gòu)造。礦區(qū)巖漿巖不發(fā)育。

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

礦區(qū)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(qū)含礦地層,總體為一套炭、硅、泥、碳酸鹽巖組合。

千家坪釩礦產(chǎn)于下寒武統(tǒng)水溝口組中-下段含結(jié)核炭硅質(zhì)巖、含結(jié)核泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖、泥巖中,層位穩(wěn)定,已控制長度7550m,自西向東分別圈出Ⅰ-1和Ⅰ-2兩個(gè)釩礦體。礦體形態(tài)簡單,呈層狀,東西向展布,單個(gè)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(chǎn)狀穩(wěn)定,與圍巖基本一致,傾向北,傾角50°～85°,總體產(chǎn)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(tài)

2.1 礦石類型

依據(jù)礦石礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,主要礦石類型為炭硅質(zhì)巖夾泥巖型釩礦石,局部為(炭質(zhì))泥巖型釩礦石。

炭硅質(zhì)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(zhì)巖型與泥巖型礦石的雙重礦物成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(zhì)2～10%、方解石1%、褐鐵礦5～7%、黃鐵礦0.5%等。礦石呈隱晶結(jié)構(gòu)。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(zhì)<2%,次為黃鐵礦、石英等;隱晶-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(炭質(zhì))泥巖型釩礦石:主要由泥(頁)巖組成,可含少量炭硅質(zhì)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(zhì)一般< 2%,局部炭質(zhì)可達(dá)5～15%,次為黃鐵礦、石英等;隱晶-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2.2 釩礦石物相分析

采集礦區(qū)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(xué)成份分類和價(jià)態(tài)做3種物相分析,結(jié)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(xué)成分做釩的物相分析,硅鋁酸鹽中的釩占70.31%,炭質(zhì)中的釩占20.31%,主要以吸附狀態(tài)賦存。游離氧化物中的釩占9.38%。方法按釩的價(jià)態(tài)進(jìn)行物相分析,釩的地球化學(xué)電價(jià)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(zhì)同象形式存在于鐵和部分鋁的礦物中, V4+則形成獨(dú)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(wěn)定。千家坪釩礦床礦石中釩以低價(jià)(V3+)釩為主,占74.22%,五價(jià)釩為次,約占25.78%。

表1 千家坪釩礦床礦石釩物相分析結(jié)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(chǔ)上,為了進(jìn)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(jié)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(guān)系如圖2,V2O5與云母和伊利石成正相關(guān)關(guān)系。云母和伊利石呈細(xì)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(xiàn)象。

X衍射分析證實(shí)含釩礦物為釩云母,測試結(jié)果見表3。釩云母有兩種標(biāo)型:其一為1M型,化學(xué)式KV2(Si3Al)O10(OH)2,釩位于云母結(jié)構(gòu)層之間;其二為2M1型,化學(xué)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(jié)果見表4。赤、褐鐵礦有三種不同的分布狀態(tài):①膠狀赤、褐鐵礦:主要呈斑點(diǎn)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(jié)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(jié)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(jié)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(guān)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(lán)(CuS)、黝銅礦(Cu12(Sb4S13))

黃銅礦含量很少,呈星點(diǎn)狀分布于巖石中,在黃銅礦的邊部有蝕變礦物銅藍(lán)交代,銅藍(lán)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(lán)、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(zhì)同相代替,根據(jù)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(xué)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(qiáng)的非均質(zhì)性,反射色比閃鋅礦顯棕,比磁鐵礦顯灰。此礦物做了兩個(gè)點(diǎn)的電子探針分析(見表6),雖然

1)千家坪釩礦床產(chǎn)于下寒武統(tǒng)水溝口組黑色巖系中,礦石類型主要為炭硅質(zhì)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(zhì)、鐵的氧化物等。

2)經(jīng)物相分析、X衍射分析和電子探針分析,釩以三價(jià)釩為主,占74.22%;五價(jià)釩次之,占25.78%。釩主要以類質(zhì)同相形式賦存于云母類礦物中,占61.72%,其次吸附狀態(tài)存在于炭質(zhì)、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(biāo)型,其一為1M型,釩位于云母結(jié)構(gòu)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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[附中文參考文獻(xiàn)]

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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(zé)任編輯]鄭 杰。

全國危機(jī)礦山項(xiàng)目(編號:200614004),(編號:200899500)資助。

朱紅周(1963年-),男,1987年畢業(yè)于西北大學(xué),獲學(xué)士學(xué)位,高級工程師?，F(xiàn)從事礦產(chǎn)地質(zhì)勘查、管理與科研工作, Email:865219134@qq.com。