王頂明，李 沛，汪慧軍，沈敬帆

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南 許昌 461000）

0 引言

河南省南召—泌陽(yáng)金紅石礦帶是我國(guó)重要的金紅石礦帶之一，資源量巨大。1974年以來(lái)，多家地勘單位和科研院所先后對(duì)帶內(nèi)的多個(gè)金紅石礦區(qū)進(jìn)行了從預(yù)查到詳查多階段的地質(zhì)勘查和不同級(jí)別的選礦試驗(yàn)研究工作。但時(shí)至今日，仍為呆礦。究其根源，主要有3方面的原因，其一是礦石中的金紅石粒度較細(xì)，較難選；其二是以往地質(zhì)礦產(chǎn)評(píng)價(jià)工作與選礦試驗(yàn)研究工作結(jié)合不夠緊密，且對(duì)本礦帶金紅石的賦存狀態(tài)、嵌布特征及易選金紅石的賦存規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，未找到與選礦工藝相匹配的大規(guī)模粗粒金紅石礦體；其三是選礦工藝落后，用酸洗法提高金紅石粗精礦品位造成的環(huán)境污染問(wèn)題難處理等。在河南省國(guó)土資源廳地質(zhì)礦產(chǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“南召—泌陽(yáng)金紅石礦帶首采選區(qū)與可選性評(píng)價(jià)”（編號(hào)：［2006］26419）的資助下，我們對(duì)南召—泌陽(yáng)風(fēng)化殼型金紅石礦帶的金紅石賦存規(guī)律和選區(qū)方法等方面進(jìn)行了新探索并有所突破；以此為基礎(chǔ)，通過(guò)研究新的選礦方法，尤其是以微生物提純金紅石粗精礦為亮點(diǎn)的金紅石選礦工藝流程的研究成功，既保證了金紅石的高回收率、高精礦品位和金紅石的高品質(zhì)（主要是粒度），還符合環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的大趨勢(shì)。

1 地質(zhì)背景

南召—泌陽(yáng)金紅石礦帶位于欒川—確山—固始斷裂與朱陽(yáng)關(guān)—夏館—大河斷裂之間。帶內(nèi)為一套中等變質(zhì)程度的角閃片巖、斜長(zhǎng)片巖、石英片巖、大理巖類巖石。以往稱之為中元古界寬坪群（組），近年的區(qū)域?qū)Ρ妊芯繉⑦@套地層定為中元古界毛集群和新元古界寬坪群［1］。其中，南召留山以東分布的主要是毛集群，留山以西分布的主要是寬坪群（圖1）。毛集群左老莊組一段中、上部（中、北部）為金紅石的主要含礦層位。在毛集群左老莊組一段下部、新元古界寬坪群四岔口組也存在金紅石的含礦層位。

2 金紅石礦基本地質(zhì)特征

主要礦體位于礦帶中段的南召縣草店—方城縣羅莊間的17 km區(qū)段，其分布范圍與Ti-20-丙2異常范圍基本重合（圖1），自東向西有羅莊礦區(qū)、五間房礦區(qū)、后侯莊礦區(qū)（含劉崗礦區(qū)）。已累計(jì)提交（332）＋（333）＋（334）？資源量1 600×104t。主要礦體均位于左老莊組一段的中、上部地層中，含礦巖性以黑云角閃片巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片巖為主，次為黑云角閃斜長(zhǎng)片巖、角閃片巖、綠簾角閃片巖、黑云斜長(zhǎng)片巖和二云片巖。在左老莊組一段下部也有金紅石礦體，但規(guī)模較小，連續(xù)性差。

圖1 留山—羊冊(cè)金紅石礦帶地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of the Liushan-Yangce rutile ore belt

在云陽(yáng)草店以西礦段僅有一個(gè)留山金紅石礦點(diǎn)，賦于寬坪群四岔口組，含礦巖性為碳酸鹽化角閃片巖，出露寬度大于20 m，金紅石（RTiO2）品位為1.93％，該處沒有Ti元素異常，資源潛力有限。

方城幽雅莊以東礦段僅對(duì)姚莊金紅石礦區(qū)進(jìn)行過(guò)預(yù)查，含礦層位和巖性與南召縣草店—方城縣幽雅莊區(qū)段基本相同。本礦區(qū)富礦所占比例較少。另在方城二郎廟有一個(gè)金紅石礦點(diǎn)，出露寬度40 m左右，含礦巖性為中粗粒近等粒結(jié)構(gòu)的黑云角閃片巖，RTiO2品位1.57％～2.23％。

3 礦石特征

3.1 礦石的自然類型

據(jù)含礦巖石特征的不同，可以將南召—泌陽(yáng)金紅礦帶的金紅石礦劃分為5種自然類型。

（1）角閃片巖類金紅石礦石：包括角閃片巖、黑云角閃片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片巖、綠簾角閃片巖、陽(yáng)起石片巖等，是本礦帶風(fēng)化殼型金紅石礦的主要礦石類型，該類型礦石約占礦石總量的75％。

（2）斜長(zhǎng)片巖類金紅石礦石：包括黑云斜長(zhǎng)片巖、綠簾斜長(zhǎng)片巖、絹云斜長(zhǎng)片巖、二云斜長(zhǎng)片巖等，多呈層狀、似層狀?yuàn)A在角閃片巖類礦石中或分布在角閃片巖類礦石的邊部，約占礦石總量的12％。

（3）綠簾片巖類金紅石礦石：包括綠簾片巖、角閃綠簾片巖、陽(yáng)起綠簾片巖、二云石英片巖等，主要分布在柏樹崗礦區(qū)和羅莊礦區(qū)，約占礦石總量的7％。

（4）云母片巖類金紅石礦石：包括角閃黑云片巖、斜長(zhǎng)黑云片巖、斜長(zhǎng)絹云片巖、綠簾黑云片巖等，多呈多呈透鏡狀?yuàn)A層出現(xiàn)，主要分布在礦帶的中部礦體中，約占礦石總量的5％；

（5）二云石英片巖類金紅石礦石：常與斜長(zhǎng)片巖呈漸變關(guān)系，主要分布在部分礦體的邊部，占礦石總量的1％。

3.2 礦石的物質(zhì)組成

3.2.1 化學(xué)成分

原礦化學(xué)分析結(jié)果表明，南召草店—方城縣幽雅莊礦段金紅石礦石整體化學(xué)成分變化不大（表1）。

3.2.2 礦石礦物

礦石的主要有用礦物成分為金紅石，其他含鈦礦物有鈦鐵礦、銳鈦礦、白鈦礦，脈石礦物為角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母、綠簾石、石英、磷灰石等。由于礦石各（自然）類型主要組成礦物分布、嵌布的不均勻性，原礦中礦物相對(duì)含量變化較大（表2）。

3.2.3 金紅石的化學(xué)組分

金紅石粒度較大的礦體（劉崗礦區(qū)1號(hào)礦體），金紅石原礦的純度較低，而金紅石粒度較細(xì)的五間房礦區(qū)Ⅱ號(hào)礦體中的金紅石純度較高（表3）。粒度較大的粒狀金紅石或細(xì)粒金紅石集合體中的金紅石純度較低，而自形—半自形細(xì)小的單體金紅石純度較高。金紅石粗精礦經(jīng)微生物提純后，精礦品位有較大提高。

表1 草店—羅莊礦段金紅石礦石化學(xué)組分對(duì)比Table 1 Chemical analyses of rutile ore in Caodian-Luozhuang ore section

表2 草店—羅莊礦段金紅石礦石礦物體積分?jǐn)?shù)和一般粒度統(tǒng)計(jì)Table 2 Volume fraction of rutile ore and grain size statics for Caodian-Luozhuang ore section

表3 草店—羅莊金紅石礦段金紅石礦物化學(xué)組分對(duì)比Table 3 Chemical composition of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

3.3 礦石工業(yè)類型

依據(jù)金紅石的粒度特征，可劃分粗粒和細(xì)粒2種工業(yè)類型礦石。粗粒型金紅石礦石中的金紅石呈他形－半自形粒狀、短柱狀，以粒徑0.08 mm上粒級(jí)為主，對(duì)應(yīng)的礦石自然類型主要是角閃片巖類。該類型礦石較易選，以往對(duì)其分布規(guī)律性認(rèn)識(shí)不清，造成了選礦試驗(yàn)的無(wú)的放矢。細(xì)粒型金紅石礦石中的金紅石主要呈自形－半自形柱狀，以粒徑0.08 mm以下者為主，對(duì)應(yīng)的礦石自然類型主要是斜長(zhǎng)片巖和云母片巖類及部分角閃片巖類礦石。南召—泌陽(yáng)金紅石礦帶礦石總體上以細(xì)粒型為主。

4 金紅石的賦存狀態(tài)

4.1 不同類型礦石中金紅石的賦存特征

（1）角閃片巖中的金紅石：多數(shù)呈棕褐色，棕色，黃褐色，柱狀、半自形粒狀，單晶粒徑一般0.05～0.15 mm，集合體為0.1～0.3 mm，主要分布于角閃石晶體間隙中。柱狀、自形短柱狀的金紅石呈黃褐色、褐棕色，其大小為0.05 mm×0.25 mm或0.05 mm×0.12 mm；粒狀或粒狀集合體的金紅石呈淺黃褐色、淺褐（棕）色，大小0.1～0.25 mm，多數(shù)分布于角閃石顆?；蚪饫砜p隙中或在石英顆粒間隙中，可見鈦鐵礦交代金紅石。有的集合體與鈦鐵礦連晶分布于角閃石顆粒間隙或角閃石微縫隙中，呈明顯的定向排列。

（2）黑云角閃片巖中的金紅石：呈半自形－自形柱狀、粒狀，切面大小0.003 mm×0.014 mm～0.092 mm×0.236 mm，多數(shù)為0.025 mm×0.072 mm～0.035 mm×0.120 mm。部分金紅石被白鈦礦交代，長(zhǎng)軸大致定向排列，斷續(xù)定向分布；較大顆粒多與黑云母接觸緊密，部分包于黑云母晶體中。

（3）綠簾角閃片巖中的金紅石：多數(shù)分布于角閃石和綠簾石顆粒之間。呈柱狀、自形短柱狀的金紅石呈棕褐色、黑褐色，大小0.08 mm×0.2 mm～0.05 mm×0.12mm；粒狀的金紅石，大小0.05～0.2 mm，呈淺黃褐色、淺褐色。分布在角閃石間的金紅石呈黃棕色、紅棕（褐）色，大小0.04 mm× 0.18 mm，見有鈦鐵礦交代金紅石；分布在綠簾石間的金紅石呈黃褐色、紅棕色，短柱狀，大小0.04 mm ×0.12 mm，部分鈦鐵礦穿插并交代金紅石，多數(shù)金紅石和鈦鐵礦具有定向性，偶見有銳鈦礦交代金紅石。

（4）黑云斜長(zhǎng)片巖中的金紅石：呈半自形柱狀，切面大小0.02 mm×0.04 mm～0.05 mm×0.135 mm，多數(shù)在0.03 mm×0.094 mm～0.05 mm×0.135 mm，多呈集合體聚集。長(zhǎng)軸定向排列，零星分布。

（5）二云片巖中的金紅石：黃褐色、淺褐色、棕褐色，少數(shù)呈黑褐色，多呈柱狀，其粒徑為0.01～0.12 mm之間，以0.03～0.1 mm為主，主要分布在二云母片間，少數(shù)分布在石英顆粒間隙中，有的金紅石分布在黑云母微縫隙中，呈棕褐色，柱狀，大小為0.03 mm×0.15 mm。

4.2 金紅石的整體賦存狀態(tài)、嵌布和粒度特征

金紅石多呈半自形柱狀，部分呈粒狀、柱狀，多呈集合體聚集，晶體及其集合體的長(zhǎng)軸大致定向排列。集合體中及較大金紅石晶體中包嵌有普通角閃石、綠簾石、鈉長(zhǎng)石、石英等礦物微粒，部分晶體沿邊緣及解理縫轉(zhuǎn)變成白鈦礦、鈦鐵礦。金紅石的純度與粒度負(fù)相關(guān)，與自形程度正相關(guān)。

金紅石嵌布狀態(tài)主為粒間金紅石，占70％以上，多嵌布在脈石礦物（角閃石、斜長(zhǎng)石、綠簾石、黑云母）之間，并以角閃石粒間金紅石和角閃石與斜長(zhǎng)石粒間金紅石為主，其他次之或少量；其余多被脈石礦物包裹，金紅石呈零星狀散布于角閃石、綠簾石、斜長(zhǎng)石或黑云母中；有少部分金紅石分布于脈石礦物的微裂隙中。

礦帶北部的1號(hào)和2號(hào)礦層中金紅石整體粒度較粗，礦帶中部和南部的礦層（3號(hào)—6號(hào)礦層）金紅石整體粒度相對(duì)較細(xì)（表4）。在同一礦體中，金紅石粒度也有一定的變化，其中角閃片巖類和綠簾片巖類礦石中金紅石粒度較粗，斜長(zhǎng)片巖類和云母片巖類礦石中金紅石粒度較細(xì)。金紅石粒度與脈石礦物的晶粒大小正相關(guān)（表2）。

5 富礦層分布特征

金紅石礦由地表向下可分為風(fēng)化礦、半風(fēng)化礦和未風(fēng)化礦。

風(fēng)化礦或風(fēng)化殼型金紅石礦指自然松散或用錘輕擊即可散成砂狀的礦石。由于其易采易選，為本次研究的對(duì)象?？紤]到現(xiàn)有采選水平，本次對(duì)勘查工作程度較高的中礦段（南召草店—方城幽雅莊礦段）風(fēng)化礦，按邊界品位w（RTiO2）≥1.50％，工業(yè)品位w（RTiO2）≥2.00％，礦石可采厚度（水平假厚或?qū)挾龋?5 m，夾石剔除厚度（水平假厚或?qū)挾龋? m作為劃分富礦層的標(biāo)準(zhǔn)，并參照按巖性進(jìn)行的地質(zhì)填圖成果（主要礦區(qū)比例尺為1∶5 000或者1∶10 000，其他銜接部位為1∶50 000），對(duì)中礦段金紅石礦層進(jìn)行了重新劃分（圖2）。

表4 草店—羅莊金紅石礦段金紅石原生粒度對(duì)比Table 4 Original grain sizes of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

圖2 草店－羅莊金紅石富礦體分布圖Fig.2 Map showing distribution of high grade ore bodies at Caodian-Luozhuang section

在南召草店—方城幽羅莊礦段的不同剖面上，金紅石富礦一般有3～6層，礦層累計(jì)寬度151～541 m，平均寬315 m。礦層產(chǎn)狀與地層基本一致，局部有分支復(fù)合現(xiàn)象。風(fēng)化礦厚度（深度）4.30～25.20 m，平均10.98 m。在地形平緩處或溝谷中厚度較大，接近坡頂?shù)亩缚蔡幒穸容^?。坏V石中黑云母、斜長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石含量高時(shí)厚度較大，石英、角閃石含量高時(shí)厚度較小。

區(qū)內(nèi)有4層金紅石礦，礦層展布較為穩(wěn)定。各層的編號(hào)，最大礦體長(zhǎng)度、礦體最大厚度和最大礦體加權(quán)平均品位見表5。其中1號(hào)和2號(hào)礦層位于礦帶的北部，劉崗礦區(qū)礦體寬度最大，向東變薄后斷續(xù)分布；這2層礦中的金紅石顆粒較粗，可將其作為選礦試驗(yàn)重點(diǎn)研究對(duì)象及以后開發(fā)利用的重點(diǎn)。3號(hào)礦層位于礦帶的中部，在五間房礦區(qū)礦體寬度最大，向兩側(cè)變薄后斷續(xù)分布，其中的金紅石粒度較細(xì)，可將其作為接替對(duì)象。

6 選礦試驗(yàn)結(jié)果

本次對(duì)劉崗礦區(qū)1號(hào)和2號(hào)礦體4條剖面中的探槽和淺井的混合大樣采用“原礦→磨礦擦洗→重選→磁選→重選→微生物提純”聯(lián)合工藝流程，取得了良好的選礦效果。首次應(yīng)用微生物提純金紅石磁選粗精礦，在回收率只降低5.66％的情況下，精礦品位提高了18.92％。礦石入選品位為2.13％，獲得最終金紅石精礦產(chǎn)率1.65％，精礦品位91.07％，回收率70.55％。

對(duì)五間房礦區(qū)橫8線3號(hào)礦體的斜長(zhǎng)片巖類細(xì)粒金紅石礦采用同樣的選礦工藝流程，礦石入選品位2.45％，獲得金紅石精礦的產(chǎn)率為1.71％，精礦品位為91.40％，回收率為63.65％。對(duì)細(xì)粒金紅石選礦也取得了新突破。

7 結(jié)論

（1）金紅石粒度大小主要受礦體所處位置控制。在位于左老莊組一段（Pt2z1）上部（北部）的礦層中，金紅石粒度較大，且其北側(cè)的深灰色石英巖可作為找礦標(biāo)志層，而其他部位礦層中的金紅石粒度較小。在同一礦體中，角閃片巖類礦石和綠簾片巖中的金紅石粒度相對(duì)較粗，斜長(zhǎng)片巖和云母片巖中金紅石粒度相對(duì)較細(xì)。金紅石粒度與脈石礦物的晶粒大小正相關(guān)。

表5 草店—羅莊金紅石礦層基本特征Table 5 Basic feature of rutile ore layer at Gaodian-Luozhuang section

（2）金紅石以粒間嵌布為主，多嵌布在角閃石、斜長(zhǎng)石、綠簾石、黑云母等之間；其余多被脈石礦物包裹，金紅石呈零星狀散布于角閃石、綠簾石、斜長(zhǎng)石或黑云母中；有少部分分布于脈石礦物的微裂隙中。金紅石的純度與粒度負(fù)相關(guān)，與自形程度正相關(guān)。

（3）主要的金紅石富礦體位于南召縣草店—方城縣幽雅莊礦段內(nèi)的左老莊組一段（Pt2z1）中、上部。其中金紅石粒度較大、品位較高（RTiO2≥2％）、且規(guī)模較大的礦體（1號(hào)和2號(hào)礦體）位于左老莊組一段的上部（北部），其礦體水平厚度自西向東變薄，可作為以后研究和開發(fā)利用的重點(diǎn)部位。

（4）首次應(yīng)用微生物提純金紅石磁選粗精礦，使金紅石精礦品位提高18.92％。采用“原礦→磨礦擦洗→重選→磁選→重選→微生物提純”聯(lián)合工藝流程，具有金紅石的精礦回收率高、品質(zhì)高且環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)風(fēng)化殼型金紅石礦的開發(fā)利用具有示范作用和借鑒意義。

致謝：參加選礦試驗(yàn)和巖礦鑒定等工作的有河南省巖石礦物測(cè)試中心的周新民、王娟、楊艷芳和河南省區(qū)調(diào)隊(duì)的裴玉華等，在此一并表示感謝。

［1］王紹龍，趙榮軍.東秦嶺褶皺帶河南段發(fā)現(xiàn)超大型金紅石礦［J］.前寒武紀(jì)研究進(jìn)展，2002，25（3/4）：170-173.