劉小永

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東廣州510800）

離子吸附型稀土礦找礦勘查中的工作方法應(yīng)用

劉小永*

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東廣州510800）

離子吸附型稀土礦的找礦勘查工作方法是根據(jù)其成礦特征而發(fā)展起來(lái)的，其勘查過(guò)程與其它多金屬礦產(chǎn)相似，但具有一定的獨(dú)特性。以八尺大型稀土礦野外地質(zhì)工作過(guò)程中的工作方法運(yùn)用為實(shí)例，介紹了在野外勘查過(guò)程中如何提高施工工作效率及節(jié)約勘查成本的一些工作方法及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)離子吸附型稀土特有的勘查方法[鍬孔（洛陽(yáng)鏟）及野外定性分析的應(yīng)用]在實(shí)際工作過(guò)程中的意義及可靠性進(jìn)行探討。在離子吸附型稀土礦床野外勘查工作過(guò)程中，鍬孔及野外定性分析的應(yīng)用，其操作流程簡(jiǎn)單，但在野外施工的實(shí)際工作過(guò)程中起到很大的作用，就鍬孔的應(yīng)用及野外定性分析在野外地質(zhì)勘查過(guò)程中的運(yùn)用方面做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹及探討。

稀土礦；勘查方法；鍬孔；定性分析

洛陽(yáng)鏟是揭露風(fēng)化物松軟土質(zhì)層的一種使用靈活、簡(jiǎn)單、實(shí)用的工具，離子吸附型稀土礦是外生礦床，礦體主要賦存在全風(fēng)化層中，洛陽(yáng)鏟在該類(lèi)礦產(chǎn)的勘查工作過(guò)程中作為一種特有的且代替了笨重鉆機(jī)的一種工作手段應(yīng)運(yùn)而生。在發(fā)展的過(guò)程中，為了更好地適應(yīng)該種礦產(chǎn)的勘查，前人對(duì)洛陽(yáng)鏟進(jìn)行了一定程度的改正，因此我們稱(chēng)之為新式洛陽(yáng)鏟。

定性分析就是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行“質(zhì)”的方面的分析，它主要是解決研究對(duì)象“有沒(méi)有”或者“是不是”的問(wèn)題。定性分析判斷物質(zhì)的根據(jù)在于物質(zhì)的化學(xué)、物理性質(zhì)，以陽(yáng)離子與陰離子反應(yīng)為主線(xiàn)，從而進(jìn)行物質(zhì)判斷的一種工作方法（朱文聰譯，1979）。而本文介紹的定性分析是在離子吸附型稀土礦床勘查過(guò)程中進(jìn)行的一項(xiàng)較為成熟的工作方法，具有適應(yīng)性強(qiáng)、精確度高等特點(diǎn)。

1 離子吸附型稀土礦的基本特征

離子吸附型稀土礦是我國(guó)南方特有的成礦環(huán)境下的一種風(fēng)化礦床，其礦源主要來(lái)源于母巖，母巖中稀土元素含量一般在地殼中的平均豐度值約為0.0153%（DZ/T0204-2002，2002），在各類(lèi)巖石中的分布以花崗巖與堿性巖中的豐度值最高。

1.1 成礦環(huán)境

主要是在亞熱帶濕潤(rùn)炎熱氣候區(qū)，氣溫高，雨量充沛，海拔低于500m，切割深度一般小于150m，坡度小于30°屬低山丘陵緩坡地貌（賀倫燕，1989b）。出露有較高稀土豐度的侵入巖、火山巖。侵入巖中稀土元素主要賦存于易風(fēng)化的長(zhǎng)石礦物中?；鹕綆r中稀土元素呈分散狀態(tài)存在于玻璃質(zhì)中。成礦時(shí)代為新生代（楊大歡，2011）。

1.2 礦床成因

富含稀土的含礦原巖在濕熱氣候條件下，逐漸風(fēng)化分解，長(zhǎng)石等造巖礦物一方面次生為高嶺石等粘土礦物，成為稀土離子的吸附劑；另一方面從長(zhǎng)石等礦物中釋出的稀土為粘土的吸附提供了物質(zhì)來(lái)源。在地表植被發(fā)育、有機(jī)酸豐富的風(fēng)化殼上部為稀土運(yùn)移、富集創(chuàng)造了有利條件（陳炳輝，2001）。在地表弱酸性條件下，稀土元素轉(zhuǎn)化為溶液狀態(tài)，隨地表徑流和地面水流動(dòng)和運(yùn)移(滲透)，遇粘土礦物進(jìn)一步吸附成礦。

1.3 礦床特征

礦體呈似層狀、透鏡狀、新月形產(chǎn)于硅鋁粘土(高嶺土)型風(fēng)化殼中部(主要為全風(fēng)化層)。礦石礦物組合主要為粘土礦物、長(zhǎng)石、石英及云母。粘土礦物主要為高嶺石、埃洛石、水云母、蒙脫石、三水鋁石，副礦物主要有磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、獨(dú)居石、磷釔礦、褐釔鈮礦，礦石保留了原巖結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)土狀、塊狀、粉狀等構(gòu)造（溫開(kāi)勝，2012）。

1.4 礦體賦存狀態(tài)

中山大學(xué)陳志澄通過(guò)對(duì)八尺稀土礦的研究表明，稀土在風(fēng)化殼中除以原生礦物相存在外，主要賦存狀態(tài)有以下幾種（陳志澄，1994）：①活性態(tài)（包括稀土離子和少量活潑的易于洗脫的稀土元素）；②鐵鋁共沉淀態(tài)；③有機(jī)結(jié)合態(tài)。

2 新式洛陽(yáng)鏟在離子吸附型稀土礦產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 新式洛陽(yáng)鏟的作業(yè)方法

新式洛陽(yáng)鏟主要構(gòu)成有筒頭（20～50cm），筒口徑110mm，1英寸小型度鋅水管（每根長(zhǎng)2m）連接進(jìn)行人工操作，可以隨進(jìn)尺深淺自由拆卸。一般一套工具重約10～15kg。野外施工主要以人力為主，一組2人，一人控竿，保證垂直掘進(jìn)，另一人負(fù)責(zé)取樣并配合掘進(jìn)，相互配合。施工要求為垂直掘進(jìn)，并在每一回次進(jìn)行取芯，編錄人員現(xiàn)場(chǎng)編錄并取樣。施工進(jìn)度較快，一般熟練工人一天能施工鉆孔3～4個(gè)，總進(jìn)尺在70m左右。

2.2 對(duì)礦體的揭露情況

新式洛陽(yáng)鏟對(duì)風(fēng)化殼的揭露位置在全風(fēng)化層底部、強(qiáng)風(fēng)化層的頂部2～3m范圍，施工的深度跟風(fēng)化殼的厚度息息相關(guān)。在八尺稀土礦勘查過(guò)程中，礦區(qū)平均孔深11m，單孔最深達(dá)42m，基本揭穿了礦體在垂向的延伸，能解決深部礦體未封口的情況。

2.3 在離子吸附型稀土礦勘查中的適用性

在離子吸附型稀土礦產(chǎn)勘查的過(guò)程中，用于多金屬勘查的鉆機(jī)一般較為笨重，在山地環(huán)境中搬運(yùn)不方便，且要求操作人員較多，并對(duì)粘土類(lèi)風(fēng)化物取樣不易，容易跨層取樣，而新式洛陽(yáng)鏟施工主要有輕便利于搬運(yùn)、人員少、施工進(jìn)度快、勘查成本低等特點(diǎn)。根據(jù)新式洛陽(yáng)鏟的這些特性及南方多山地的環(huán)境特點(diǎn)，我們通過(guò)對(duì)比分析采用該類(lèi)工具施工，從根本解決了勘查成本高、難以達(dá)到勘查目的問(wèn)題。

3 定性分析在勘探工作中的應(yīng)用

3.1 定性分析原理

根據(jù)離子吸附型稀土的成礦特點(diǎn)及賦存狀態(tài)，用電解質(zhì)作交換劑把已富集在粘土礦物載體上的稀土交換下來(lái)，這就是離子吸附型稀土礦化學(xué)提取稀土的理論基礎(chǔ)（池汝安，2006），其定性分析成果主要是通過(guò)鹽類(lèi)電解質(zhì)溶液淋洗后由浸取液沉淀稀土，其過(guò)程主要有以下幾點(diǎn)：

（1）浸取解脫：離子吸附型稀土礦床，其離子型礦物被吸附在粘土礦物中，因此很容易被浸取劑解脫。浸取劑有NaCl、(NH4)2SO4、NH4OH、NaOH及檸檬酸等；最常用的是硫銨(NH4)2SO4，因其不會(huì)造成三廢，危害環(huán)境；而NaCl對(duì)農(nóng)田有鹽堿化影響，一般被禁用。硫銨溶液濃度，各礦區(qū)稍有不同，一般取硫酸銨與水的重量比約為2%～6%（呂世安，1988），經(jīng)試驗(yàn)證明浸取液濃度高有利于稀土的浸出（賀倫燕等，1989），因此本礦區(qū)采用5%硫酸銨溶液，其離子交換反應(yīng)的方程式可表示為：

式中：s——固相；

aq——水相。

該離子交換反應(yīng)奠定了離子吸附型稀土礦浸取工藝的理論基礎(chǔ)，只要在溶液濃度適當(dāng)時(shí)，均能有效地浸出離子吸附型稀土礦中的離子相稀土（池汝安等，1990a）。

（2）草酸沉淀：離子型稀土礦物在浸取劑解脫成含礦溶液后，再加入沉淀劑——草酸（10%）溶液進(jìn)行沉淀，其反應(yīng)方程式表示為：

最后根據(jù)試劑與稀土離子共沉淀出來(lái)的草酸稀土含量的多少做出初步肉眼判斷。

3.2 定性分析的野外地質(zhì)工作中的應(yīng)用

以八尺大型稀土礦野外勘探過(guò)程中的野外定性分析作為實(shí)例，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中取得的成果及存在的問(wèn)題做簡(jiǎn)單分析研究。

（1）野外具體操作方法。前期準(zhǔn)備：配制草酸（10%）溶液、硫酸銨（5%）溶液，預(yù)先對(duì)進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比的前期定性分析結(jié)果進(jìn)行等級(jí)判斷分類(lèi)。

野外操作一般是在鉆探施工過(guò)程中，在編錄取樣的同時(shí)進(jìn)行定性分析，工具及藥品有：小杯、一次性定性濾紙、草酸（10%）溶液、硫酸銨（5%）溶液及量杯等。

首先采集樣品長(zhǎng)度為2m的混合樣樣重在50g左右，然后放入預(yù)先疊好的濾紙上，濾紙下放小杯子，再以硫酸銨（5%）定量溶液（約30mL左右）為浸取劑逐步加入對(duì)樣品進(jìn)行淋浸，淋浸5min后，再以定量的草酸（5%）溶液（約2mL）對(duì)小杯子中浸取液進(jìn)行滴定沉淀，最后觀察沉淀結(jié)果并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)進(jìn)行主觀分類(lèi)。

（2）定性分析可靠性分析。在野外定性分析后，同時(shí)我們將該段樣品進(jìn)行取樣并及時(shí)送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行定量分析。在此，我們對(duì)野外定性分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果進(jìn)行按礦化的富集程度進(jìn)行可靠性對(duì)比。按此要求共做了7695個(gè)對(duì)比樣，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 草酸沉淀滴定與離子相稀土分析情況

由表1可見(jiàn)，礦化≥0.05%的，在野外定性分級(jí)中“較好”以上的吻合率占77%，礦化在0.03%～0.05%之間的，在分級(jí)中“顯示”以上的占80%，礦化在小于0.03%的,在分級(jí)中處于“顯示”以下的占95.5%?？傊?，準(zhǔn)確率較高，基本上可作為野外下步工作進(jìn)展及安排的一個(gè)參考及依據(jù)。

（3）定性分析在地質(zhì)勘查工作中的局限性分析。從表1中看出，定性分析結(jié)果較為吻合實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，主要因?yàn)榱蛩徜@溶液淋浸效果較好且草酸稀土沉淀結(jié)晶性能好、顆粒大、易于肉眼判別，但同時(shí)也存在著局限性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①浸泡不完全：如粘土礦物較多時(shí)（主要在殘坡積層、原巖長(zhǎng)石含量較多位置），野外定性分析的硫酸銨浸泡速度過(guò)慢，而野外滴定試驗(yàn)一般是在一定的時(shí)間里，也就是稀土礦山開(kāi)采過(guò)程中“爛池”問(wèn)題（單秀枝，1998），淋浸不完全；風(fēng)化不均勻段，如半風(fēng)化及風(fēng)化球體附近，其殘存的小顆粒長(zhǎng)石及花崗巖小碎塊較多，野外定性分析過(guò)程中，硫酸銨溶液淋浸速度過(guò)快，也就是稀土礦山開(kāi)采過(guò)程的“溝流”問(wèn)題（單秀枝，1998），淋浸也不完全；野外淋浸時(shí)間及使用浸取液量上有限等因素。從而使單位中的礦體少于一般的標(biāo)準(zhǔn)，造成人為判別較低；

②雜質(zhì)膠體的形成，干擾人為判定分級(jí)：如草酸溶液在與稀土離子反應(yīng)的同時(shí)也在與Al、Fe、Ca、Mn等雜質(zhì)元素反應(yīng)，從而造成沉淀液不純，有雜色，人為判定容易提高標(biāo)準(zhǔn)，影響了肉眼的判別；

③人為主觀判斷：不同的個(gè)體對(duì)同一個(gè)事物的判斷存在著一定的差異性，同樣我們的判斷標(biāo)準(zhǔn)也是相對(duì)性的；

④局部的模糊段：如野外定性分析結(jié)果中的“顯示”，其判定結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果存在一定的差距。

（4）定性分析在野外地質(zhì)勘查過(guò)程中的作用。定性分析貫穿了稀土勘查整個(gè)階段，其體現(xiàn)的主要作用有以下幾點(diǎn)：

①在初步野外調(diào)查工作中可通過(guò)取代表樣做定性分析，以此結(jié)果可作為優(yōu)選靶區(qū)的一個(gè)依據(jù)；

②鉆孔施工可通過(guò)對(duì)鉆孔底部樣品定性分析，然后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行初步判別有無(wú)揭穿礦體來(lái)決定是否繼續(xù)施工的野外標(biāo)準(zhǔn)，從而節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室出數(shù)據(jù)所要等待的時(shí)間；

③在通過(guò)定性分析后，主要是對(duì)連續(xù)多個(gè)無(wú)礦化顯示的樣品處理上，在單工程控制中的遠(yuǎn)離“顯示”以上級(jí)別的定性分析成果中的無(wú)礦化顯示樣品，不送樣到實(shí)驗(yàn)室分析，從而節(jié)約了礦產(chǎn)勘查中的成本。

總之，定性分析貫穿于稀土地質(zhì)勘查由點(diǎn)到面、由面到點(diǎn)的過(guò)程。但由于種種原因，未將其納入到稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范中，但在實(shí)際野外地質(zhì)勘查工作過(guò)程中發(fā)揮了實(shí)實(shí)在在且其它地質(zhì)工作方法不可替代的作用。

4 小結(jié)

（1）鍬孔（新式洛陽(yáng)鏟）勘查施工方法具有簡(jiǎn)單、搬運(yùn)方便靈活、施工進(jìn)度快、成本低等特點(diǎn)；

（2）鍬孔（新式洛陽(yáng)鏟）能有效揭穿礦體、且能準(zhǔn)確地取到相應(yīng)風(fēng)化層位的樣品，能真實(shí)反映離子吸附型稀土礦形成的淋濾吸附的成礦過(guò)程。是一種較為有效且有較強(qiáng)針對(duì)性的勘查方法；

（3）定性分析使用試驗(yàn)藥品簡(jiǎn)單，市場(chǎng)易于購(gòu)買(mǎi)，成本低； （4）定性分析所需時(shí)間短，場(chǎng)地要求小，流程簡(jiǎn)單，易于操作，具同步性；

（5）定性分析結(jié)果與實(shí)際情況吻合度高，及時(shí)性好，其結(jié)果對(duì)下步工作的安排及進(jìn)行提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)，很大程度地縮減了工作周期及勘查成本；

（6)同時(shí)也存在一些局限性，如人為主觀判別標(biāo)準(zhǔn)、浸泡時(shí)間短造成淋浸不完全等問(wèn)題，致使難以達(dá)到定量乃至半定量的標(biāo)準(zhǔn)。

總之，鍬孔（新式洛陽(yáng)鏟）及定性分析是一項(xiàng)非常實(shí)用、有效的野外工作方法，在離子吸附型稀土勘探過(guò)程中具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)，同樣也有種種不足，如定性分析它不能代替實(shí)驗(yàn)室的定量分析，但它們?cè)陔x子吸附型稀土礦的勘查過(guò)程中起到的作用是值得我們大力推廣的。

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B

1004-5716(2015)02-0137-04

2013-11-28

2014-03-12

劉小永（1985-），男（漢族），江西上饒人，助理工程師，現(xiàn)從事野外一線(xiàn)地質(zhì)及研究工作。