周家喜, 楊智謀, 肖 嵩, 安蕓林, 羅 開(kāi)

滇東北火德紅鉛鋅礦床鉈超常富集的發(fā)現(xiàn)及其意義

周家喜1, 2, 楊智謀1, 肖 嵩1, 安蕓林1, 羅 開(kāi)1, 2

(1.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650500; 2.云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 昆明 650500)

稀散元素也稱分散元素, 是指在地殼中豐度很低(多為10?9級(jí))、且在巖石中極為分散的元素, 包括鎘(Cd)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)等八種元素(涂光熾等, 2003)。鉈(Tl)是一種典型稀散元素, 也是一種劇毒元素。鉈的地殼豐度為0.45×10?6(溫漢捷等, 2020), 主要以“稀”、“伴”、“細(xì)”特征共伴生于其他礦床中(陳駿, 2019; 溫漢捷等, 2019; 翟明國(guó)等, 2019; 侯增謙等, 2020; 胡瑞忠等, 2020)。

鉈獨(dú)立形成礦床的實(shí)例很少見(jiàn), 目前我國(guó)報(bào)道的僅有云南南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)、貴州濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)和安徽香泉鉈礦床(范裕, 2005)。一直以來(lái), 鉈主要以共伴生組分從銅礦床和鉛鋅硫化物中作為綜合利用對(duì)象而被回收(涂光熾等, 2003; 溫漢捷等, 2020)。盡管鉈的毒性使其工業(yè)應(yīng)用越來(lái)越受到限制, 但是鉈在光導(dǎo)纖維、輻射閃爍器、輻射屏蔽材料、光電透位、催化劑和超導(dǎo)材料等方面具有不可替代性(溫漢捷等, 2020), 屬于有毒但稀缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源。

西南地區(qū)是我國(guó)低溫?zé)嵋旱V床最集中發(fā)育的區(qū)域, 是華南大面積低溫成礦域的重要組成部分(黃智龍等, 2011; 胡瑞忠等, 2016), 也是我國(guó)主要的稀散金屬資源基地, 如云南的鉈儲(chǔ)量占全國(guó)鉈總儲(chǔ)量的94%(陶琰等, 2019)。除南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)和濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)外, 西南地區(qū)的鉈主要伴生在以沉積巖為容礦圍巖的鉛鋅礦床中, 其中金頂?shù)V床是目前最大的鉈礦床, 已知鉈儲(chǔ)量為9702 t(陶琰等, 2019)。對(duì)金頂鉛鋅礦床各類礦石(姜?jiǎng)P等, 2014)及黃鐵礦和白鐵礦(Wang et al., 2017)中Tl成礦規(guī)律的研究表明, 該礦床礦石中Tl的平均含量為(7.00~139)× 10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(36.0~3660)×10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(18.0~101)×10?6(Wang et al., 2017)。

最近, 筆者在研究滇東北火德紅鉛鋅礦床時(shí), 發(fā)現(xiàn)該礦床硫化物礦石中Tl的含量為(19.0~98.9)× 10?6, 平均56.3×10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(31.5~479)× 10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(711~1410)×10?6, 顯著高于Tl的地殼豐度(0.45×10?6)和滇東北地區(qū)其他鉛鋅礦床中Tl的含量(如富樂(lè)鉛鋅礦床Tl相對(duì)最富集, 黃鐵礦Tl含量為(0.12~87.5)×10?6, 李珍立等, 2019)。硫化物礦石中Tl的富集程度相對(duì)地殼豐度超出200倍, 而白鐵礦中Tl的富集程度則超出3000倍。無(wú)論是硫化物礦石還是硫化物中Tl的富集程度, 均與金頂?shù)V床Tl的富集程度在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。這是繼云南大學(xué)周家喜研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鍺(楊德智等, 2020; 周家喜等, 2020a, 2020b)和硒(周家喜等2020c, 2021)超常富集(相對(duì)地殼豐度高達(dá)1000倍)以來(lái)的又一稀散元素超常富集重要發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)Tl的一般工業(yè)指標(biāo), 鉛鋅礦石中Tl含量達(dá)到0.001%~0.01%, 即(10~100)×10?6, 白鐵礦和黃鐵礦中Tl含量達(dá)到0.1%~0.2%, 即(1000~2000)×10?6, 就達(dá)到了Tl的工業(yè)品位和綜合利用要求。因此, 火德紅鉛鋅礦床中的Tl達(dá)到了工業(yè)利用要求。

火德紅硫化物礦床賦存于中泥盆統(tǒng)曲靖組沉積巖中(圖1), 曲靖組主要由粗晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥巖夾碳質(zhì)頁(yè)巖組成, 在礦區(qū)可分為三段: 下段為泥質(zhì)白云巖、泥巖; 中段為砂質(zhì)泥巖; 上段為粗晶白云巖、泥巖夾碳質(zhì)頁(yè)巖。硫化物的直接賦礦圍巖為白云巖。火德紅硫化物礦床的礦石礦物主要有黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦和方鉛礦等, 脈石礦物主要有白云石、方解石、石英等。目前, 火德紅硫化物礦床累計(jì)探明硫化物礦石量超過(guò)400萬(wàn)t, 估算Tl資源量為225 t, 達(dá)到了中型共伴生Tl礦床規(guī)模(100~500 t), 遠(yuǎn)景有望達(dá)到大型?超大型共伴生Tl礦床規(guī)模(>500 t)。

滇東北地區(qū)是我國(guó)重要的鉛鋅和稀散元素資源基地之一, 以往報(bào)道過(guò)本區(qū)鉛鋅礦床中鍺、鎘和鎵等稀散元素的超常富集, 本次火德紅鉛鋅礦床Tl超常富集的發(fā)現(xiàn), 豐富了對(duì)研究區(qū)稀散元素共生分異與超常富集成礦的認(rèn)識(shí), 提煉稀散元素蘊(yùn)含的成礦信息, 將更加完善對(duì)本區(qū)鉛鋅礦床成因的理解。此外, 不難發(fā)現(xiàn), 金頂鉛鋅礦床中黃鐵礦中Tl的含量明顯比白鐵礦高, 而火德紅鉛鋅礦床中則相反, 是何原因?qū)е虏煌V床中黃鐵礦和白鐵礦中Tl含量的差異, 值得深入探究。因此, 建議開(kāi)展研究區(qū)稀散元素超常富集機(jī)制和資源綜合利用研究, 解決制約稀散金屬資源利用技術(shù)瓶頸背后的核心科學(xué)問(wèn)題。

圖1 火德紅鉛鋅礦床地質(zhì)略圖(a)、剖面圖(b)和綜合柱狀圖(c)

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2021-03-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41872095、42002086)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0602502)、云南大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目(YJRC4201804)、國(guó)家杰出(優(yōu)秀)青年培育項(xiàng)目(2018YDJQ009)和云南省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2019FY003029)聯(lián)合資助。

周家喜(1982–), 男, 研究員, 主要從事戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦理論與找礦預(yù)測(cè)研究。Email: zhoujiaxi@ynu.edu.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.014