摘要：為了理清重慶市南川區(qū)大佛巖鋁土礦床有益組分分布特征及伴生元素可利用性，本文通過剖面測量、實地調(diào)查和樣品分析等工作方法，對南川區(qū)大佛巖鋁土礦床及其伴生元素的分布特征進(jìn)行了深入研究，并建立了礦產(chǎn)資源可利用性評價模型。Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)呈北東向和近南北向分布，中西部Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，北東部Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)在梁山組中上部最高，最高為致密狀鋁土礦，其次為鋁土巖，土狀鋁土礦中較低。Li的富集與鋁土巖的關(guān)系較為密切。稀土元素的富集部位更容易出現(xiàn)于賦礦地層底部。評價模型對礦區(qū)鋁土礦資源的評價結(jié)果為可利用。在開發(fā)利用鋁土礦資源的過程中，可以考慮回收利用Ga元素。但是，由于Li、Sc、REE元素受到選冶技術(shù)和選礦成本等因素的限制，現(xiàn)階段回收利用技術(shù)上雖然可行，但經(jīng)濟性存在瓶頸。因此，在開發(fā)利用鋁土礦資源的同時，還需要探索更經(jīng)濟的回收利用技術(shù)，以提高資源的利用率。本文所建立的評價模型結(jié)合了評價指標(biāo)體系，可為鋁土礦資源的利用和評價提供科學(xué)參考，同時也為其他礦產(chǎn)資源的評價提供借鑒。當(dāng)然，對于評價指標(biāo)的選擇和權(quán)重的確定需要根據(jù)不同的礦產(chǎn)資源和應(yīng)用場景進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，才能更好地滿足實際需求。

關(guān)鍵詞：鋁土礦；有益元素；伴生元素；評價模型；可利用性；大佛巖鋁土礦床

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230103

中圖分類號：P595；P618.42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

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Distribution Characteristics and Availability Evaluation of Beneficial Elements in Dafoyan Bauxite Deposit， Nanchuan District， Chongqing

Gao Yuan1， 2，Xiong Liang2，Zhang Yu2，Li Lianglin2，Huang Peipei2，Xu Houti3，Luan Jinhua1

1. Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources（Chongqing Key Laboratory of Major Geological Events and Effects of "Resources and the Environment）， Chongqing 401120， China

2. Chongqing Huadi Resources and Environment Technology Co.， Ltd.， Chongqing 401120， China

3. The 11th Geological Brigade of Zhejiang Province， Wenzhou 325006， Zhejiang， China

Abstract： A detailed investigation of the Dafoyan bauxite deposit in Nanchuan District， Chongqing， was conducted to assess the distribution of beneficial components and associated elements. The study established a mineral resource availability evaluation model based on field investigations and sample analyses. High Ga quality scores are distributed in a northeast and nearly north-south direction， with higher Ga in the central and western regions and lower Ga in the northeast and eastern regions. The Li mass fraction is highest in the upper part of the Liangshan Formation， dense bauxite having the highest， followed by bauxite rock， and lower in soil bauxite. The enrichment of Li is closely related to bauxite. The enrichment sites of rare earth elements are more likely to occur at the bottom of the ore bearing strata. The evaluation model shows that bauxite resources in the mining area are exploitable. In developing and utilizing bauxite resources， the recovery and utilization of Ga elements can be considered. However， limitations in Li， Sc， and REE elements caused by factors such as beneficiation technology and beneficiation costs pose economic bottlenecks， despite the feasibility of current recycling technology. Therefore， alongside developing and utilizing bauxite resources， exploring more cost-effective recycling and utilization technologies is crucial to improve resource utilization efficiency. This evaluation model， with an an index system， can provide scientific guidance for bauxite resource utilization and evaluation， as well as for the evaluation of other mineral resources. Adjusting and optimizing evaluation indicators and weights according to specific mineral resources and scenarios is necessary to better serve practical needs.

Key words： bauxite; beneficial element; associated element; evaluation model; availability; Dafoyan bauxite deposit

0 引言

鐵礦、鋁土礦、銅礦、鉛鋅礦、鉀鹽等大宗礦產(chǎn)資源對世界和中國經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的作用[1]。鋁是全球第二大使用廣泛的金屬，主要由鋁土礦生產(chǎn)[2]。我國鋁土礦資源總量約54億t，主要礦產(chǎn)地位于重慶、山西、河南、貴州、廣西等。重慶鋁土礦主要發(fā)育在南川、黔江、武隆、豐都等地，均屬古風(fēng)化殼沉積型，當(dāng)前發(fā)現(xiàn)51個鋁土礦床或礦點，達(dá)到地質(zhì)詳查程度及以上的礦區(qū)有15個，其中2個為大型礦床，中小型礦床21個，其余部分均為小型以下，資源總量約1.56億t。南川區(qū)大佛巖鋁土礦區(qū)地處黔中北—渝南鋁土礦成礦帶北段的重慶市境內(nèi)，與貴州省交界。自發(fā)現(xiàn)大佛巖鋁土礦床起，地勘單位經(jīng)過多年工作，現(xiàn)已查明大佛巖鋁土礦床已達(dá)大型規(guī)模。自二十一世紀(jì)以來多名學(xué)者對大佛巖鋁土礦床進(jìn)行了多方面研究，如鋯石UPb定年[3]、鋯石賦存形式[4]、碳氧同位素[5]、礦床成因[6]、沉積相[7]和巖相古地理[8]等，但是有關(guān)大佛巖鋁土礦床中主要有益組分分布特征及伴生元素的可利用性等方面的研究程度較低?？傮w上看，以前學(xué)者對鋁土礦床中主量元素和伴生有益組分可利用性研究工作較零散，工作深度不夠，綜合利用方面往往只注重對礦石加工技術(shù)性能的分析，對礦產(chǎn)資源相關(guān)的政策、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟、社會、環(huán)境[9]、選冶技術(shù)成本、礦山建設(shè)的經(jīng)濟性等制約因素的影響綜合分析不足。

本次工作方法以剖面測量、實地調(diào)查為主，輔以采樣及樣品統(tǒng)計分析，在分析南川大佛巖鋁土礦床的主量元素及部分伴生元素、稀土元素分布特征的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)調(diào)查46個可利用性評價指標(biāo)，通過構(gòu)建評價指標(biāo)體系和礦產(chǎn)資源可利用性評價模型，對大佛巖礦床鋁土礦的可利用性進(jìn)行系統(tǒng)分析研究，為后續(xù)新建礦山提供可利用性評價理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

黔中—渝南鋁土礦成礦帶位于揚子陸塊區(qū)川中前陸盆地（Mz）、揚子陸塊南部碳酸鹽臺地（Pz）與上揚子?xùn)|南緣被動邊緣盆地（Pz1）交匯處[1011]，大地構(gòu)造位置屬于揚子陸塊的東南緣。成礦帶內(nèi)分布貴州清鎮(zhèn)—修文、息烽—遵義和綏陽—正安—武隆3個沉積區(qū)[12]，典型礦床包括重慶南川區(qū)大佛巖、武隆區(qū)申基坪以及貴州務(wù)川瓦廠坪、大竹園、道真新民大型鋁土礦床等[13]。大佛巖鋁土礦床位于黔中—渝南鋁土礦成礦帶之道真鋁土礦帶內(nèi)（圖1），賦礦地層為梁山組。研究區(qū)處于長壩向斜西南揚起端，區(qū)內(nèi)構(gòu)造走向均呈北北東向，與區(qū)域總的構(gòu)造線方向一致[14]。礦區(qū)從新至老發(fā)育地層分別為嘉陵江組（T1j）、飛仙關(guān)組（T1f）、龍?zhí)督M（P3l）、棲霞組（P2q）、梁山組（P2l）、韓家店組（S2h）和小河壩組（S1x）。

大佛巖礦區(qū)可劃為3個礦段，分別為大佛巖礦段、川洞灣礦段、吳家灣礦段（圖2），其中大佛巖礦段已查明2條鋁土礦體（Ⅰ號和Ⅱ號），川洞灣礦段和吳家灣礦段均各查明1條鋁土礦體（Ⅲ號和Ⅳ號）。Ⅰ號礦體規(guī)模最大，資源量占總資源量的約79%。Ⅰ號礦體展布于長壩向斜南東揚起端及南東翼，長軸呈北西—南東展布，長2 890～5 060 m，短軸呈北東展布，寬2 410～2 740 m[10]。鋁土礦體沿沉積地層層位分布，平面上沒有一定規(guī)則。梁山組為賦礦地層，鋁土礦體主要賦存于梁山組中部、上部，通常情況距棲霞組底界0.40～1.60 m，距韓家店組頂界2.20～5.20 m[11]。

2 樣品與分析

樣品采自大佛巖鋁土礦床Ⅰ號、Ⅲ號和Ⅳ號礦體鉆孔，基本化學(xué)分析樣品共計52件，其中Ⅰ號礦體采集鉆孔7個、Ⅲ號礦體采集鉆孔3個、Ⅳ號礦體采集鉆孔2個（圖2）。52件樣品中除灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖10件樣品外，其余42件樣品均采自梁山組賦礦地層。

樣品在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點實驗室檢測。主量元素使用測試儀器是AXIOS熒光光譜儀進(jìn)行X射線熒光光譜分析，以GBW07105、NCSDC009、SA RM4、SARM5、GBW07104和GBW07108為參考物質(zhì)，誤差優(yōu)于±5%。微量元素使用儀器是加拿PerkinElmerg公司制造的四級桿型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（QICPMS），以GBM90810、MRGEO08、OREAS120和STSD1為對照品，除部分元素外，其他元素的誤差優(yōu)于±7%。樣品測試精度符合沉積型鋁土礦的實驗要求。

3 主量元素特征

在52件樣品中選擇鋁土礦體及頂?shù)装?8件樣品進(jìn)行主要氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析（表1），其中：鋁土礦樣品8件，鋁土巖樣品20件。含礦巖系主要成分為Al2O3（21.74%～69.82%，平均為42.54%）、SiO2（6.46%～43.58%，平均為31.33%）、TiO2（0.63%～4.12%，平均為1.82%）、Fe2O3（0.86%～32.48%，平均為7.75%）、K2O（0.06%～5.28%，平均為1.71%）、Na2O（0.18%～1.81%，平均為0.84%）、CaO（0.12%～1.88%，平均為0.59%）、MgO（0.12%～3.89%，平均為1.06%）、燒失量（4.98%～15.56%，平均為12.19%），此外含礦巖系中還發(fā)現(xiàn)一定量的P2O5和MnO，多數(shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%。在鋁土礦體層及頂板、底板的不同層位，頂板和礦體層的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于底板巖層。SiO2底板質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其他部位相對偏低。

TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高值區(qū)出現(xiàn)在鋁土礦體層附近，且相對較穩(wěn)定，一般樣品數(shù)值處于2%～3%之間。底板的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于鋁土礦體層和頂板，可能是黃鐵礦和針鐵礦等礦物在成礦后期底板巖層更有利于Eh值和pH值的增長（圖3）。K2O高值主要出現(xiàn)于底板巖層，偶爾出現(xiàn)于頂板巖層，鋁土礦體層質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。Na2O、CaO和MgO在底板質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對頂板和礦體層高，應(yīng)該是底板高嶺石等黏土類物質(zhì)較多，Al2O3和高嶺石等物質(zhì)可以交換Na+、Ca2+和Mg2+，從而引起含Na、Ca和Mg等礦物的富集。總體而言，與原生鋁土礦相比，沉積型鋁土礦具有高Al2O3而相對較低的Fe2O3、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征[15]。

大佛巖礦區(qū)鋁土礦石樣品電子探針背散射圖像（圖4）證實了銳鈦礦、金紅石、鋯石、高嶺石等副礦物多發(fā)育在硬水鋁石中的說法。鋁土礦成熟度越高，硬水鋁石就越多，黏土礦物、鐵礦物、綠泥石、硫鐵礦、碳酸鹽礦物等就越少[16]。根據(jù)SPSS軟件分析Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、CaO、Li、Sc、V、Ga、Nb、Ce、Nd和ΣREE質(zhì)量分?jǐn)?shù)共16項之間的相關(guān)關(guān)系，Al2O3與SiO2、TiO2、Sc元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間明顯相關(guān)（表2）。具體來看：

Al2O3和SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)為-0.64，并且呈現(xiàn)出0.01水平的顯著性，說明Al2O3和SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間有著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；Al2O3和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)為0.45，并且呈現(xiàn)出0.05水平的顯著性，說明Al2O3和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間有著顯著的正相關(guān)關(guān)系；Al2O3和Sc質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)為-0.50，并且呈現(xiàn)出0.05水平的顯著性，說明Al2O3和Sc元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間有著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。除此之外，Al2O3與其他12項質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)關(guān)系數(shù)值并不會呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（表2）。

3.1 平面上Al2O3分布特征

通過統(tǒng)計大佛巖礦區(qū)78個鉆孔及探槽工程Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，繪制主礦物Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)等值線圖（圖5）。從圖5可知，大佛巖礦區(qū)Al2O3平面上質(zhì)量分?jǐn)?shù)離散程度小，屬于較均勻類型。對比巖相圖，Al2O3高值區(qū)與沉積相位置關(guān)系較為緊密。研究區(qū)出現(xiàn)3處高值區(qū)和3處低值區(qū)，高值區(qū)分別出現(xiàn)在礦區(qū)北西角、礦區(qū)北部及礦區(qū)中部，低值區(qū)分別出現(xiàn)在礦區(qū)西部2處和礦區(qū)東南角1處。最高點出現(xiàn)在探槽TC102處，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.06%，最低點出現(xiàn)在鉆孔ZK185處，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.01%。整體來看，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)主要出現(xiàn)在豆鮞狀鋁土巖和致密狀鋁土礦區(qū)域；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)低值區(qū)主要出現(xiàn)在土狀鋁土巖和黏土巖區(qū)域。

3.2 剖面上Al2O3分布特征

以鉆孔ZK4816和ZK4810柱狀圖為例，分析垂向剖面上的沉積巖相與Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征的關(guān)系（圖6）。在ZK4816和ZK4810垂向剖面中，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)與賦礦地層巖性類型具有密切的相關(guān)性：在高嶺石等黏土礦物中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)多數(shù)不大于20%；在土狀鋁土巖等礦物中其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%；在鮞狀鋁土巖等礦物中較為富集，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為30%～60%；在豆?fàn)钿X土巖等礦物中最為富集，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于60%。在鋁土礦體層及頂板、底板的不同層位（圖3），頂板和礦體層的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于底板巖層。

3.3 Al2O3礦體厚度變化特征

大佛巖Ⅰ號鋁土礦體規(guī)模最大，總體上較為穩(wěn)定，礦體中間出現(xiàn)4處較薄區(qū)域，且均分布于南側(cè)，最大1處厚度較薄區(qū)域呈多邊型不規(guī)則狀（圖7）。Ⅰ號鋁土礦體最大厚度達(dá)6.00 m，最小厚度為0.10 m，一般情況下為1.00～2.50 m，礦體平均厚度為1.93 m，變化系數(shù)為58.12%，屬較穩(wěn)定型。平均品位：w（Al2O3）為62.14%、w（SiO2）為14.76%、w（Fe2O3）為5.59%、w（TiO2）為2.53%、w（S）為1.23%、燒失量（Loss）為13.93%，鋁硅比（A/S）為4.21。

根據(jù)工業(yè)指標(biāo)圈定的鋁土礦礦體厚度只與賦礦地層厚度呈正相關(guān)性，而與地層走向、傾向、埋深無關(guān)。大致關(guān)系是賦礦地層厚度為6～9 m，礦體厚度大、穩(wěn)定性較好；除此以外，偶爾出現(xiàn)厚度大礦體，多數(shù)時候礦體較薄、穩(wěn)定性差，如ZK5220孔，含礦巖系厚度為11.29 m，而礦體厚度則有6.00 m，如此類型的工程尚有不少。

3.4 富礦體分布特征

大佛巖礦區(qū)Ⅰ號礦體內(nèi)按w（Al2O3）≥62%、鋁硅比（A/S）≥7和w（Al2O3）為＜62%、7＞鋁硅比（A/S）≥1.8工業(yè)指標(biāo)，可劃分為富礦體和貧礦體，本次共圈出13個鋁土礦富礦體。其中：10個富礦體分布在礦區(qū)東部和北部，與鋁土礦礦體厚度等值線有一定的相關(guān)性；3個富礦體分布在礦區(qū)東南部。除了鋁土礦富礦體，其余均為貧礦體，主要分布在礦區(qū)東北部、北部，少量分布在礦區(qū)西部。少富多貧是大佛巖鋁土礦區(qū)的特征。

多數(shù)富礦體賦存于賦礦地層中上部和中部，偶見于賦礦地層下部，貧礦主要賦存在賦礦地層上部和下部（圖8）。富礦體礦石類型以土狀、豆?fàn)钿X土礦和碎屑狀鋁土礦為主，其次為致密塊狀鋁土礦，貧礦以鋁土巖和黏土巖類型為主。

4 Ga、Li、Sc、稀土元素分布特征

鋁土礦成礦過程十分復(fù)雜，通常會富集Li、Ga、V、Ti、NbTa和稀土等金屬元素[18]，其中伴生鎵、鋰和稀土元素富集非常明顯[19]。

4.1 Ga分布特征

根據(jù)樣品分析結(jié)果（表3），22件鋁土礦和鋁土

巖樣品w（Ga）為（22.50～115.60）×10-6，平均為57.67×10-6。鋁土礦中鎵的富集程度最高，平均為72.67×10-6；其次為鋁土巖，w（Ga）平均為49.11×10-6，黏土巖中w（Ga）最低，平均為3.20×10-6。鋁土礦體中w（Ga）變化系數(shù)為37，為不穩(wěn)定型。粉砂質(zhì)頁巖中w（Ga）為（22.30～45.20）×10-6，平均為34.12×10-6，比含礦地層平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低?；?guī)r中w（Ga）為（3.50～10.70）×10-6，平均為7.39×10-6，比賦礦地層中Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小得多。

4.1.1 平面上Ga的分布特征

根據(jù)以往地質(zhì)勘查化驗成果（圖9），研究區(qū)w（Ga）高值區(qū)呈北東向和近南北向分布，中西部w（Ga）高，北東部w（Ga）較低。w（Ga）在鉆孔ZK2141—ZK6821和ZK4816區(qū)域出現(xiàn)高值區(qū)，最高大于100×10-6；在鉆孔ZK2836—ZK3630和ZK2161—ZK3104區(qū)域比較低。

4.1.2 垂向上Ga的分布特征

以60×10-6為線，Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為高品位礦石和低品位礦石兩類。根據(jù)鉆孔柱狀圖（圖10），高品位礦石主要賦存位置除含礦地層下部和上部外，其余部位均有分布。在賦礦地層中Ga高品位礦石和鋁礦富集區(qū)位置基本一致，由賦礦地層中上部開始到底部，Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)緩慢升高，在鋁土礦層中顯示高Ga的特征，賦礦地層中Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍高于頂板和底板中Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Ga的富集程度與Al的富集程度密切相關(guān)，二者呈正相關(guān)性。

4.1.3 Ga與其他元素的相關(guān)性

根據(jù)52件樣品測試結(jié)果和相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈弱正相關(guān)（圖11a）、SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)（圖11b）、鋁土巖和鋁土礦中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈弱正相關(guān)（圖11c）、TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈明顯正相關(guān)（圖11d）、鋁硅比（A/S）呈弱正相關(guān)（圖11e）。Ga在賦礦地層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在一定程度上受控于Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，多以類質(zhì)同象形式賦存于Al2O3等氧化物中；其次為離子吸附型形式存在，完全風(fēng)化土狀鋁土礦中Ga流失殆盡，說明Ga的主要載體礦物應(yīng)該不是一水鋁石。

Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與V、Zr、Sr等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈弱正相關(guān)，與Cr、Ni、Co、Rb、Ba等質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。微量元素相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)Ga賦存于富V、Zr、Sr的礦石內(nèi)，多數(shù)Ga出現(xiàn)于金紅石或鋯石等副礦物中[20]。

Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與稀土總量、輕稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)、重稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)、LREE/HREE值呈弱正相關(guān)。總體而言，Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與各類稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間關(guān)系不密切，沒有規(guī)律可循。

4.2 Li分布特征

4.2.1 賦礦地層與Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

大佛巖礦區(qū)賦礦地層中Li富集程度高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于地球豐度值20×10-6[21]、全國沉積巖Li平均值31.45×10-6[22]。不同的礦石類型和巖性其化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦不同。如：Li在鋁土礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（2.52～1 603.00）×10-6，平均為534.66×10-6；鋁土巖中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（117.00～1 655.00）×10-6，平均為1 010.86×10-6；黏土巖中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（63.60～473.00）×10-6，平均為224.86×10-6。具體而言，Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從高到低依次為：碎屑狀鋁土礦（1 655.00×10-6）→豆鮞狀鋁土巖（1 605.00×10-6）→致密狀鋁土礦（1 603.00×10-6）→致密狀鋁土巖（1 325.00×10-6）→含鮞粒鋁土礦（758.00×10-6）→土狀鋁土礦（16.78×10-6）。

從礦物組合上看，含礦巖系礦物種類單一時Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，而種類復(fù)雜時則比較富Li；鋁礦物體積分?jǐn)?shù)過高Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，無鋁礦物時Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大；無伊利石或無高嶺石或無綠泥石含礦巖系均不富Li，黃鐵礦、水鐵礬中不含Li，針鐵礦存在時Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加（圖12）。

研究表明，Li元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在賦礦地層梁山組中、上部巖石中最高，其中致密狀鋁土礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次鋁土巖中質(zhì)量分?jǐn)?shù)也比較高，土狀鋁土礦中Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。Li多呈類質(zhì)同象或離子、層間吸附形式富集在高嶺石、伊利石等脈石中；含鐵礦物（黃鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦等）的存在對Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低有一定作用。土狀鋁土礦中Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對偏少，是因為其形成過程中的表生風(fēng)化、氧化作用使Al元素富集，Si、Fe等元素淋濾流失，特別是土狀鋁土礦中Li流失更甚，土狀鋁土礦顯示為高Al貧Li的特點。

4.2.2 垂向上Li的分布特征

由鉆孔柱狀圖（圖13）Li元素變化情況可以看出，在賦礦地層垂向上，Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)自上到下有緩慢減少的變化規(guī)律，而從賦礦地層巖性來看，Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋁土巖＞鋁土礦＞黏土巖，顯示Li元素的富集與鋁土巖的關(guān)系較為密切。

4.2.3 Li與主微量元素的相關(guān)性

由Al2O3、SiO2、TiO2、A/S和Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系圖（圖14）可知，Li在賦礦地層中的富集主要受硅鋁及其比值影響。即Li和SiO2、Al2O3之間均呈先正相關(guān)后負(fù)相關(guān)的特征，同時A/S最佳值為1.1～1.8，過高或過低的均不利于Li的富集，Li的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)。褐鐵礦化黏土巖中Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于含黃鐵礦鋁土礦，說明Fe3+比Fe2+對Li的賦存狀態(tài)影響更大[23]。Li與微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)性（表4）說明Li與Zr、Mn、V、Sr、Sc等部分微量組分關(guān)聯(lián)性較微弱，與REE、Ga、Co等元素組分無顯著相關(guān)性，表明Li元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征和富集由SiO2、Al2O3、TiO2、A/S決定。

4.3 Sc分布特征

Sc是一種稀散元素，獨立礦物很難看到，僅發(fā)現(xiàn)鈧鈮礦、水磷鈧礦和鐵硅鈧。相關(guān)研究表明，在鋁土礦石及礦渣中，黏土礦物、鋁土礦物及金紅石、鈦鐵礦等副礦物的晶格常賦存有Sc元素。Sc可能以類質(zhì)同象、離子吸附和超顯微結(jié)構(gòu)混入物3種形式賦存于鋁礦物、鐵礦物及碎屑鋯石中[24]。

大佛巖礦區(qū)Sc元素在賦礦地層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)和礦體厚度均為不均勻類型，無規(guī)律性。致密狀鋁土礦、黏土巖及粉砂質(zhì)頁巖中Sc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化系數(shù)較小，豆鮞狀鋁土巖、灰?guī)r中Sc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化系數(shù)均較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為碎屑狀鋁土巖，最低為灰?guī)r。Sc的地球化學(xué)性質(zhì)與Al、Fe和Mg相似，賦存狀態(tài)可能與含鐵礦物相關(guān)；Sc與Sn、Ti、Zr、Nb、Ta、W、In的原子價和離子半徑也相似。因此，Sc在鋁土礦中富集時，受其他性質(zhì)相似元素干擾，導(dǎo)致Al與Sc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并無相關(guān)性[25]。

4.4 稀土元素特征

粉砂質(zhì)頁巖w（ΣREE）為（203.26～2 166.63）×10-6，平均為803.25×10-6；各類黏土巖w（ΣREE）為（54.90～2 988.20）×10-6，平均為618.30×10-6；各類鋁土巖w（ΣREE）為（22.11～4 169.06）×10-6，平均為460.90×10-6；灰?guī)rw（ΣREE）為（46.54～295.35）×10-6，平均為187.81×10-6；礦石中w（ΣREE）為（44.72～425.53）×10-6，平均為134.14×10-6。不同類型的巖石中w（ΣREE）截然不同，但多數(shù)超過文獻(xiàn)[26]統(tǒng)計的全球巖石圈地球稀土元素豐度值35.78×10-6，均值自大到小為頁巖、黏土巖、鋁土巖、灰?guī)r、鋁土礦，賦礦地層梁山組的w（ΣREE）均值則不到200×10-6。配分特征上，伴生稀土元素都具有明顯的右傾特征，屬于輕稀土元素富集型[2728]，質(zhì)量分?jǐn)?shù)上沉積型含鋁巖系中伴生稀土元素的總稀土元素w（ΣREE）均值最高[29]。在地層形成的過程中Ce的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能會產(chǎn)生變化，一般會使δCe與δEu形成顯著的一致性、δCe與（Dy/Sm）N呈顯著負(fù)相關(guān)、δCe與w（ΣREE）呈顯著正相關(guān)特征。

礦石中LREE/LREE為2.15～21.02，平均為6.49；鋁土巖LREE/LREE為1.19～134.82，平均為16.54；黏土巖LREE/LREE為1.28～47.07，平均為11.35；粉砂質(zhì)頁巖LREE/LREE為1.35～11.97，平均為7.29；灰?guī)rLREE/LREE為4.04～7.44，平均為5.07；平均值由大到小依次為鋁土巖、黏土巖、頁巖、鋁土礦、灰?guī)r。

鋁土礦礦石中δCe為1.44～5.81，平均為3.46；粉砂質(zhì)頁巖中δCe為1.69～4.23，平均為3.03；鋁土巖δCe為0.46～5.50，平均為2.15；黏土巖δCe為0.39～11.37，平均為3.24；灰?guī)rδCe為0.80～4.39，平均為1.89。鋁土礦礦石和頁巖樣品δCe全部為正異常；鋁土巖、黏土巖、灰?guī)r樣品δCe負(fù)異常（δCelt;0.95）、正常（0.95lt;δCe＜1.05）、正異常（δCegt;1.05）均有分布。

鋁土礦礦石中δEu為0.34～0.89，平均為0.67；鋁土巖δEu為0.27～1.03，平均為0.65；黏土巖δEu為0.19～0.90，平均為0.64；粉砂質(zhì)頁巖δEu為0.27～0.71，平均為0.51；灰?guī)rδEu為0.30～1.11，平均為0.78。大部分巖石中銪存在負(fù)異常（δEult;1），特別是灰?guī)r中銪負(fù)異常較明顯。

介質(zhì)的pH值以及含礦巖系鋁土礦化程度制約稀土元素富集[30]。賦礦地層下部pH中性—堿性，為稀土元素的富集提供了有利的外部條件。礦石中稀土元素的富集程度與風(fēng)化程度密切相關(guān)，稀土元素的富集部位更容易出現(xiàn)在賦礦地層底部。賦礦地層底部稀土元素富集程度與高嶺石、伊利石等黏土礦物的富集程度具有顯著的正相關(guān)性，多以類質(zhì)同象形式出現(xiàn)于黏土礦物中。賦礦地層底部因各種地質(zhì)作用引起稀土元素富集，其也是因素之一。同時研究表明，稀土元素吸附能力與其離子半徑成正比，推測LREE相對于HREE更易為鋁土礦中黏土礦物所吸附，這是輕稀土元素在鋁土礦中相對富集的主要原因[31]。

5 可利用性評價

5.1 鋁土礦可利用性評價

礦產(chǎn)資源可利用性評價是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對其影響的因素眾多。根據(jù)王巖等[32]將評價指標(biāo)歸納為5個因素：社會需求因素、地理環(huán)境因素、礦床地質(zhì)因素、礦山企業(yè)經(jīng)營因素和經(jīng)濟因素等，共計44個指標(biāo)。2020年自然資源部在全國礦產(chǎn)資源國情調(diào)查中，明確提出對礦產(chǎn)資源可利用性評價需重點考慮工程建設(shè)項目壓覆和重要功能區(qū)重疊等外部影響因素，礦產(chǎn)資源可利用性初始評價指標(biāo)為46個。

根據(jù)專家打分法選取最影響渝南地區(qū)鋁土礦開發(fā)利用的12個指標(biāo)，分別為產(chǎn)業(yè)政策、經(jīng)濟效益、壓覆情況、選冶難易程度、礦床規(guī)模、礦石品位、生態(tài)環(huán)境影響、開采技術(shù)條件、采礦回收率、國內(nèi)供需、重要功能區(qū)重疊和交通條件等。

本次可利用性評價研究采用層次分析法與加權(quán)疊加的評價模型。首先，采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重；其次，采用問卷調(diào)查并結(jié)合資料綜合分析為各評價指標(biāo)量化賦值；最后，采用加權(quán)疊加法對評價指標(biāo)的權(quán)重和賦值進(jìn)行加權(quán)疊加并獲得各礦區(qū)的評價指數(shù)。評價指數(shù)越高，鋁土礦資源的可利用性越高。計算采用SPSS軟件進(jìn)行。層次分析法的基本思想是將決策問題按照總體目標(biāo)、子目標(biāo)、評價標(biāo)準(zhǔn)和具體措施的順序分解為不同的層次；然后用求判斷矩陣的特征向量的方法，求出每個層次各要素對前一級的權(quán)重；最后使用加權(quán)方法遞歸合并它們，以找到每個指標(biāo)在總體目標(biāo)上的權(quán)重。

根據(jù)建立的評價指標(biāo)和評價模型，對大佛巖鋁土礦資源可利用性進(jìn)行評價，評價指數(shù)為0.854，為可利用礦區(qū)。為了驗證大佛巖鋁土礦資源可利用性評價結(jié)果，對渝東南地區(qū)其他14個鋁土礦區(qū)也一并進(jìn)行了可利用性評價。15個礦區(qū)中無易利用礦區(qū)（評價指數(shù)≥0.9），可利用礦區(qū)4個（評價指數(shù)0.8～0.9），近期難利用礦區(qū)7個（評價指數(shù)0.6～0.8），難利用礦區(qū)4個（評價指數(shù)lt;0.6）。評價結(jié)果和實地調(diào)查情況基本一致，說明利用該評價模型進(jìn)行資源可利用性評價具有一定的科學(xué)性。

重慶市鋁土礦床整體以低品位鋁土礦為主，對礦石選冶加工技術(shù)提出了更高要求。目前，我國在低品位鋁土礦綜合利用技術(shù)方面已取得突破[33]，通過活化、浸取、分離和回收等主要工藝技術(shù)過程，可使鋁土礦中的Al2O3和SiO2得到分離提取，能夠提取滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的氧化鋁和微細(xì)硅酸等產(chǎn)品。該項技術(shù)可以提高較低鋁硅比等低品位礦石的開發(fā)利用水平，顯著增加可選冶加工的鋁土礦資源量，從而使得全國90%以上的低鋁硅比資源量得以利用。

5.2 Ga、Li、Sc、REE可利用性評價

大佛巖鋁土礦中伴生的主要礦產(chǎn)為耐火黏土和鐵礬土等，除此之外，伴生多種有益組分[8]。晉中、豫西、渝南和黔北等地的沉積型鋁土礦伴生豐富的“三稀”資源[34]。

Ga無獨立的礦床工業(yè)指標(biāo)，一般作為副產(chǎn)品在其他礦種冶煉過程中回收利用，用于消費電子產(chǎn)品和可再生能源應(yīng)用[35]。單獨礦物極少發(fā)現(xiàn)，目前僅發(fā)現(xiàn)一種硫銅礦（CuGaS2）。我國鎵礦主要伴生在鋁土礦、煤礦和鉛鋅礦之中，以鋁土礦中伴生鎵最為重要[36]，接近九成來源于鋁土礦[8]。2021年，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所開展了鋁土礦伴生鎵綜合評價指標(biāo)論證，專家建議鋁土礦伴生鎵綜合評價參考指標(biāo)最低為0.01%。三水型鋁土礦中鎵的浸出研究表明，赤泥和循環(huán)母液中的鎵均具有回收價值[37]。另外，從赤泥中提取鎵的技術(shù)逐漸成熟[38]。大佛巖礦區(qū)鋁土礦石中Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（25.60～115.60）×10-6，平均為72.67×10-6。根據(jù)礦區(qū)多年地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，Ga在鋁土礦體中平均品位為0.008 1%，依此估算Ga的潛在礦產(chǎn)資源為10 955.42 t，具有較好的綜合利用前景。

Li被稱為“二十一世紀(jì)綠色高能金屬”，鋰離子電池技術(shù)是汽車電氣化的關(guān)鍵組成部分[39]。目前常見的鋰礦物和含鋰礦物有20多種，主要有鹽湖鹵水型、花崗偉晶巖—堿長花崗巖型及沉積型3種礦床類型[40]。我國鋁土礦多數(shù)為沉積型，通常富集鋰[41]，Al主要存在于水鋁石、高嶺石和伊利石中，而Li主要存在于黏土礦物中，少量存在于水鋁石中。Li綜合利用最低工業(yè)指標(biāo)為260×10-6。大佛巖鋁土礦樣品中Li為（16.78～1 605.00）×10-6，平均為915.72×10-6，Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)在賦礦地層中變化系數(shù)較大，最高為鋁土巖，其次為鋁土礦。當(dāng)前受多種因素制約，只在美國、墨西哥等國進(jìn)行開發(fā)利用沉積型伴生鋰礦床。國內(nèi)外實驗表明[42]，沉積型伴生鋰資源在提取技術(shù)上是可行的，因未進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)，其試驗結(jié)果可重復(fù)性及經(jīng)濟性不夠明確。因此，繼續(xù)加強工藝礦物學(xué)研究，擴大實驗室、半工業(yè)化或工業(yè)選冶試驗研究，有望將沉積型伴生鋰資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭苫厥绽玫馁Y源，具有較好的綜合利用前景。

Sc的性質(zhì)與稀土相似，沒有獨立的礦床類型。在地球化學(xué)循環(huán)中，已知Sc存在于鎂鐵質(zhì)和超基性巖石中，而不是長英質(zhì)巖石中，沉積巖通常表現(xiàn)出非常低的Sc質(zhì)量分?jǐn)?shù)[43]。目前國內(nèi)沒有綜合利用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國外回收最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20×10-6。根據(jù)大佛巖鋁土礦賦礦地層Sc質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（5.70～82.55）×10-6，平均為34.01×10-6，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都超過了最低回收利用要求。初步選礦試驗表明，利用高鐵鋁土礦焙燒—化學(xué)預(yù)脫硅—拜爾法工藝，Sc回收率為94.4%；利用高硫鋁土礦浮選脫硫—浮選脫硅—拜爾法工藝，Sc回收率為68%[25]。上述2種方法取得赤泥富含Sc元素，再經(jīng)過選冶加工除雜，可獲得Sc的高純氧化物，其選礦回收率通常大于95%。目前，還有多種方法可以從鋁土礦礦渣（赤泥）或廢水中提取Sc[4447]。故而，在礦石選冶加工過程中，應(yīng)考慮開展半工業(yè)工業(yè)試驗研究并比選實驗方法經(jīng)濟性，研究綜合利用伴生Sc元素。

Ｖ獨立的礦床很少，主要為共伴生礦床，相關(guān)類型主要有釩鈦磁鐵礦礦床、釩鉀鈾礦礦床、綠硫釩礦地瀝青礦床（獨立礦床）和釩鉛礦礦床等。攀枝花地區(qū)釩鈦磁鐵礦床是世界最大的釩礦資源產(chǎn)地。V2O5的最低綜合利用工業(yè)指標(biāo)為0.10%～0.50%[48]。研究區(qū)V2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（143.00～648.00）×10-6，平均為416.09×10-6，均低于工業(yè)利用的最低指標(biāo)，無綜合利用價值。

REE的富集受到碎屑物質(zhì)風(fēng)化程度的影響，以及該地區(qū)各種沉積巖中殘余物質(zhì)的沉積或再沉積的影響[49]。含礦巖系中稀土元素和微量元素（如Ti、Nb、Zr、Hf、Ta和Th）均有明顯的富集[50]，來自母巖的稀土元素很容易被含有鐵的氧化物且高度風(fēng)化的土壤中的礦物捕獲[51]。目前，可以通過多種方法提取鋁土礦礦渣中的稀土元素[5255]。REE工業(yè)上目前沒有回收利用指標(biāo)，可參考其他類型稀土礦床回收指標(biāo)：邊界品位，w（ΣREE）＞0.008％；工業(yè)品位，w（ΣREE）為0.016％～0.020％。本次采集樣品中多數(shù)未達(dá)到要求且REE在礦石中的賦存狀態(tài)不明。

根據(jù)分析認(rèn)為，研究區(qū)Ga、Nb、V等伴生元素富集程度、分布特征與Al2O3的富集程度關(guān)系較為密切（圖15）。根據(jù)山西鋁土礦伴生稀有稀土元素的研究，REE、Sc等元素在赤泥中容易吸附集中，但Ga、Li、V等元素在循環(huán)母液中容易吸附集中。Ga已經(jīng)在鋁土礦開發(fā)利用中進(jìn)行了綜合利用，通過選冶加工技術(shù)實驗已經(jīng)成功提取Sc、Li等元素，因選礦成本較高，目前無法規(guī)模化、工業(yè)化生產(chǎn)。單純從礦石選冶加工技術(shù)而言，Ga、Li、Sc等伴生元素的綜合回收利用是可以實現(xiàn)的。

6 結(jié)論

1）研究區(qū)處于黔中—渝南成礦帶內(nèi)，為風(fēng)化殼再沉積型礦床。礦體賦存于韓家店組或黃龍組之上、棲霞組或梁山組之下，鋁土礦體沿沉積地層層位分布。鋁土礦石主要特點是高品位礦不足、多為低品位礦。

2）大佛巖鋁土礦區(qū)出現(xiàn)3處Al2O3高值區(qū)和3處Al2O3低值區(qū)，高值區(qū)分別出現(xiàn)在礦區(qū)北西角、礦區(qū)北部及礦區(qū)中部，低值區(qū)分別出現(xiàn)在礦區(qū)西部2處和礦區(qū)東南角1處。在鋁土礦體層及頂板、底板的不同層位Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，頂板和礦體層的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于底板巖層。Ⅰ號礦體規(guī)模最大，總體上較為穩(wěn)定。Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)呈北東向和近南北向分布，中西部Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，北東部Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)在梁山組中、上部最高，最高為致密狀鋁土礦，其次為鋁土巖，土狀鋁土礦中相對較低。Li的富集與鋁土巖的關(guān)系較為密切。稀土元素的富集部位更容易出現(xiàn)于賦礦地層底部。

3）通過構(gòu)建可利用性評價指標(biāo)體系，基于層次分析法及加權(quán)疊加的評價模型對大佛巖鋁土礦資源的可利用性進(jìn)行評價。本次所建立的評價模型可為鋁土礦資源的可利用性評價提供科學(xué)參考，同時也可為其他礦產(chǎn)資源的可利用性評價提供借鑒。獲得的評價結(jié)論不僅可以作為礦山企業(yè)建設(shè)投資的依據(jù)，也能為區(qū)域礦產(chǎn)資源規(guī)劃、調(diào)整礦業(yè)布局和礦業(yè)生產(chǎn)要素合理配置提供理論基礎(chǔ)，對促進(jìn)重慶等地區(qū)礦產(chǎn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展亦具有重要的參考價值。當(dāng)然，對于評價指標(biāo)的選擇和權(quán)重的確定，需要根據(jù)不同的礦產(chǎn)資源和應(yīng)用場景進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以便更好地滿足實際需求。

4）研究區(qū)鋁土礦石中伴生有Ga、Li、Sc等多種有益元素。在開發(fā)利用主礦種Al2O3時可以同時綜合回收Ga元素，但Ga、Li、Sc、REE元素受選冶技術(shù)和選礦成本等因素限制，現(xiàn)階段綜合利用技術(shù)上可行但經(jīng)濟性差。因此，在開采主礦種的同時，進(jìn)行伴生元素和稀土元素的選冶加工實驗研究及進(jìn)一步降低選冶成本，實現(xiàn)經(jīng)濟合理的綜合利用對我國緊缺礦種的資源保供工作和資源安全意義重大。

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