南秦岭千家坪钒矿床钒赋存状态研究

朱红周, 侯俊富, 原连肖, 王淑利

(西北有色地质研究院,西安 710054)

南秦岭千家坪钒矿床钒赋存状态研究

朱红周, 侯俊富, 原连肖, 王淑利

(西北有色地质研究院,西安 710054)

千家坪钒矿床产于南秦岭下寒武统黑色岩系中,矿石类型主要为硅质岩夹泥岩型。该矿床钒元素赋存状态研究,对于探讨钒成矿富集机制和钒提取利用均有重要意义。物相分析、X衍射分析和电子探针等研究共同表明:千家坪钒矿床中钒以三价钒为主,占74.22%,五价钒次之,占25.78%;钒主要以类质同相形式赋存于云母类矿物中,占61.72%,其次以吸附状态存在于炭质、粘土矿物中,游离氧化物中少量。含钒矿物主要为钒云母,少量含钒铁、铜氧化物和钒钛磁铁矿等。钒云母有1M型和2M1型两种标型,1M型钒位于云母结构层之间;2M1型钒不仅取代了位于六次配位的八面体层中的Al3+,而且取代了Si-O四面体层中的Al3+。

钒赋存状态 黑色岩系 千家坪钒矿床 南秦岭

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.

我国南方广泛发育下寒武统黑色岩系,其中富含铂族元素(PGE)、稀土元素(REE)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、锡(Sn)、硒(Se)、钒(V)、铀(U)、铊(Tl)、钡(Ba)和钆(Gd)等多种元素,常有大型矿床产出(张爱云等, 1987;陈华勇等,2001;邢树文等,2002;范德廉等, 2004;江永宏,2009)。黑色岩系中已发现了许多大型钒矿床,据统计,资源量约1.18亿吨,是钒钛磁铁矿中钒总储量的7倍(林海玲等,1999;唐修义等, 2004;)。黑色岩系中钒矿床钒元素赋存状态研究,对于探讨钒成矿富集机制和钒提取利用均有重要意义。已有研究表明,黑色岩系有关钒矿床中钒元素赋存状态在不同地区及矿床中均有差别,钒主要以类质同相形式赋存于云母类矿物中(高艳君,1981;孙智永,1997;卢家烂等,1999;吕惠进,2005;陈建华等,2007;吴惠玲等,2008)。千家坪钒矿床是近年在陕西省商南县发现的大型钒矿床,本文通过显微镜观察、X衍射分析和电子探针等分析测试手段研究了该矿床钒元素赋存状态。

1 矿床地质特征

千家坪钒矿床区域上位于南秦岭加里东-印支褶皱带中段(图1)。区域上,沿南秦岭宁陕-柞水-山阳-商南带分布有系列呈岛链展布的古隆起,自西向东产出有:佛坪、小磨岭、陡岭等,古隆起由早震旦系基底及上震旦统下古生界盖层组成,与北扬子大陆可相类比。环绕这些古隆起形成特定的深水半深水次级滞留断陷盆地沉积环境,沉积形成寒武系水沟口组(∈1sh)黑色岩系,其断续分布于宁陕冷水沟-商南千家坪一带,长约230km,为钒、金矿产的有利含矿建造(侯俊富,2008;张复新等,2009),千家坪钒矿床位于陡岭古隆起边缘,宁陕冷水沟-商南千家坪含矿黑色岩系东段。

矿区位于冷水河倒转向斜北翼(倒转翼),构造线呈北西西走向,地层向北倾,为一单斜层构造。矿区断裂构造分布于含矿层以北,主要呈东西走向,西段走向转向北西向。自北而南有F10、F11、F12三条(图1),均为脆性-韧脆性浅层次断裂构造。矿区岩浆岩不发育。

图1 南秦岭千家坪钒矿床地质图Fig.1 Geologicalmap of the Q ianjiap ing vanadium deposit,South Qinling

矿区出露地层主要为震旦系灯影组(Z2dn)、寒武系水沟口组(∈1s)和岳家坪组(∈2y)。其中,寒武系水沟口组(∈1s)为矿区含矿地层,总体为一套炭、硅、泥、碳酸盐岩组合。

千家坪钒矿产于下寒武统水沟口组中-下段含结核炭硅质岩、含结核泥岩、黑色炭质泥岩、泥岩中,层位稳定,已控制长度7550m,自西向东分别圈出Ⅰ-1和Ⅰ-2两个钒矿体。矿体形态简单,呈层状,东西向展布,单个矿体沿走向工程控制长度3700～3850m,矿体水平厚度1.30～28.76m,平均厚度11.52～12.70m。矿体产状稳定,与围岩基本一致,倾向北,倾角50°～85°,总体产状2°～5°∠71°(图1)。单工程V2O5品位为0.73～1.25%, V2O5平均品位0.94～1.05%。

2 钒赋存状态

2.1 矿石类型

依据矿石矿物成分、结构、构造,主要矿石类型为炭硅质岩夹泥岩型钒矿石,局部为(炭质)泥岩型钒矿石。

炭硅质岩夹互泥岩型钒矿石:由黑色炭硅岩夹泥岩或二者互层组成,具有炭硅质岩型与泥岩型矿石的双重矿物成分和结构、构造,黑色炭硅岩组成矿物以石英为主,石英含量65%～95%;次为粘土矿物(水云母、高岭石)10%,炭质2～10%、方解石1%、褐铁矿5～7%、黄铁矿0.5%等。矿石呈隐晶结构。泥岩型矿石矿物组成以粘土矿物高岭石、水云母为主,粘土矿物含量≥75%,炭质<2%,次为黄铁矿、石英等;隐晶-泥质结构。

(炭质)泥岩型钒矿石:主要由泥(页)岩组成,可含少量炭硅质纹层。矿物组成以粘土矿物高岭石、水云母为主,粘土矿物含量≥75%,炭质一般< 2%,局部炭质可达5～15%,次为黄铁矿、石英等;隐晶-泥质结构。

2.2 钒矿石物相分析

采集矿区有代表性的矿石样品(采样位置见图1),磨至+200目,分别按照矿物成份、化学成份分类和价态做3种物相分析,结果见表1。

由表1可知,按矿物分类做钒的物相分析,钒主要赋存于云母类矿物中,占61.49%;其次赋存于氧化铁及粘土矿物中的钒,占32.81%;电气石及石榴石中的钒,仅占5.47%。方法按化学成分做钒的物相分析,硅铝酸盐中的钒占70.31%,炭质中的钒占20.31%,主要以吸附状态赋存。游离氧化物中的钒占9.38%。方法按钒的价态进行物相分析,钒的地球化学电价为V2+、V3+、V4+和V5+,自然界中钒主要呈V3+、V5+存在,V3+几乎不形成本身的矿物,而是以类质同象形式存在于铁和部分铝的矿物中, V4+则形成独立矿物-钒酸盐的形式存在,通常与铀、磷共生(刘英俊等,1984)。V4+不稳定。千家坪钒矿床矿石中钒以低价(V3+)钒为主,占74.22%,五价钒为次,约占25.78%。

表1 千家坪钒矿床矿石钒物相分析结果Table1 Phase analysis of the ores in the Qianjiaping vanadium deposit

2.3 含钒矿物

在上述物相分析的基础上,为了进一步确定含钒矿物,通过显微镜观察、X衍射分析和电子探针分析,主要的含钒矿物如下:

2.3.1 钒云母:[K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2]

6件矿石样品X衍射分析结果见表2。样品中均含有石英、云母、伊利石,云母和伊利石含量与V2O5含量关系如图2,V2O5与云母和伊利石成正相关关系。云母和伊利石呈细鳞片状与石英一起均匀分布,岩石层间界面处有定向排列现象。

X衍射分析证实含钒矿物为钒云母,测试结果见表3。钒云母有两种标型:其一为1M型,化学式KV2(Si3Al)O10(OH)2,钒位于云母结构层之间;其二为2M1型,化学式为(K,Ba,Na)0.75(Al,Mg,Cr, V)2(Si,Al,V)4O10(OH,O)2,V不仅取代了位于六次配位的八面体层中的Al3+,而且取代了Si-O四面体层中的Al3+,形成了2M1型钒云母。

2.3.2 赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(Fe2O3.nH2O)

通过显微镜观察和电子探针分析氧化铁的含钒性,分析结果见表4。赤、褐铁矿有三种不同的分布状态:①胶状赤、褐铁矿:主要呈斑点状分布于岩石中,无一定形状,其次是呈脉状平行变余层理分布,其中有微量的钒存在。②椭圆状、结核状、眼球状:长轴方向平行或斜交岩石层理,其中有少量的钒存在,比胶状赤、褐铁矿的含钒较高。③由有黄铁矿氧化形成者,仍保留黄铁矿假晶。

表2 千家坪钒矿床矿石X衍射分析结果(%)Table2 X-ray diffraction analysis of the ores in the Q ianjiap ing vanadium deposit(%)

表3 千家坪钒矿床矿石X衍射分析结果Table3 X-ray diffraction analysis of the ores in the Qianj iaping vanadium deposit

表4 千家坪钒矿床矿石中赤、褐铁矿电子探针分析Table4 Electron m icroprobe analysis of the hematite and l imon ite in the ores in the Qianjiaping vanadium deposit

图2 千家坪钒矿床矿石中V2O5含量与云母+伊利石含量关系图Fig.2 Relationship between V2O5and vica plus illite of the ore in the Qianjiaping vanadium deposit

2.3.3 黄铜矿(CuFeS2)、铜蓝(CuS)、黝铜矿(Cu12(Sb4S13))

黄铜矿含量很少,呈星点状分布于岩石中,在黄铜矿的边部有蚀变矿物铜蓝交代,铜蓝中含有较高的钒。黝铜矿呈包裹体状位于黄铁矿中,其中Cu

表5 千家坪钒矿床矿石中铜蓝、黝铜矿电子探针分析W b%Table5 Electron m icroprobe analysis of covellite and tetrahedrite in the ores in the Q ianj iap ing vanadium depositWb%

表6 千家坪钒矿床矿石中的钒钛铁矿电子探针分析W b%Table6 Electron m icroprobe analysis of the sefstrom ite in the ores in the Qianjiaping vanadium depositW b%

2.3.4 钒钛铁矿

矿物在岩石中分布比较分散,呈星散状,在岩石可被Ag、Hg、Pb、Zn、Au、Ni、Co、V等类质同相代替,根据电子探针分析,其中含有一定量的钒(表5)。成分含量有差异,但成分的相对含量均未变,特别是含钒的量,其中含T iO2最高,其次是FeO、SiO2,与钛铁矿化学组成比较相近,可能是钒代替了钛铁矿中的铁而形成了钒钛铁矿。

裂隙附近分布较集中。单偏光镜下呈棕灰色,反射率与闪锌矿相近,呈针、柱状,正交镜下可见其较强的非均质性,反射色比闪锌矿显棕,比磁铁矿显灰。此矿物做了两个点的电子探针分析(见表6),虽然

1)千家坪钒矿床产于下寒武统水沟口组黑色岩系中,矿石类型主要为炭硅质岩夹泥岩(互层)型,少量泥岩型。矿石主要成分为石英,其次为粘土矿物(水云母、高岭石)、炭质、铁的氧化物等。

2)经物相分析、X衍射分析和电子探针分析,钒以三价钒为主,占74.22%;五价钒次之,占25.78%。钒主要以类质同相形式赋存于云母类矿物中,占61.72%,其次吸附状态存在于炭质、粘土矿物中,少量赋存于铁、铜氧化物和钒钛磁铁矿等中。含钒矿物主要为钒云母,其有两种标型,其一为1M型,钒位于云母结构层之间;其二为2M1型,V不仅取代了位于六次配位的八面体层中的Al3+,而且取代了Si-O四面体层中的Al3+。

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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;[责任编辑]郑 杰。

全国危机矿山项目(编号:200614004),(编号:200899500)资助。

朱红周(1963年-),男,1987年毕业于西北大学,获学士学位,高级工程师。现从事矿产地质勘查、管理与科研工作, Email:865219134@qq.com。