姜梨园铁矿地质特征及开发利用方案

冯学知，居桂龙

(江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏 徐州 221004)

引言

江苏省沛县姜梨园铁矿区位于华北地台鲁西台背斜与豫淮台褶带的交界部位，丰(县)—沛(县)隆起的南沿，地层为华北型。丰—沛隆起在区内由南向北进一步划分为华(山)—栖(山)凸起、常(店)—鹿(楼)凹陷和张双楼凸起。在华—栖凸起与常—鹿凹陷的过渡部位，东西向断层发育，燕山期中酸性岩体沿断层侵入，岩体与下奥陶统肖县组灰岩接触，为接触交代型铁矿赋存部位[1]。

1 矿床地质

1.1 矿体地质特征

姜梨园铁矿体为全隐伏，埋深150～274 m，总体走向80°，北倾0°～46°，倾角有由中间向两侧变缓的趋势。平面投影范围呈不规则的透镜状—豆荚状，东端分叉，走向长701.81 m，倾向宽95～205 m[2-3]。

矿体钻厚变化系数79.01%，各剖面厚度变化幅度不等，变化系数8.25%～129.93%，矿体沿倾向一般上厚下薄，且很快尖灭，在平面上亦有北厚南薄、中部厚两侧薄的现象。

1.2 矿石质量

1.2.1 矿石的风化/氧化特征

参照1993年《铁矿地质勘探规范》中氧化度(TFe/FeO的比值)≤2.7为矿石、>3.5为氧化矿石、介于2.7～3.5间为混合矿石的氧化程度分类办法，按钻厚百分比统计，主矿体中氧化矿石占74.14%，混合矿石、原生矿石分别占13.21%、12.56%。

不同氧化程度的矿石空间分带不明显，但总体来看，原生矿石、混合矿石在纵向上一般分布于矿体的中心部位，在垂向上多分布于矿体的中、下部位，以下部为多。虽然矿体普遍被氧化，但矿石矿物褪变程度较低，氧化矿石仍处于半风化的状态。

1.2.2 矿石物质成分及结构构造

矿石由矿石矿物和脉石矿物组成。矿石矿物主要有磁铁矿、赤铁矿(假象赤铁矿)、褐铁矿，其次有镜铁矿。脉石矿物主要有碳酸盐矿物(方解石、白云石)、绿泥石、金云母、石英及少量透辉石、绿帘石等。

图1 姜梨园矿区基岩地质图

矿石结构主要为他形结构和他形—半自形晶粒状结构，少数为交代结构、假象结构和乳浊状结构、鳞片状结构。磁铁矿通常是他形—半自形晶粒结构；赤铁矿及少量黄铜矿、斑铜矿沿磁铁矿、黄铁矿边缘和裂隙进行交代，形成交代结构；当风化程度较强时，褐铁矿呈乳浊状分布形成乳浊状结构；镜铁矿、金云母等片状矿物含量多时，形成鳞片状结构。

矿石构造主要有气孔状构造、块状构造、稠密浸染状构造、浸染状构造，角砾状构造，其中条带状构造少见。

1.2.3 矿石化学成分

根据化学基本分析、组合分析、全分析资料，矿体矿石化学成分见表1。表中可以看出:矿石中有益伴生元素Co、Cu含量低，无综合利用价值；有害元素S、P、Pb、Zn、As等含量均在允许含量范围之内。

表1 主矿体矿石化学成分含量统计表

有用组分全铁(TFe)含量：全矿体块段体积加权平均品位43.70 %。钻孔钻厚加权平均品位45.12 %，变化范围27.69 %～62.93 %，变化系数24.58 %，其中圈入矿体单样品位低于20 %的夹石频数为9.2 %，平均品位11.75 %；品位大于50 %的富矿单样频数为36.6 %，算术平均品位59.88 %。

平均品位与矿体厚度总体呈正消长关系，矿体垂向上大致底部品位稍贫，中部、上部稍富；倾向上无明显变化规律。

根据矿石物相分析资料，铁主要赋存在磁铁矿、赤铁矿中，见表2。

表2 铁赋存状态及分配率 /%

根据 (MgO+CaO)/(SiO2+ Al2O3)统计，矿体矿石以碱性矿石为主，占42%;其次是酸性矿石，占28%。富矿石以酸性矿石为主，占62%;其次是半自熔性矿石，占27%。贫矿石以碱性矿石为主，占63%;其次是自熔性矿石，占17%。酸性矿石、半自熔性矿石主要分布于矿体中部，碱性矿石、半自熔性矿石主要分布于矿体两端。

1.3 矿石类型和品级

1.3.1 矿石自然类型

主矿体矿石以氧化矿石为主体，矿石矿物多受不同程度的氧化，部分磁铁矿退变为赤铁矿(假象赤铁矿)和少量褐铁矿，形成的假象赤铁矿保留或部分保留了原磁铁矿的晶形，并具有一定磁性。矿石中含量较少的黄铁矿局部被氧化形成褐铁矿。利用矿石样品基本分析结果，根据矿石的磁性铁及磁性铁占有率，将矿石划分为三个自然类型，即磁铁矿矿石(mFe/TFe≥85%)、赤铁矿磁铁矿矿石(简称赤磁铁矿石，15%

磁铁矿石主要由磁铁矿组成，次为假象赤铁矿，含少量镜铁矿，微量黄铁矿。磁铁矿含量变化幅度较大，为40%～80%，假象赤铁含量变化幅度为1%～10%。

赤磁铁矿石主要由赤铁矿(假象赤铁矿)组成，次为磁铁矿，微量镜铁矿、褐铁矿。矿物的含量变化大，有的以磁铁矿为主，赤铁矿为次；有的以赤铁矿为主，磁铁矿为次，两者含量成反消长关系。

赤铁矿矿石由赤铁矿(假象赤铁矿)和少量褐铁矿、磁铁矿组成，一般赤铁矿含量39%～45%，褐铁矿含量2%，磁铁矿含量1%左右。

主矿体矿石自然类型以赤磁铁矿矿石类型最多，占58.4%；其次为磁铁矿矿石类型，占37.5%；赤铁矿矿石最少，占4.1%。

另外，按矿石构造矿石可分为气孔状矿石、块状矿石、稠密浸染状矿石、浸染状矿石、条带状矿石和粉状矿石。

1.3.2 矿石工业类型及品级

主矿体矿石平均品位43.70%，低于入炉冶炼品位≥50%的要求，其工业类型总体属需选矿石类型。鉴于矿石中磁铁矿为主要矿石矿物，为便于矿床开发利用中进行矿石选矿工艺的选择，根据磁性占有率，按磁性进一步将矿石分为磁性铁矿石和弱磁性铁矿石两种类型，即：

磁性铁矿石 mFe /TFe≥85%

弱磁性铁矿石 mFe/ TFe<85%

按DZ/T0200-2002《铁、锰、铬矿地质勘查规范》和矿床评价工业指标中质量要求，将TFe≥50%划为富矿，25%≤TFe<50%划为贫矿。

主矿体中富矿石占43%，贫矿石占57%。富矿石主要分布于矿体中部，贫矿石主要分布于矿体边部。磁性铁矿石、弱磁性铁矿石按TFe品位的贫、富，可细分为4个品级，即：

富磁性矿石：TFe≥50%，mFe /TFe≥85%；

富弱磁性矿石：TFe≥50%，mFe/ TFe<85%；

贫磁性矿石：25%≤TFe<50%，mFe /TFe≥85%；

贫弱磁性矿石：25%≤TFe<50%，mFe/TFe<85%。

根据见矿钻孔统计，富磁性铁矿石占富矿的88%，富弱磁性铁矿石占富矿的12%，贫磁性矿石占贫矿的12%，贫弱磁性矿石占贫矿的88%。

1.4 矿体围岩和夹层

姜梨园铁矿体产于奥陶系下统肖县组下段中下部与中性侵入岩(角闪闪长斑岩—闪长斑岩)接触带及外带围岩中，围岩岩性多为钙镁碳酸盐岩。矿体顶板岩石以热力变质大理岩为主，个别地段顶板为透辉石矽卡岩。

矿层底板岩性多为矽卡岩和闪长斑岩。

矿区共圈夹层8条，厚度1.25～14.02 m，多小于4 m，走向长50～200 m，倾向延伸11～50 m，岩性为白云质大理岩、透辉石矽卡岩、闪长斑岩、角砾状大理岩、角砾状泥灰岩等。

2 矿床成因

矿体在走向上，中部上隆接触带利于成矿流体的聚集，成矿较早，成矿温度较高，多表现为矿浆充填型，以品位富、磁性强的磁铁矿矿石为主，矿石构造主要为块状、气孔状构造，矿石质量较好(TFe平均品位53 %～59 %)；而矿体两端的下坳部位成矿较晚，以高中温热液由充填—交代形成的赤铁矿矿石和赤磁铁矿矿石为主，矿石构造主要为浸染状构造，次为角砾状构造，以品位低、磁性弱的矿石为特征，TFe品位33 %～43 %。矿体沿倾向也大致表现出上部成矿温度高、下部成矿温度低的相关成因特征。

对矿床成因分析认为，初步结晶分异的岩浆在沿断裂构造上侵过程中遇肖县组富含膏盐的碳酸盐岩围岩，受到混染，进一步分异出富铁、富挥发分的的成矿热流体(矿浆和热液)，这种成矿热流体在向岩体表面不断聚集运移的过程中，同时交代和分解母岩中早期晶出的含铁矿物，使铁质进一步向成矿热流体富集。成矿热流体不断聚集形成较大压力，迁移至岩体与围岩接触带附近的围岩层间破碎带，主要以贯入、充填方式，其次以交代方式形成矿体。并伴随了相应的蚀变现象。根据磁铁矿的爆裂法测温为380～690℃，金云母透辉石等矽卡岩矿物测温为385～700℃，推断磁铁矿化是在矽卡岩化阶段晚期到高、中温热液期，从而说明本矿区铁矿为接触交代—高中温热液型矿床[4]。

3 矿床开发利用方案

3.1 资源形势分析

我国的铁矿石多年来供不应求，有一半依赖进口。在现代化建设进程中，我国对钢铁需求越来越多，而国际市场铁矿石价格持续上扬，国内众多钢铁企业铁矿石的需求缺口较大。徐州市是淮海经济区中心城市，也是华东地区铁矿石产地之一。利国铁矿目前为徐州市唯一的一处铁矿石基地，开采历史悠久，依托这一资源，徐州市的炼铁业已形成了一定的规模。据调研，目前利国铁矿年产精铁矿粉65万t，但徐州市炼铁生产线的年需铁矿精粉量约190万t，供需比约为1∶3，属严重供不应求，这为本矿床的开发提供了市场条件。

3.2 矿床开发条件

姜梨园铁矿体共估算得矿石(122b+333)资源/储量639.10万t，属中等矿山规模。矿石以赤磁铁矿石和磁铁矿石为主，少量为赤铁矿。矿石中有害组分含量较低，矿石以较高的密度和磁性与围岩有明显区别，易选性好。矿床开采技术条件中水文地质条件和工程地质条件属复杂型，环境地质基本适宜，开采利用的内部条件良好。

矿区离城区较近，为江苏省煤炭和电力工业基地，水陆交通均较便利，矿山建设能源条件优越。矿床北侧分布的奥陶系马家沟组岩溶承压强含水层，含水丰富，可提供充足水源，加之矿山建设所需的建筑材料近距离供应有保障，矿区周围农村富余劳动力充裕，矿区开发外部条件齐备。

3.3 未来矿山建设方案

姜梨园矿体拟建成年采25万t原矿的采选矿山，其中富矿5万t，入选原矿20万t。产品方案为年产块矿5万t，年产铁精矿粉10.3万t。根据主矿体600万t的资源/储量，按照76.8%的矿石回采率计算，矿山的服务年限为18年。

矿山采用地下开采方式，竖井开拓。采矿方法为分段空场嗣后充填法。地下采用吊斗或罐笼运输，地面采用翻斗式矿车自溜运输。

矿山选矿方法的矿石破碎筛分采用三段—闭路流程，在中碎前设人工手选工艺；磨选采用两段磨矿和弱磁—强磁选流程。

3.4 矿床开发经济分析

拟建设开采规模约为25万t/a原矿石量，经选矿加工，得到含铁64%的铁精矿10.3万t和含铁59%的块矿5万t。概略估算项目总投资6 654万元，其中建设投资5 980万元，借款利息319万元，流动资金355万元。目前国际上铁矿石的销售价格900～1 400元/t，按保守的矿石销售价格600元/t计算，成本费用按精矿304元/t、块矿91元/t估算，年销售收入7 047万元，年销售税金及附加836万元，年利润总额3 250万元，年所得税1 073万元，年税后利润2 178万元。总投资财务内部收益率26.88%，投资利税率56.96%，投资利润率44.91%，投资回收期(含建设期)5.91年，经济效益明显。

4 结语

经预可行性研究，项目具有较好的经济效益和较强的抗风险能力。项目建成后，可解决200多人的就业，每年可向钢铁企业提供铁矿15万t以上，每年可向国家提交 1 000多万元的税费收入。矿山建设和生态环境、地质环境是总体适宜的，矿山生产的安全卫生条件可以得到一定的保障。未来矿山企业经济效益、社会综合效益以及环境效益均可令人满意，矿山建设在技术经济上是可行的。

[1]张治中. 兰道班江铁矿成矿地质特征及矿床成因[J]. 吉林地质, 2009(2):52-55.

[2]白献昌,周大刚. 河北省沙河中关铁矿地质特征[J]. 河北地质, 2009(2):21-23.

[3]金永新,闫绍波,刘 超. 吉林东部铁矿成因类型、地质特征及找矿方向探讨[J]. 地质与资源, 2009(2):107-109.

[4]施建斌，蔡承刚，曹 强.江苏省沛县姜梨园铁矿矿床成困及找矿方向[J].有色金属(矿山部分)，2010,62(2)：31-34.