基性岩浆岩风化壳型钛铁矿地质特征与开发利用前景

周昕

摘 要：以云南洱源县邓川中和钛铁矿为例，研究基性岩浆岩风化壳型钛铁矿的地质特征、成矿规律、矿床开采和矿石加工技术条件。提出该类型矿床找矿勘探较易，开采和选冶条件较简单，经济效益较好。

关键词：钛铁矿；地质特征；开采技术条件；洱源县

0 引言

云南省洱源縣中和钛铁矿为一中型规模砂矿床，矿区位于洱源县邓川镇南西侧，区内最高海拔2380m，最低海拔1980m，相对高差400m，中山属低地貌。矿区东西方向长850m，南北方向宽770m，开采深度为2190m—2000m。

矿区气候温和湿润，年平均气温15°C，冬春季较冷，风大，最低温度为-1°C，最大风速16m/s，夏季最高气温达30°C。全年雨量充沛，年平均降水量930.5mm，相对湿度70%左右。旱、雨季分明，雨季一般为6—10月份，80%的雨量集中于该季。

1 区域地质概况

本文以云南省洱源县中和钛铁矿为例说明该类矿床的地质特征。

矿区大地构造位置处于扬子准地台的盐源—丽江古生代台缘褶皱带西部边缘地带[1]，岩浆活动强烈，钛铁矿砂矿体的成因与海西期基性岩的侵入有关（见图1）。

区域上前寒武系、古生代、中生代地层均有出露，前寒武系苍山群分布在矿区南侧点苍山一带，为一套厚大的区域变质、热力变质和动力变质叠加而成的复杂变质岩系。下古生界仅见下奥陶统，出露于洱海东部一带，为一套海相碳酸盐岩建造；上古生界的泥盆系、二叠系也有出露，泥盆系为碳酸盐岩，二叠系主要为碱性玄武岩和灰岩；第四系主要沿山间盆地分布，为不同成因的近代松散堆积层。

区域地质构造比较复杂。依据地质力学的观点，东部属南北向构造带，西部属于北西向构造带（青藏滇缅歹字型体系）。按传统地质构造观点，以洱海深（大）断裂为界，东部属于准地台区，西部属于地槽带。

区内断裂主要有三种类型。北东向断层主要分布在该区南部古生界地层中，成组出现，主要的有7条，一般长10公里左右，主要为具平移特征的冲断层，有明显的扭动和被改造现象，属古生代末期到中生代早期形成的可能性很大。

中北部主要是受东部大断裂控制的一组很发育的北西向断层，几乎纵贯全区。北部主要有三条，分布在古生界中，长5—20公里左右，一般为冲断层。

中部主要分布在挖色到九顶山一带，主要有两条，长20—50公里，也以冲断层为主。另外在全区大量发育的东西向断层，一般规模较小，多在3—10公里，属平移性质，均切割其它方向的断层，形成时间可能较晚。

洱海大断裂为本区主干断层，从矿区东侧约2km处通过，断层区域长度大于100km，呈北北西向展布，断层走向310°，倾向北东，倾角50—60°，破碎带宽13m左右。北东盘泥盆纪灰岩被挤碎并夹有挤压透镜体。南西盘侏罗纪砂岩受挤压后呈条带状破碎，并形成挤压透镜体。断层面下盘见有擦痕，显示上盘向南西斜冲。该断层是一条形成时期早，活动时间长的压扭性断层，对其两侧的沉积建造，构造形态，地貌轮廓起明显控制作用，形成截然不同的地质地貌景观。

区内褶皱多被破坏，北部很不明显，中部为向阳大背斜，南部为一系列次级褶皱。

（1）向阳大背斜：轴线长达30至40公里，主要呈北西向，北端近南北向，南端逐渐转为近东西向。褶皱轴中部有较明显的起伏，并被一系列断层错移。轴部由本区最老地层下奥陶统组成，两翼分布有石炭系和更新的地层，两翼也被和轴向大致平行的断层所破坏。石炭系和下奥陶统之间具有明显的假整合关系，同时沉积覆盖在云弄峰和挖色晋宁期花岗岩上。上覆泥盆系中在主背斜轴两翼发生一系列次级褶曲，其轴向亦大致平行主轴。因此翼部岩层倾角变化较大，但主要褶皱部分两翼比较对称，倾角中等。

（2）南部褶皱组：分布在祥云至弥渡间，总体上显示为一个大向斜构造及两侧伴生的背斜构造。但因断层的破坏，造成主要褶皱不明显，反映出来的为一系列轴向北东的次级褶曲，共10余条，均分布在上古生界地层中，一般为同层褶曲，褶皱轴长多为5公里左右。

区域岩浆岩种类较多，有酸性、中性、碱性、基性、超基性岩等。以玄武岩分布最广，次为酸性岩和碱性岩。岩浆活动具多期活动的特征，明显受构造的控制。早期形成巨厚的玄武岩层，晚期以基性—超基性岩浆侵入为特征。早期（印支期）的酸性岩浆活动除与断裂褶皱有关，且受基底褶皱和断裂的控制。本期的岩浆活动以早期酸性的岩浆侵入活动开始，以晚期的碱性岩浆活动结束。喜山期的碱性玄武岩浆活动则明显与断裂有关。

由于矿区处于两构造单元的过渡带，岩浆活动具有多期性，形成种类繁多的矿产，已知矿产地有：鹤庆北衙铅、锌、金、银矿，祥云马厂箐铜钼金矿，宾川小龙潭斑岩铜矿，弥渡磺矿厂铁、铅、银矿。

2 矿区地质特征

矿区出露地层由新到老主要为第四系全新统（Q4）、二叠系玄武岩组四段（Pβ4）和二叠系下统灰岩（P1）、泥盆系下统康廊组（D1k）。各地层单元特征如表1。

矿区构造简单，未见大的断层。在矿区南部，有一条近东西向的断层，为成矿期前构造，对矿体没有破坏作用。

矿区主要出露海西期的基性岩株、岩墙，经取样鉴定为含钛铁矿辉长岩。为辉长结构，块状构造。主要矿物成分为：斜长石（含量30%，半自形—自形柱状、板柱状晶体，具强“钠黝帘石化”），普通辉石（含量30%-35%，具条带状构造、环带构造），钾长石（含量1%），角闪石（含量1%），钛铁矿（含量15%），含磁铁钛铁矿（含量20%），极少量黄铜矿和黄铁矿。

矿区变质作用较弱。

3 矿床地质特征

和钛铁矿砂矿体赋存于第四系残积物和坡积物中，为松散堆积物，属富矿。矿床类型为风化残积中、坡积型砂矿。

矿体呈面状分布，经地表调查和10个取样剖面控制，可连接为一个矿体。矿体长910米，宽450米，顺坡呈面形产出，分布标高2040-2185米，倾向120°，总体倾角较缓，约10°左右；控制垂厚1.66-17.57米之间，平均垂厚8.05米；平均品位67.16kg/ m3，矿区探获钛铁矿砂矿量2537427m3（356万t），矿物量17.0426万t。

矿石物质组成为钛铁矿，呈黑色，粒度在0.1-1.0mm之间。其它成分主要有粉砂、粘土，局部有块石、角砾等。

矿砂结构构造为细砂状—泥状结构，松散土状构造。

矿石大体重样测试资料[2、3]，體重值为：1.4t/m3。

矿床工业类型为风化型钛铁矿砂矿，富矿，主要矿物为钛铁矿，钛铁矿砂品位12.8-208.1kg/m3，矿床平均钛铁矿砂品位67.16kg/m3。

有益有害元素组份分含量（在淘洗的钛铁矿精矿中）为二氧化钛42.23%、全铁38.34%、铅0.006%。其中二氧化钛的含量很接近一般钛铁矿中二氧化钛含量的底限值（43.64%），说明该矿山砂矿中淘洗得到的精矿中的钛铁矿物的含量是很高的。伴生矿物有磁铁矿，从基性岩原岩中钛铁矿/磁铁矿含量看为3/4，实际生产过程中磁铁矿产量与钛铁矿相当，已经加以利用。S、P、As有害元素含量都很低，没有超过工业指标。

矿体围岩和夹石：该区钛铁矿砂矿体底板岩性为辉长岩，在取样剖面上未发现夹石。

4 矿床开采前景分析

4.1 矿石加工技术性能

中和钛铁矿砂矿为残、坡积型砂矿。矿砂岩性主要是粉质粘土，少量碎石土。矿砂质地松散，易挖掘。矿砂经破碎、过筛、水洗脱泥后，选出的矿砂由钛铁矿和磁铁矿组成，前者磁性弱，后者磁性强，经磁选后二者可以分离，最终选出钛铁矿。

矿石入选平均钛铁矿砂品位67.16kg/m3，钛铁矿物回收率75%，产品为42.27%（TiO2）的钛铁矿物，年产量在3238吨左右。该矿属易选类型，选矿指标能够达到设计要求，回收率较高。

矿山开采方式采用露天开采方式，开采方法选择堑沟开拓，运输方案采用水力—管压运输方案[4]。矿山原加工工艺为：原矿—碎矿（选用双动颚式碎矿，最终碎矿粒度为-18mm）—脱泥（采用水洗脱水槽脱泥方式进行脱泥处理，选用螺旋洗矿机进行脱泥、轻重矿物分离处理）—磁选（选用湿式强磁选方式，对水洗脱泥后的混合矿石进行湿式强磁选，对钛铁矿和磁铁矿进行富集）—脱水。

为了环保、节约成本，资源可二次利用.矿山现计划采用矸堆石加工工艺，其加工工艺为：原矿—碎矿—压力脱水—泥浆分流。现加工工艺的好处在于泥浆分流后的尾渣可再次利用（销售），浆可用于制砖，尾水可可排入蓄水池沉淀后再次利用。

4.2 矿床开采技术条件

区内地下水按其含水介质类型和赋存条件，划分为孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水三类： 第四系松散孔隙水分布于表层残、坡积及冲积层中，残、坡积中含水量弱，冲积层中富水性中等—强。基岩裂隙水主要分布于二叠系玄武岩和海西期辉长岩分布区，含水性弱。岩溶水主要分布于康廊组（D1k）和二叠系灰岩（P1）、大理岩化灰岩地层分布区，含水性中等。矿区内地表水较贫乏，除季节性的小箐沟雨季有水外，无大的地表水体，地表水对矿床开采影响较小。

矿区为一单斜坡地形，最低开采标高为2040m，当地最低侵蚀基准面2000m以上。资源储量估算最低标高均高于矿区最低侵蚀基准面和丰水期地下水位。矿体既透水也含水，地下水对矿坑无充水影响，大气降雨为矿坑充水主要来源，地形有利于矿坑水的自然排泄。矿床水文地质条件属地下水径流区，第四系含水层充水的简单类型。根据以上特征，洱源县中和钛铁矿砂矿水文地质条件属简单类型。

区内的钛砂矿体赋存于地表残、坡积层中，以粉质粘土为主，局部为碎石土，岩土体结构均匀，较松散，稳固性差。

矿层底板为玄武岩岩体，较坚硬，稳固性较好。

矿区岩性组成简单，以风化岩类软弱岩组为主；边坡岩体裂隙较发育，采场内堆积的碴土量较小，雨季不易形成泥石流；采场周边形成较高陡的边坡，矿层与地形构成不利组合时，易发生地面拉裂、滚石、崩塌、滑坡地质灾害，工程地质条件属以风化岩类为主的中等类型。

据《GB50011—2001建筑抗震设计规范》烈度分区，矿区地震动峰值加速度0.20g，地震动反映谱特征周期为0.40s，本区位于8度地震烈度设防区，区域稳定性较差。矿区所处区域不稳定，地震烈度较高。矿区内无污染源存在，矿石及剥离物均不含有毒有害成分。矿区岩溶不发育，采矿引起地面塌陷的可能性较小。

综上所述，矿区水文地质条件中等，工程地质条件、环境地质条件中等，矿山开采技术条件属中等类型。

4.3.开采前景分析

云南钛铁矿床，主要类型为海西期辉长辉绿岩风化壳红土型砂矿床。具有工业开发价值的滇中片钛铁砂矿，规模巨大 ，具近、浅、易、富的开发优点。

我国是钛资源大国，储量占世界储量的 60 %以上。云南地区钛资源丰富，是以砂矿为主的钛铁矿，矿物组合筒单，分选性能良好。钛精矿钙镁杂质低是生产海绵钛的优质原料，生产成本较低，经济效益明显。

参考文献：

[1]云南地质局第一区测大队，《1：20万大理幅区域地质调查报告》， 1966.-1967.

[2]云南南方地勘工程总公司，《云南省洱源县中和钛铁矿砂矿普查报告》，2006.1.

[3]云南南方地勘工程总公司，《云南省洱源县中和钛铁矿砂矿资源储量核实报告》，2009.8.

[4]云南省兰坪县矿业开发地勘联合公司，《云南省洱源县中和钛铁矿砂矿矿产资源开发利用方案》，2006.5.