赤泥中的三稀矿产资源综合评价——以桂西地区为例

高　攀，张佳莉，张青伟，阳纯龙，黎修旦，缪秉魁，皮桥辉，李社宏（.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室；b.地球科学学院，广西 桂林　54004；.中国冶金地质总局广西地质勘查院，南宁　500；.广西壮族自治区国土资源厅，南宁　5008）

赤泥中的三稀矿产资源综合评价
——以桂西地区为例

高攀1，张佳莉1，张青伟1，阳纯龙2，黎修旦3，缪秉魁1，皮桥辉1，李社宏1
（1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室；b.地球科学学院，广西 桂林541004；2.中国冶金地质总局广西地质勘查院，南宁530022；3.广西壮族自治区国土资源厅，南宁530028）

对桂西不同铝业公司赤泥中三稀元素含量的分布特征及三稀资源状况的调查表明，赤泥中Ga、Sc、Zr、Hf、Nb、Ta和轻、重稀土元素的含量，与原矿相比均有不同程度的富集，与风化壳型矿床的相关工业指标相比，均达到了综合回收的要求。按照目前桂西各大铝业公司库存赤泥总量4 000万t计，可得轻稀土的资源量为3.21万t，重稀土资源量为1.49万t，镓资源量为2 494.8 t，钪也具有巨大的资源潜力。

稀散元素；稀有元素；稀土元素；赤泥；矿产资源评价；桂西

桂西铝土矿中除了丰富的铝资源之外，还伴（共）生有多达16种以上的有用组分［1-5］，这些元素虽然尚未达到圈出独立矿体的富集程度，但其储量却不容忽视。以平果铝土矿为例，除铁达到中型矿床外，镓、钛、钪、钽、稀土等的储量在那豆、太平和教美矿区均达到了大型矿床规模［6］。这些伴（共）生元素如果能综合回收60%，其利用价值将远远超过铝土矿本身［7］。但由于长期以来的粗放型开采，致使其中大部分有用元素都被残留在尾矿赤泥之中，造成资源的极大浪费。本次工作对桂西平果、靖西、德保3家知名铝业公司存放赤泥中的稀有、稀散、稀土元素的含量和分布规律进行了分析，并对赤泥中三稀矿产资源潜力进行了评价，以期为铝土矿的综合开发利用提供必要的理论依据。

1　样品的采集与分析方法

本次工作共采集赤泥样品24件。其中，平果铝业公司1号赤泥库14件 （含2套沉积柱样品），2号和3号赤泥库各2件；德保铝业公司赤泥库2件和靖西铝业公司新、老赤泥库各2件。平果铝业公司主要开采平果矿区堆积型铝土矿，靖西铝业公司主要开采靖西地区堆积型铝土矿，德保铝业公司主要开采德保地区堆积型铝土矿。

所采集样品均送往国家地质实验测试中心进行测试分析。大部分微量和稀土元素使用等离子质谱（X-series）检测，检测方法依据《电感耦合等离子体原子发射光谱方法通则》（DZ/T 0223—2001）；Se和Te采用原子荧光光谱仪分析，检测依据为《1 ∶5万区域地质调查及地球化学普查样品分析方法及质量管理指导性规程》（DZG 20.10—1990）；B主要使用等离子光谱（IRIS）分析，检测依据为《电感耦合等离子体原子发射光谱方法通则》（JY/T 015—1996）；而 Ga主要使用 X荧光能谱仪（Xlab2000）测试，检测方法依据《波长色散型X射线荧光光谱方法通则》（JY/T 016—1996）。

微量元素测试结果见表1、稀土元素测试结果见表2。

2　结果与讨论

为便于研究对比，表3列出了桂西地区铝土矿精矿三稀元素含量，以及各赤泥库中赤泥的三稀元素含量统计值。

2.1稀有和稀散元素含量特征

由表1可以看出，桂西三大铝业公司所排放赤泥中微量元素的含量总体可分为5类：

①平均含量在1 000×10-6以上者，主要有Cr 和Zr，平均含量分别为1 409×10-6和2 391× 10-6，高出地壳克拉克值十几倍。将 Zr换算成ZrO2的平均含量为3 230×10-6，已经超出了风化壳矿床中Zr的边界品位（0.3%）［8］。

②平均含量在（500～100）×10-6者，主要有V、Nb、S、Sc、As和 Pb，其平均含量分别为446.71×10-6、309.38×10-6、138.86×10-6、107.45×10-6、214.86×10-6和144.46×10-6。其中，Nb换算成 Nb2O5的平均含量为 442.57× 10-6，超出风化壳型矿床中Nb的最小工业品位（0.016% ～0.020%）［8］的2倍以上。Sc也超过了国外最高工业回收指标（20～50）×10-6［6］的2倍以上。

③平均含量在（100～50）×10-6者，主要有Ga、Li、Hf、Ba、Co、Cu、Ni和Zn，其平均含量分别为 62.37×10-6、47.35×10-6、80.50× 10-6、65.50×10-6、54.01×10-6、76.58×10-6、100.07×10-6和79.20×10-6。其中，Ga的含量超出铝土矿中伴生矿最低工业指标（0.01% ～0.02%）［8］的3倍以上；Hf的含量高出地壳克拉克值［9］的50多倍，也具有极大的综合利用价值。

表3　桂西地区铝土矿精矿及主要铝业公司赤泥库中稀土、稀有、稀散元素平均含量特征Table 3　Average contents of rare earth，rare metal and rare-scattered elements in bauxite concentrate and red mud from the major aluminium companies in western Guangxi　wB/10-6

④平均含量在（50～10）×10-6者，主要有Ta、B、Sb和 Sn，其平均含量分别为 21.05× 10-6、22.50×10-6、31.46×10-6和33.61×10-6。其中，Ta含量为（11.9～28.3）×10-6，高出地壳克拉克值［9］的13倍之多，具有综合回收利用的价值。

⑤平均含量小于10×10-6者，主要有Ge、Be、Bi、Cd、Mo、Se、In、W、Tl和Te，其平均含量分别为3.73×10-6、9.24×10-6、4.12×10-6、2.70× 10-6、8.02×10-6、1.87×10-6、1.49×10-6、9.88 ×10-6、0.46×10-6和0.43×10-6。

2.2稀土元素含量特征

由表2、表3可知，平果1号赤泥库中14个样品的稀土总量（∑REE）为（1 045.94～1 588.29）× 10-6，平均含量为1 261.76×10-6。其中，轻稀土（LREE）含量为（738.04～1 035.29）×10-6，平均含量为851.53×10-6，换算成氧化物（REO）含量为1 024.11×10-6，达到了风化壳型稀土矿最低工业品位（0.10%）［8］。重稀土（HREE）含量为（307.90～553.00）×10-6，平均含量为410.23× 10-6，换算成氧化物含量499.84×10-6，达到了风化壳型稀土矿的边界品位（0.05%）［8］；轻、重稀土比值（L/H）为1.78～2.40，平均值为2.08。

平果2号赤泥库2个样品的∑REE平均含量925.54×10-6，其中LREE换算成氧化物含量为743.98×10-6，达到了风化壳型稀土矿的边界品位；HREE换算成氧化物的含量为373.59×10-6，尚未达到风化壳型稀土矿的边界品位。

平果3号赤泥库2个样品的∑REE、LREE和HREE含量与1号赤泥库无明显差别。

德保铝业公司赤泥库中2个样品的∑REE换算成氧化物的平均含量为1 611.82×10-6，LREE换算成氧化物的平均含量为 1 106.77×10-6，HREE换算成氧化物的平均含量为505.05×10-6。总体上与平果铝业公司1号和3号赤泥库中稀土含量的差别不大。

靖西铝业公司2个赤泥库中稀土含量低于平果1号赤泥库和3号赤泥库及德保铝业公司赤泥库，但高于平果2号赤泥库。新、老赤泥库之间稀土含量无明显差别。LREE含量换算成氧化物也基本达到了风化壳型稀土矿的最低工业品位，而HREE换算成氧化物的含量达到了风化壳型铝土矿的边界品位。

图1　桂西主要铝业公司赤泥中三稀金属元素含量相对于地壳丰度富集变化规律 （地壳丰度值引自文献［8］）Fig.1　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to the crust abundance in the major aluminium companies，western Guangxi

2.3赤泥中三稀元素的富集规律

在氧化铝的生产过程中，桂西铝土矿中绝大多数的伴生有用组分在赤泥中均能得到不同程度的富集，但各种元素的富集情况有所不同。在这里仅讨论赤泥中具有综合利用价值的三稀金属元素。从图1可以看出，相对于地壳中元素丰度值，桂西三大铝业公司赤泥库中的稀有和稀散元素Ga、Zr、Hf、Nb、Ta富集非常明显，Zr、Hf、Nb、Ta的富集倍数均在10倍以上，而Hf的富集系数甚至达到了50倍以上。此外，Sc元素相对地壳丰度值的富集系数达到了几千倍。赤泥中稀土元素相对地壳丰度值也有明显的富集趋势（图1），富集系数大于5的有La、Ce、Pr、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y，其中Tm富集系数达到了15倍以上；Ce、Dy、Er、Yb的富集系数也在10以上。如果将稀土元素按照三分法进行分类 （轻稀土为La—Nd，中稀土为Sm—Ho，重稀土为Er—Lu），则显示轻、重稀土富集强度较高，而中稀土富集程度相对较低。

与用于氧化铝生产的精矿相比（图2），Ga、Zr、Hf在赤泥中的富集系数相对较低；Sc、Nb和Ta富集较为明显，均达到了10倍或更高值，德保铝业公司赤泥库Nb和Ta的富集系数明显高于靖西铝业公司赤泥库 （图2a）。与精矿相比，赤泥中稀土元素除了Ce以外，其他元素的富集系数均在4以上。稀土元素在不同赤泥库间的富集情况变化也比较大：在德保铝业公司赤泥库中各元素的富集系数相对比较稳定，多数为6左右；在靖西铝业公司赤泥库中，从轻稀土到重稀土呈逐渐升高的趋势，从Dy→Y，各元素的富集系数均在10以上（图2b）。

综上所述，在桂西地区平果铝业公司、德保铝业公司和靖西铝业公司的赤泥库中，三稀金属元素的含量与地壳克拉克值相比，其富集规律在不同铝业公司之间无明显差别，但与精矿相比，各元素在不同赤泥库中富集规律差别较大，可能是由不同铝业公司的氧化铝生产方式不同所导致。在综合回收利用时应区别对待。

图2　桂西主要赤泥库赤泥中三稀金属元素含量相对于精矿的富集变化规律Fig.2　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to bauxite concentrate in the major aluminium companies，western Guangxi

3　赤泥中三稀矿产资源综合评价

我国铝土矿中的伴生有用组分资源潜力巨大，但已被投入工业利用的并不多。目前仍是以镓的综合利用最为广泛，主要从铝土矿生产的循环母液中回收。据统计，世界上90%的镓都来自炼铝工业，关于铝土矿中镓的提取技术已较为成熟，主要有石灰乳法、萃取法和汞齐电解法［10-12］，最高回收率可达94%。

铝土矿中伴生的钪、铌、钽、锆、铪、稀土等有用组分主要残留在炼铝工业尾矿——赤泥中。据现阶段研究成果，采用酸或碱浸取的方法难以提取这些元素，配合以不同的赤泥预处理方法和萃取剂有可能取得良好的效果，但会增加回收利用成本，所以目前工业上暂未采用。随着科学技术的发展，如果能够寻找到一套合理的综合利用方法，赤泥中蕴含的资源及潜在经济价值将为铝土矿的开发利用带来新的活力。

3.1稀土的资源潜力分析

在氧化铝的生产过程中，强碱状态下稀土离子被定量地转变为稀土氢氧化物，脱水后便生成稀土氧化物凝胶，干燥后变成氧化物分散在赤泥中。前人对赤泥中稀土的物相进行了大量研究，结果表明赤泥中的稀土并不是离子吸附型的，也不存在于新形成的铝硅酸盐矿物相中，而主要以类质同象的形式分散于铝土矿及其副矿物金红石、钛铁矿、锐钛矿、锆英石、独居石中［13-14］。桂西三大铝业公司赤泥中轻稀土元素的平均含量为801.64×10-6，重稀土平均含量为372.26×10-6。按照桂西三大铝业公司目前总赤泥库存量约4 000 万t计算，桂西铝土矿的赤泥中轻稀土的潜在资源量为3.21万t，重稀土资源量为1.49万t，具有巨大的潜在经济效益。

3.2镓的资源潜力分析

铝土矿中，镓与铝主要以类质同象的形式存在于铝矿物中［14］。一般铝土矿中镓的含量达到20 ×10-6即可进行综合回收［8］。桂西三大铝业公司赤泥中镓元素的平均含量达62.37×10-6，按三大铝业公司目前总赤泥库存量约4 000万t计算，其伴生的镓资源量为2 494.8 t。按回收率50%，国际市场价格以440美元/kg计算，可回收资金5.49亿美元，经济效益十分巨大。

3.3钪的资源潜力分析

目前，全世界的钪资源量约200万 t，其中90%～95%赋存于铝土矿、磷块岩及铁钛矿石中，我国钪资源非常丰富，其中铝土矿床和磷块岩矿床占优势，钪资源量约29万t，占所有钪矿类型总储量的51%，其含量一般是世界铝土矿平均含量 （按Sc2O3为38×10-6）的1～4倍，可能成为我国钪的重要矿床和主要来源［15］。虽然钪在铝土矿中含量如此丰富，但在目前的氧化铝生产过程中，却未见回收利用，而是残留在赤泥之中。桂西铝土矿中，钪不仅分布普遍，而且含量巨大，特别是在赤泥中，通过进一步富集，平均含量达到了107.91×10-6。

3.4锆铪铌钽的资源潜力分析

我国铝土矿中普遍含有锆石［13，16-17］，在氧化铝的生产过程中，由于锆石性质比较稳定，一般仍以锆石的形式堆积于赤泥中。桂西堆积型铝土矿中Zr的含量为1 353×10-6，换算成氧化锆含量为1 827×10-6，而赤泥中含量更高，换算成氧化锆含量为3 230×10-6，与风化壳矿床中Zr的边界品位 （ZrO2为0.3%）［8］相比，赤泥中氧化锆完全可以进行综合利用。按照桂西三大铝业公司赤泥库中赤泥含量为4 000万t计算，其中氧化锆的储量约为12.92万t，资源潜力巨大。

Nb和Ta均为典型的亲石元素，地球化学性质也极为相似，因而在地球化学作用过程中，二者常伴生在同一矿物中。桂西地区铝土矿尾矿赤泥中铌含量较高，Nb2O5平均含量为 442.57× 10-6，远远超出了工业利用的品位，储量巨大。

总之，桂西铝土矿赤泥中的伴生有用组分资源潜力巨大，但已被投入工业利用的并不多。如果能够寻找到一套合理的综合利用方法，在氧化铝的生产过程中综合回收利用稀散稀土元素的经济效益将不亚于生产氧化铝的效益，同时也可降低环境污染，使得赤泥中的资源及潜在经济价值得到综合利用。

4　结论

（1）桂西三大铝业公司的赤泥中Ga、Sc、 Zr、Hf、Nb、Ta和稀土元素的含量，与原矿相比均有不同程度的富集，回收潜力巨大。其中，Ga的含量超出铝土矿中伴生矿最低工业指标3倍以上，Nb和Sc均超出最小工业品位2倍以上，轻稀土和重稀土的含量分别达到了风化壳型矿床的最低工业品位和边界品位。

（2）按照目前桂西三大铝业公司库存赤泥总量4 000万t计，可得到轻稀土资源量为3.21万t，重稀土资源量为1.49万t，镓资源量为2 494.8 t，钪也具有巨大的资源潜力。

［1］龙永珍.桂西铝多金属矿矿床地质地球化学特征及综合利用研究［D］.长沙：中南大学，2003.

［2］赵运发，亓小卫，王志勇，等.山西铝土矿稀有稀土元素综合利用评价［J］.世界有色金属，2004（6）：35-37.

［3］王登红，王瑞江，李建康，等.中国三稀矿产资源战略调查研究进展综述［J］.中国地质，2013（2）：361-370.

［4］王瑞江，王登红，李建康，等.稀有稀土稀散矿产资源及其开发利用［M］.北京：地质出版社，2015.

［5］真允庆，王振玉.华北式 （G层）铝土矿稀土元素地球化学特征及其地质意义［J］.桂林冶金地质学院学报，1991，11（1）：49-56.

［6］曾德启.平果铝土矿伴生组分的综合利用前景［J］.轻金属，2000（8）：7-10.

［7］谭洪房.广西岩溶堆积型铝土矿找矿勘探布局和开发利用几个问题的探讨［J］.广西有色地质，1989（2）：27 -32.

［8］矿产资源工业要求手册编委会.矿产资源工业要求手册［M］.北京：地质出版社，2010：137-265.

［9］韩吟文，马振东，张宏飞，等.地球化学［M］.北京：地质出版社，2003：38-48.

［10］芦小飞，王磊，王新德，等.金属镓提取技术进展［J］.有色金属，2008，60（4）：105-114.

［11］赵志英，白永民，文振江，等.从混联法生产中提取镓的研究［J］.有色金属（冶炼部分），2003（6）：38-40.

［12］汤艳杰，贾建业，刘健，等.铝土矿中镓的浸取工艺研究［J］.地球科学——中国地质大学学报，2001，26 （3）：258-260.

［13］王振玉，真允庆.华北式 （G层）铝土矿中的锆石标型研究［J］.桂林冶金地质学院学报，1993，13（1）：45 -52.

［14］鲁方康，黄智龙，金中国，等.黔北务-正-道地区铝土矿镓含量特征与赋存状态初探［J］.矿物学报，2009，29（3）：373-379.

［15］叶霖，程曾涛，潘自平.贵州修文小山坝铝土矿中稀土元素地球化学特征［J］.矿物岩石地球化学通报，2007，26（3）：228-233.

［16］赵芝，王登红，李沛刚，等.黔北大竹园组碎屑锆石年代学及成矿指示意义［J］.岩矿测试，2013，32（1）：166-173.

［17］侯莹玲，何斌，钟玉婷.桂西二叠系喀斯特型铝土矿成矿物质来源的新认识：来自合山组碎屑岩地球化学证据［J］.大地构造与成矿学，2014，38（1）：181-196.

Mineral resource synthesis evaluation of rare earth，rare metal and rare-scattered elememts from red mud —A case study from western Guangxi

GAO Pan1，ZHANG Jia-li1，ZHANG Qing-wei1，YANG Chun-long2，LI Xiu-dan3，MIAO Bing-kui1，PI Qiao-hui1，LI She-hong1
（1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration；b.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；2.Guangxi Geological Exploration Institute，China Metallurgical Geology Bureau，Nanning 530022，China；3.Department of Land and Resources of Guangxi，Nanning 530028，China）

According to the distribution and characteristics of the rare earth，rare metal and rare-scattered elements in red mud from different aluminum companies in western Guangxi，the content of Ga，Sc，Zr，Hf，Nb，Ta，and the light and heavy rare earth elements in red mud has different degrees of enrichment compared with the original ores.It reaches the requirement of comprehensive recovery according to the related industrial index of regolith type ore deposit.According to the amount of the current major aluminum companies'inventory，there are about 40 million tons red mud.It can get the light rare earth resources about 32 100 tons，heavy rare earth resources 14 900 tons and gallium 2 494.8 tons from the red mud.The scandium in red mud also has a great resource potential.

rare earth elements；rare metal elements；rare-scattered elements；red mud；evaluation of mineral resources；western Guangxi

TD98

A

1674-9057（2016）01-0144-09

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.020

2015-09-01

中国地质调查局项目（1212011120354）；广西自然科学基金项目（2014GXNSFBA118230）；广西高校科研项目（YB2014155）

高攀 （1989—），男，硕士研究生，矿产普查与勘探专业，1391233466@qq.com。

张青伟，博士，副教授，qingweizhang@glut.edu.cn。

引文格式：高攀，张佳莉，张青伟，等.赤泥中的三稀矿产资源综合评价——以桂西地区为例［J］.桂林理工大学学报，2016，36（1）：144-152.