喀麦隆东部省Nkamouna 钴镍矿床地质特征及成因浅析

2019-02-25周先军李淑琴周丁根

世界有色金属 2019年24期

周先军，李淑琴＊，周丁根

（江西有色地质勘查一队，江西鹰潭 335003）

喀麦隆东部省Haut Nyong地区蕴藏着丰富的红土型钴镍矿资源。Nkamouna矿区位于首都雅温德东部约400 km，其地理坐标为东经13°48′25″～13°52′00″，北纬3°15′08″～3°19′02″，见图1。笔者于2011年受国内某矿业公司的委托，对上述矿区开展过红土型钴镍矿资源储量核实工作，本文试图通过对该矿床的地质特征进和矿床成因行总结研究，以期对该地区外围找矿有一定的意义。

图1 矿区交通位置图

1 区域地质背景

喀麦隆东部省Haut Nyong地区位于元古代变质岩区域，这些岩石的年龄在25亿年～6亿年之间，延伸至几个中西部非洲国家的部分地区。Nkamouna矿区主要是中性岩系（Intermediate Series），包括Mbalmayo-Bengbis‘统’或单元。这些岩石主要是绿泥石-绢云母片岩和石英岩。中性岩系中还包括大量的变质长英质岩、镁铁质火山岩和火山碎屑岩[1-3]。这些岩石形成于Eburnean构造活动后（距今不到18亿年），被基性岩脉切断。沉积物的原始沉积年龄很可能在18亿年-14亿年之间，变质作用到铁铝榴石-角闪岩相发生在约12亿年前，可能和基巴拉（Kibaran）造山运动同时发生。在此区域内，钴和镍的原始来源——超镁铁岩仅限于矿区范围，但是目前尚无开采的记录。另外，区域上有少量砂金、砂锡和铁矿点，但是也没有采矿利用。

2 矿区地质特征

Nkamouna矿区的红土剖面与潮湿的热带环境中的那些红土类似，显示出很强的垂直地带分布特征，其表现是从底部的未风化基岩过渡到地表高度浸出后的残留物。但是Nkamouna矿区的红土矿与标准的热带红土矿又有所不同，它具有两层富铁红土层，中间为富铁的铁帽物质所隔开[4]。在铁帽物质下面的红土矿包含褐铁矿层以及下伏的腐岩层，该类型红土矿更具有热带红土矿的典型特征。右图（图2）为矿区地质图。

2.1 矿区地层

Nkamouna矿区风化剖面可辨别层位的典型层序见下图（图3）的描述（根据核实报告）。

2.2 矿区构造

根据已有地质资料分析，矿区构造不发育，只在矿区南东部推测有1条北东向断层。

图2 矿区地质简图

2.3 矿区岩浆岩

地质师绘制出的Nkamouna矿区基岩地质图和在浅井、钻孔中看到的风化或新鲜岩石的观测资料。源自浅井和钻孔的岩石及少量的露头表明，Nkamouna矿区的下伏新鲜岩石是普遍受到剪切的蛇纹岩[5]。大部分蛇纹岩的形成源自超镁铁母岩，是中等温度下水合作用和剪切的结果，形成时间在超镁铁岩侵位期间或侵位后的构造作用期间。在Nkamouna和Mada矿区。岩相学证据表明，蛇纹岩的母岩很可能是纯橄榄岩（岩石中的橄榄石含量＞90%）。

图3 矿区地层垂直剖面图

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

钴镍矿体赋存于蛇纹岩经长期热带风化作用而形成的残余红土层中。钴镍矿化体东西长约5400m，南北长约6500m，矿化覆盖面积约28km2。矿化深度从0m至50m不等，但矿化程度达到工业矿体的深度为10至20m。矿体呈层状、似层状平行于起伏地形（起伏较小，坡度一般小于3°）。钴镍含矿层位于蛇纹岩的残余红土层中，主要有两层矿：上层矿层主要赋存在下部铁帽角砾岩中，称之为角砾岩型钴镍矿体（代号为BX），厚度较小，平均约1m，连续性较差。下层矿层主要赋存在铁铝岩中，称之为铁铝岩型钴镍矿体（代号为FL），平均厚度约5m，最厚为17m，连续性较好。角砾岩型和铁铝岩型两种矿石类型在剖面可以分别圈定、分别计算资源储量，但采矿很难分开。见代表性剖面图—1-1′剖面图（图4）。

图4 1-1＇剖面图

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石物质组成

无论是铁帽角砾岩型钴镍矿体，还是铁铝岩型钴镍矿体，矿区钴镍矿石主要金属矿物为钴土，它赋存了几乎全部的钴、大部分锰和相当一部分镍。钴土有时在科学文献中被称为“钴土矿”，在矿区现场有时被工程师称之为“锰土”或者“钴锰土”。Nkamouna矿区钴土形状较为特殊，因为其既可以离散的片状晶体出现，又可以直径达5cm较大较粗的晶体集料和细粒锰土出现，有时是铬铁矿和针铁矿结核层类结核，还可以铬和铁的氧化物及氢氧化物细粒交生的形式出现[6]。

除了钴土外，矿区其它矿物还有高岭石等粘土矿物及其它矿物，但是这些矿物不含钴镍。

3.2.2 矿石化学成分

钴土没有理论上固定的钴或镍含量，因为公式(Co,Ni)1-y(MnO2)2-x(OH)2-2y+2x.nH2O允许在钴、镍和锰之间代换，反映所处地层水的化学物质，以达到电荷平衡。Nkamouna矿区钴土中钴和镍的比例从1：1到10：1不等（表示为化学计量氧化物），平均值约为2：1。Nkamouna矿区钴土样品分析表明CoO含量为6.3%～19.5%。

钴土对于Nkamouna矿区的经济性是至关重要的，因为以微观晶体的较粗集料形式出现，这些集料可通过粉状铁氧化物矿物和粘土进行压碎和湿法筛分而分离[7]。由此产生的粗碎片包括大部分钴和锰及相当一部分镍，使得浸出前出现了富集显著增多的情形（铁铝土单元为3.1倍）。

按分析化验结果统计，矿石中Co 0.001%～2.806%，平均0.11%；Ni 0.003%～9.81%，平均0.48%；Mn 0.002%～22.88%，平均0.72%。

3.2.3 矿石风（氧）化特征

Nkamouna矿区钴镍矿床是蛇纹岩中的矿物经过长时期热带风化作用后形成的。红土化作用很大程度上是一种化学过程，地下水和生物作用在出露的蛇纹岩上互相作用，使得某些元素（例如铁、铝、钴、镍、铬和锰）在土壤中得到富集，而其它元素（例如镁、钙和硅）则溶解并流失。风化强度与时间、气候及基岩特征（成分、断裂等）有关。通过强烈的热带风化作用，使得超镁铁岩出现了深表生红土蚀变。主要的蚀变矿物包括粘土、褐铁矿和赤铁矿，常常可观测到锰氧化物。红土区域下面是剪切和蚀变的蛇纹岩，特征为存在蛇纹石、硅石和滑石。

3.3 矿石类型和品级

矿石自然类型包括铁帽角砾岩型钴镍（氧化）矿石和铁铝岩型钴镍（氧化）矿石，矿床成因类型为红土型钴镍矿床，未分品级。

3.4 矿体（层）围岩和夹石

矿体围岩：上部为上下铁帽角砾岩之间的硬土层（简称“FB”），下部为铁铝土、硅结砾岩、腐岩或者蛇纹岩。

夹石：指矿层中厚度大于1m，Co品位低于边界品位的区段，或者工业矿层中厚度大于1m，品位介于工业品位与边界品位之间，但分布零星的区段。

3.5 矿床共（伴）生矿产

据已有资料，矿石中钴、镍、锰属于共生关系，以钴为主。

3.6 矿石加工技术性能

根据《SRK报告》所述，Nkamouna矿区经过钴镍矿石冶金选矿试验，显示开采过程中有价值金属的PUG（物理选矿）回收率情况为钴54.4%、镍25.3%、锰53.5%。经过浸出及粗炼工艺后，有价值金属的总回收率情况为钴50.8%、镍15.3%、锰46.0%。

4 矿床成因分析

Nkamouna矿床属于非典型的风化壳红土型钴镍矿。该类型矿床是由超基性岩-蛇纹岩在热带、亚热带常年高温、雨旱季交替且年降雨量较大的环境中经风化、淋虑、沉积富集而成的。而Nkamouna矿床与在中生代、新近纪、第四纪的热带、亚热带气候条件下形成的蛇纹岩风化壳有关。作为超铁镁质岩的橄榄岩主要是由呈完全类质同象的Mg，Fe硅酸盐矿物组成，钴、镍是以类质同象混入物的状态代替镁而进入硅酸盐矿物的晶格，形成钴镍蛇纹石。蛇纹石受风化作用容易蚀变，矿物晶格被破坏，矿物中的Mg和Co、Ni转入溶液并带至风化壳的下部，同时在这一过程中，Co、Ni与Si及其他元素分离，重新沉淀，以钴、镍的次生矿物沉淀富集；Fe则氧化成褐铁矿沉积于风化壳的上部。

整个成矿过程可分为两个阶段：

第一阶段：在富含CO2地下水的作用下，促使蛇纹石溶蚀，从而分解出Fe、Mg、Co、Ni进入溶液，而Si则形成SiO2胶体。由于Fe的氧化物较为稳定，在原地以褐铁矿的形式聚集，最后在地表形成褐铁矿层。

第二阶段：随着风化作用的继续发展，更多的Mg、Co、Ni和Si溶于酸性的溶液中，随之继续下渗，最后溶液发生中和反应后形成含水硅酸盐沉淀。由于Co、Ni的溶解度比Mg要小，因此沉淀物中的Co/Mg和Ni/Mg比值高于溶液中的Co/Mg和Ni/Mg，因而钴、镍得以逐渐富集。由于矿区地处热带、亚热带，阳光强烈，常年高温多雨，风化作用的介质—酸性溶液不断的得到补充，反复侵蚀着逐渐富集了的含钴、镍沉淀物，最终形成了红土型钴镍矿床。而地表的褐铁矿层也成了寻找该类型矿床最直接的找矿标志。