贵州二叠系龙潭组镓元素的赋存规律和成矿前景探讨

唐 龙

(贵州省地质矿产勘查开发局115地质大队，贵州 清镇 551400)

0 引 言

镓元素素有“电子信息行业的脊梁”一称，我国在实现社会主义信息化以及信息化强军、信息化强国的道路上必须充分重视镓元素的开采与利用。贵州省省会贵阳市在新时代的号召下奋力发展为我国的大数据产业中心，在这样的社会背景下，镓元素在贵州当地的作用就显得尤为重要。大数据产业中心的建设过程中以及建设完成进入平顺运行期后，相应硬件设施的要求会随着时代的要求逐渐提高而产生更新换代，这也促使着周边电子信息业的发展与繁荣。而原料的就近会降低电子信息行业企业时间成本与经济成本，帮助企业在更有利的环境中成长。

我国于2011年将镓元素列为战略保障金属，而美国、日本等镓元素高生产、高消费国家更是早几年就已经把镓元素列为战略保障金属，欧盟更是将镓元素列为了“紧缺性金属”。这充分体现了镓元素的重要性。我国作为镓元素储量大国，更是自1957年始建第一个镓元素生产车间，在镓元素的使用上有着先天性的优势，充分保障了我国军工行业以及高新技术企业的物质基础。

1 镓元素的赋存规律

1.1 镓元素在全国的赋存状态

我国煤主要分布于华北赋煤区石炭一二叠系煤层、西北赋煤区侏罗系煤层和华南赋煤区二叠系，煤层中镓元素矿产资源分布成煤时代包括古近系、早白垩世、侏罗系、二叠系和石炭系。各地的镓元素矿产资源分布的特点也不同，在内蒙古准格尔煤田、山西省北部石炭系—二叠系和新疆准东煤田侏罗系煤层中出现镓元素矿产资源成片分布，而其余地区的不同成煤时代煤层中镓富集均为零星分布。

目前我国于新疆准东煤田将军庙矿区侏罗系煤层发现了煤中镓含量最大值为253.0 g/t，为内蒙古准格尔煤镓矿区煤层中镓的含量最大值67.0 g/t的3倍之多。

就我国目前已经进行的勘查工作发现煤中镓成矿前景较大的煤层包括：如新疆准东煤田、吐哈煤田侏罗系煤层，辽宁南票煤田二叠系6煤组，四川南桐煤田、南武矿区二叠系1煤层，贵州西南部矿区二叠系煤层，这些煤层较多样品数计算出煤中镓算数平均值接近或超过30 g/t，具有进一步调查研究价值。

1.2 镓元素在遵义煤田底水——马场勘探区的赋存状态

经过对贵州遵义煤田底水—马场勘查区煤层情况的勘察得出，见表1，在煤层中5号、7号煤层夹矸及顶板、底板，镓元素含量较高，绝大多数实测点都超过了伴生矿物一般工业标准的30 g/t的标准。5号煤层夹矸，测定28个点，镓元素含量最少38 g/t，最高133 g/t，平均镓元素含量为76 g/t。7号煤层夹矸绝大多数点镓元素含量都超过30 g/t，最高达125 g/t，7号煤层中底板泥岩镓元素含量也很突出，含量最少为50 g/t，最高为95 g/t，平均为75 g/t。其余2号、3号、4号、5号煤顶、底板镓元素含量也高。

表1 遵义煤田底水—马场勘查区煤层情况特征一览表Tab.1 List of characteristics of coal seams in Bottom Water-Machang of Zunyi coalfield

即使是在镓元素不常存在的煤层中也有少数煤层的镓元素含量>30 g/t，最高的甚至达到49 g/t。

2 镓元素在贵州二叠纪龙潭组的赋存状态

根据对于贵州省内煤中镓元素矿产资源的分布情况及含量调查得出，见表2

表2 贵州煤中镓元素矿产资源分布Tab.2 Distribution of gallium mineral resources in Guizhou coal mines

2.1 垂直分布

经研究表明，贵州省内富含镓元素的煤矿成煤时代皆为二叠纪龙潭组(P3)。通过对具有代表性的遵义煤田底水—马场勘探区研究表明，贵州省二叠纪龙潭组内镓元素的赋存状态为常存于结构复杂的煤层内，且富含于煤层夹矸与顶底板中，具有煤层分布的复杂性。以底水—马场勘探区为例，在富集的5号、7号煤层中含量最低处基本超过一般工业标准的30 g/t，高处更是达到了近4倍的工业标准含量，成为高富集区域，属于极其富集赋存状态。其中富集状态的5号煤层结构较为复杂，一般两层夹矸，其上层为灰黑色高岭质泥岩，含镓元素较高，本层普遍沉积，临界可采，厚度变化较大，常出现可采与不可采地段；7号煤层最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，厚度变化较大，煤层结构复杂，1～4层沙贡泥岩夹矸，厚度比较稳定，局部不可采，由东向西厚度增大，并有分叉现象，常出现分叉合并现象。因此镓元素在垂直分布上具有环境复杂性。

2.2 空间分布

贵州省内镓元素矿产资源分布在空间上具有成片性。首先贵州二叠纪龙潭组各个矿区的镓元素元素平均含量相差不大并且基本超过一般工业标准。我国镓元素矿产资源分布在空间上具有一定的分带性，贵州省内二叠纪龙潭组镓元素矿产资源位于川滇黔相邻锗、镓、锂成矿带上，贵州省西南片区坐落其上，因此贵州省二叠纪龙潭组镓元素在空间分布上具有成片性。

3 贵州省二叠纪龙潭组镓元素的成矿前景

3.1 镓元素的提取方式

煤中镓利用现有技术主要集中在粉煤灰和煤矸石中提取。自然界中不存在单独的镓元素，只能通过后期提取使镓元素成为反应的副产品而产生。粉煤灰中含有利用价值极高的金属镓元素，但是因为他的含量非常低，很难用一般方法进行提取，首先需将粉煤灰在一定条件下焚烧，然后用酸浸出，才能进一步的提炼合格的金属镓元素。煤矸石中的镓元素则需要利用硫酸酸浸得到含铝铁镓的溶液，再加入氢氧化钠溶液调节含镓元素溶液的pH值，才能完成高镓煤矸石中镓元素的分离提取，得到镓金属元素。在这样的常用提取方式中，煤矿中镓元素含量、煤矿开采难度以及提炼技术决定了镓元素的成矿前景。

3.2 镓元素在遵义煤田底水——马场勘探区的成矿前景

在遵义煤田底水—马场勘探区中，镓元素主要存在于5号、7号煤层的夹矸及顶板、底板中，测定点含量都超过一般工业要求，更有在部分测点存在高含量赋存状态，给镓元素的成矿提供了优质的基础保障。而区中镓元素所在煤层及区域符合前人对于镓元素的一般相关研究，既镓元素富含于夹矸、煤层顶板与底板中，未曾对提取技术提出新的要求，充分符合现今市场上的技术，对于镓元素的成矿也降低了难度。见图1。

图1 遵义煤田底水—马场勘查区地址战略图Fig.1 Zunyi coalfield Bottom Water-Machang exploration area address strategy map

在优质的含量与常见的存在区域外，开采环境的复杂对于镓元素的成矿也带来了一系列挑战。

富含镓元素的5号煤层是位于图2中标3下约15 m左右的第一层煤。最大厚度2.31 m，最小厚度0.25 m，平均0.96 m，煤层结构较为复杂。一般两层夹矸，其上层为灰黑色高岭质泥岩，含镓元素较高，本层普遍沉积，临界可采，厚度变化较大，常出现可采与不可采地段，52线以西并见有分叉现象，为区内局部可采煤层。7号煤层位于煤系底部，标5之下，最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，平均厚度1.48 m，煤层结构复杂，1～4层沙贡泥岩夹矸，厚度比较稳定，局部不可采，由东向西厚度增大，并有分叉现象，30线以东变薄不可采，30～40线一般厚度为2.00 m左右，40线以西常出现分叉合并现象。局部可采对于提取镓元素的原材料的产量产生了抑制性效果。

因此，对遵义煤田底水—马场勘探区的成矿前景中判定中，区内具有极高的镓元素含量，其中5层平均含量达到75 g/t、7层达到76 g/t；区中镓元素含量分布范围为煤层夹矸与底板、顶板中，未曾加大镓元素的提取难度；在开采难度上，区内富含镓元素煤层架构复杂，厚薄差距较大，存在分叉与合并，提升了矿产的开采难度。因此遵义煤矿底水—马场勘探区具有较佳成矿前景。

3.3 镓元素在贵州二叠系龙潭组镓元素的成矿前景

贵州省内镓元素矿产在空间上存在着分片性，都分布于贵州省西南部片区，同时各个矿区镓元素平均含量基本相似；在垂直分布上看来，各个矿产成矿期皆属于二叠纪龙潭组。由此可知，根据贵州二叠纪龙潭组种矿产具有的统一特性与遵义煤田底水—马场勘探区基本一致可知，在遵义煤田底水—马场勘探区中镓元素的成矿前景对于贵州二叠纪龙潭组镓元素的成矿前景具有普遍性。

贵州二叠纪龙潭组内煤中镓平均含量基本高于一般工业品质要求的30 g/t，更有局部地区镓元素含量远高于一般工业要求，达到富集状态。类比前人研究，说明镓元素富集煤层同时，易于在煤层顶底板和夹矸聚集成矿，事实上已有测试数据也证明了这点，例如遵义煤田底水—马场勘查区中5号、7号煤层顶板、底板和夹矸泥岩中镓含量平均达到76 g/t和75 g/t，同时各个矿区聚集在较小范围内，保障了地形地貌的基本一致，矿产的开采难度相似。因此，贵州二叠纪龙潭组镓元素的成矿前景如遵义煤田底水—马场勘探区的成矿前景一致，具有较佳的成矿前景。

4 结 语

镓元素作为稀缺资源，我国的镓元素矿产资源十分丰富也十分的有限，在有限的资源中只有不断的提升资源利用率才能真正使得资源丰富的优势成为国家进步的优势。为了提升资源利用率可从以下几点出发：①提升镓元素提取技术水平，减少提取过程中的损耗，减少提取过程中酸碱材料的使用以保护自然环境，减少成本以降低市场价格，让高端技术材料能够引领新的技术潮流；②提升矿产开采技术，鼓励进行困难开采区开采技术的研发，让像贵州二叠纪龙潭组内蕴含的镓元素能够得到有效的开采与利用。