河南嵩县磨沟岩体矿石特征研究和潜在工业价值分析

吴云雷，卢守卿

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450001）

嵩县磨沟岩体位于嵩县县城城南约4.00km，行政区划隶属河南省嵩县纸房乡。作为中国西起陕西宝鸡东至河南嵩县的印支期碱性岩带的一部分，该岩体出露面积约14km2，具有丰富的资源储量，富矿达亿吨级，矿石K2O平均品位达10.18%，实为我国未来最具有发展潜力的非水溶性钾矿资源产业化基地之一。笔者结合该区系统的详查工作经验，主要对其矿石特征进行一定的归纳总结，并结合目前已完成的选矿试验，对其潜在工业价值进行评述。

1 地质概况

岩体产于元古界熊耳群大庄—中胡倾伏背斜北翼。围岩为焦园组（Chj）流纹斑岩。岩体与围岩呈明显的侵入不整合接触关系。接触面产状外倾，形态不规则，呈港湾状、锯齿状，倾角普遍较陡，倾角一般在70°左右[1]。

（1）中心带。中心相为岩体之主体，基本岩性为中粒霓霞（辉）石正长岩。岩石呈灰紫色，中粒结构，粒度均匀，块状构造。矿物组成为：微斜长石（包括微斜条纹长石）75%～80%，具格子状双晶和卡氏双晶，普遍具有钠长石交代现象及泥岩化现象，经钠长石交代后微斜长石往往具环带构造。

次要矿物为石英、黑云母、角闪石、白云石等，含量5%左右。副矿物为榍石、白钛石、磷灰石、金红石等。岩体中心带核部出露少量似斑状正长岩。

（2）边缘混染带。主要分布于岩体西北部及东部边缘。带内分布着大量的大小混杂的围岩捕虏体，捕虏体中碱性正长岩脉穿插，并见明显的溶蚀现象。因同化混染作用，在不同程度上改变了原岩特征，岩石呈现褐灰色、灰绿色、褐色等，形成不规则斑杂状构造。岩性为似斑状霓辉石正长岩[2]。

2 矿石特征

2.1 矿石的矿物成分特征

矿区内矿石有两种类型：霞石正长岩和霓霞正长岩。主要矿物成分为：微斜条纹长石、霞石、霓石；次要矿物成分为：黑云母、石榴石；还有磁铁矿、榍石、磷灰石、锆石、绿泥石、碳酸盐等副矿物。微斜条纹长石：含量一般40%～70%，多在50%～60%之间，呈半自形板状、粒状结构；粒径1mm ～3mm为主，少数0.5mm ～1mm。霞石：含量一般15% ～40%，以25%～45%居多，呈半自形、它形粒状结构，切面混浊，见细鳞片状次生矿物集合体和横裂纹，平行消光，少数霞石被钙霞石交代。霓石：含量10%～35%，多在15%～20%之间，呈半自形柱状，暗绿色，横切面似角闪石菱形，多色性明显，常呈环带状，近于平行消光，有些被绿泥石、磁铁矿或碳酸盐取代，但晶形尚存。

微斜条纹长石和霞石是矿物中钾元素的主要来源，两种矿物含量较高是成矿的主要因素，矿石中K2O 含量7.42%～13.16%。

2.2 矿石的化学成分特征

（1）化学成分。选取区内部分样品数据详见（表1）。从表中可以看出，其化学成分差异较小。

区内正长岩的里特曼指数δ在8.76 ～10.42之间，因此矿石主要属于碱性、过碱性岩石。本区岩石化学成份与中国正长岩平均值相比，以富钾、贫钠为特征，Na2O ＋K2O 总量要高于我国正长岩平均值；SiO2、Al2O3含量普遍低于我国岩浆岩平均值；Fe2O3、FeO 含量变化较大，一般以富Fe2O3贫FeO 为特征，Fe2O3明显高于其平均值，而FeO 多数低于其平均值，说明氧化度高，岩体侵位深度较浅，其它各项氧化物含量接近中国正长岩平均值。

表1 矿石的化学成分特征表

（2）有用组分。矿石中主要有用组分为K2O 和Al2O3，矿石中K2O 含量最高13.47%，最低7.01%，平均10.18%，品位变化系数为12.92%；Al2O3含量最高20.32%，最低11.56%，平均14.88%，品位变化系数为8.21%，有用组分分布均匀。

（3）伴生有益组分。根据矿石的光谱分析结果，矿石中主要有益组分含量均较低。

图1 霓辉正长岩矿石的显微结构照片

（4）物相分析。产于磨沟的霓辉正长岩矿石呈肉红色，致密块状构造。钾长石晶粒粗大，含量通常达80%以上，其间包裹有少量细粒钠长石，钾长石主要为微斜长石，呈格子双晶和残余格子双晶，裂隙充填钠长石。霓辉正长岩矿物组合为微斜长石 +条纹长石+霓辉石+绿闪石（张正伟等，2003）。

3 非水溶性钾矿的市场前景

目前中国有2000多万吨钾肥的实物消费量，由于国内现有的钾肥资源匮乏、禀赋差，生产能力受到制约，中国钾肥长期以来大量依赖进口。世界钾盐资源分布和生产布局极不平衡，加拿大钾盐储量占世界总量的53%，而中国目前发现的总储量仅为10亿t，不到世界总储量的1%。据国家有关部门统计，2018年中国钾盐表观消费量为1747万t，其中国产钾肥917万t，进口钾肥为730万t，占到国内表观消费量的42%。整体看，我国钾肥供给对外依存度较高，2018年中国钾肥自给率为52.5%；我国可溶性钾资源非常贫乏。

我国未来的钾肥供求趋势可以用中国科学院的研究报告来概括，即“从长远来看，我国钾肥消费的增长趋势在未来几十年将保持下去，2020 年～2025 年间钾肥进口量会继续保持增长，2025 年将达到1000 万t 以上，市场金额将超过24 亿美元。

4 矿石综合利用的探索和突破

2012 年7 月，中国地质大学（北京）马鸿文课题组和昊青薪材（北京）技术有限公司通过对全国范围内十几个典型的非水溶性钾矿进行系统研究，取得了综合利用非水溶性钾矿制取钾盐（碳酸钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾）的一系列创新性成果。

2014 年9 月洛阳氟钾科技有限公司3 万t/年钾长石综合利用项目，在半工业化生产试验阶段取得重大成功。公司利用本身氢氟酸生产优势，将钾长石、硫酸和含氟的助剂，计量后加入到转窑反应器中进行分解反应。

5 讨论与结论

通过上述研究可以看出磨沟岩体的以下几个特点：

（1）磨沟岩体是我国重要的富钾岩石产地之一，具有规模大，K2O 品位高的特点，富矿矿石资源储量达亿吨级，具有良好的资源储量保障。

（2）磨沟岩体矿石中有用组分分布均匀，主要有用组分为K2O和Al2O3，矿石中K2O含量平均品位10.18%，整体矿床K2O含量远大于工业手册中规定的最低工业品位7%,具有较好的品位保障。

（3）中国具有巨大的非水溶性钾矿的市场前景，钾肥供应长期依然绝大部分依赖国际市场，国内亟待非溶性钾矿生产工艺取得巨大突破，填补国内钾肥市场的巨大缺口，具有良好的需求保障。

（4）中国地质大学（北京）马鸿文课题组对于磨沟体非水溶性钾矿的系统研究与洛阳氟钾科技有限公司3 万t/年钾长石综合利用项目对于磨沟含钾岩石矿体工业化利用的探索均取得了重大突破，岩体的全面工业化利用前景可期。

因此一旦磨沟岩体矿石进入工业化生产获得成功，其潜在的工业经济价值将不可估量，必将对中国钾肥长期匮乏的现状带来极大改观。