张家口地区磷矿资源综合利用分析

武海燕

（河北省地矿局第三地质大队）

随着中国经济的发展，中国已进入重化工时代，甚至成为“世界工厂”。经济的快速发展导致矿产品和原材料加工产品需求的急剧增加。近年来，我国矿石年消费量达50多亿吨，供需矛盾日益紧张，对外依存度逐步提高，成为国民经济可持续发展的瓶颈因素。从目前的开发利用情况来看，大部分低品位磷矿资源尚未开发利用。因此，以河北省张家口市为例，在现有磷矿资源的基础上，加强对省内低品位磷矿资源开发利用和地质勘查的研究，以满足工农业生产对磷矿资源的需求，推动经济发展。

1 张家口地区磷矿资源现状

1.1 矿床类型

张家口地区磷矿成因分类见表1。从已经发现的矿床规模看，94%的储量属于内生岩浆型矿床，矿床规模一般较大，矿床远景可观。

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1.1.1内生矿床

（1）这些矿床主要分布在本区尚义至赤城深大断裂南侧，呈东西向分布，与深大断裂大致平行，主要产于小张家口超基性岩周围，部分与中生代火山岩及杂岩接触。岩体东西长11 km，南北宽0.15～1.5 km，面积6.72 km2，岩体同位素年值为2.6亿a，是海西时期产物，岩体由透辉石组成，磷矿化分布在岩体的东部和中部，主要铜磷矿化带长1 800 m，宽100 m。在该范围内已发现多个矿床（点），均为低品位磷矿床，但矿床规模一般较大，伴有磁铁矿和黄铜矿。这些矿床的基本地质条件与前者相似，含矿岩体侵入太古宙变质岩系，但含矿岩体中碱性成分显著增加，大多数岩体呈岩堆或岩层的形状，岩体长1 800～4 600 m，宽1 300～2 000 m，面积1.2～5.5 km2。岩体相带变化明显，大致可分为辉石岩相带、正长岩—辉石岩、辉石—正长岩相带和正长岩相带。矿体主要赋存于辉石岩相（黑云母辉石岩相），一般由多个矿体组成，长500～700 m，厚数十米，矿床规模大，部分岩体隐伏。目前的地质勘探工作尚未完全控制矿体边界，因此这些矿床的潜在前景非常乐观。目前已发现2个磷矿产地和几个矿（化）点，主要有涿鹿的矾山、阳原的姚家庄等。

（2）河北涿鹿矾山磷矿产于碱性超基性杂岩中，受后期断裂控制。通常磷灰石填充在断层和片理白云石的片理之间，在这两者之间，形成了P2O520%～30%的富矿和4%～5%的贫矿，岩体面积5.5 km2，具有明显的分异。经选矿试验，矿石易得，运输方便，存在的问题是覆盖层很厚。

矾山磷灰石矿床位于涿鹿县以南40°，以东30 km，距风沙线官厅站15 km，地势平坦。磷灰石矿床地质特征为表面未暴露，覆盖90～210 m砾石层，轴向长30°，长度4 600 m、最大宽度2 000 m。经钻探证实，这是由碱性超碱性络合物引起的。

磷灰石脉的产状与岩体的产状基本一致，磷灰石沿片理的充填程度较高。伟晶岩型磷灰石矿床主要形成于相对上升的台地边缘带。该区已知的有淮安索宝、王家窑、官庄等矿点，发育在燕山沉降带附近的山西地台背斜一侧。含矿伟晶岩为脉状侵入太古宙桑干群变质岩，常成群出现，根据围岩黑云母和脉状钾长石的测定，同位素年龄分别为16.78亿a和14.59亿a，脉生成时代属吕梁—五台期。这些矿床大多品位高，但规模小。

典型矿床优索宝磷矿含矿伟晶岩脉主要由奥陶系长石、透辉石、钾长石、磷灰石和碳酸盐组成。矿脉大部分较厚，分带明显，从内到外可分为①磷灰石带位于伟晶岩核心，磷灰石团聚体以块状、大透镜状集中于该带，磷灰石有红、绿、紫等颜色，有些晶体很大，柱长可达20～30 cm，直径10～20 cm，属于氟磷灰石。②奥长石带几乎全部由巨晶块状奥陶系长石组成，偶见钾长石、石英、磷灰石和绿帘石。③羊岐透辉石带与钾长石带呈锯齿状接触，有时与围岩直接接触，主要由阳起石和透辉石组成，有时为闪石和磷灰石，有时为透闪石和绿帘石，宽10～20 cm。④钾长石带伟晶岩脉的边缘与围岩直接接触，由钾长石和石英组成，宽0～4 m，矿脉含矿率26%～70.2%，P2O5含量16.26%～34.76%，平均28.05%，F平均含量2.58%。矿石中含有高稀土元素，如铈、镧、钇、铪和钍，总量为2.98%。成矿期围岩蚀变主要为透辉石和黑云母化，成矿后期热液蚀变主要为碳酸化、硅化和黄铁矿化。矿区共提交C+D级磷矿储量约45.17万t，属于小型矿床规模。

1.1.2外生矿床

沉积磷结核矿床分布在涿鹿燕王沟一带。含磷岩系分别为泥质岩磷酸盐组和碳酸锰镁磷酸盐组。矿层在水平方向上变化很大，矿体呈透镜状或饼状砾石状产出，延伸数十至数百米，厚0.09～0.65 m，一般0.1～0.2 m，P2O5含量8.00%～19.75%，主要磷矿物为胶磷矿。矿石类型包括砂质磷矿、白云质磷矿、磷赤铁矿、磷砂岩等，目前未发现工业矿床。

1.1.3变质矿床

变质矿床主要分布在尚义—赤城深断裂北侧，总体方向与深部断裂大致平行，大致分布在近东西向带内。区内已发现多处磷矿床（点），如摆磨、南天门、太平庄、马家窑、井底等。这些矿床产于太古宙桑干群变质岩中，含矿地层主要为斜长石角闪岩、黑云母角闪岩、斜长石片麻岩、黑云母斜长石麻粒岩等，与围岩有一定程度的混合。

典型矿床河北省崇礼县南天门磷矿矿体以透镜状、似层状为主，产状与片麻岩基本一致，走向80°，倾向42°。矿区共发现17个大小不等的矿体，形成一条平行的含矿带，其中最大的是1、2号矿体。I矿体长1 250 m，最大厚度32.5 m，最薄处仅2 m，平均厚度13 m；最高品位P2O5为5.27%、TiO2为10%、TFE为33.13%、SFE为17.77%；最低P2O5为0.75%，TiO2为0.85%，TFE为9.10%，SFE为4.98%；平均P2O5为3.44%，TiO2为5.72%，TFE为18.21%，SFE为11.32%；几种有益成分的空间变化几乎与空间成正比，也大致与厚度成正比。矿石类型简单，主要为细粒块状，其次为粗粒片状，被命名为含磷磁铁矿和钛铁矿角闪石（矿石），具有颗粒状、纤维状变晶结构和镶嵌结构，主要由普通辉石、角闪石、斜长石、磁铁矿、钛铁矿、磷灰石、石榴石、阳起石等组成。辉石为变构粒状，大部分由角闪石交代。矿石呈深褐色或黑色，风化矿石呈黄褐色，密实坚硬，平均密度为3.52 t/m3。根据矿床特征，应属基本脉侵彻型，即燕山期动力变质矿床［1］。

1.2 张家口地区磷矿资源利用现状

张家口已发现磷矿7个，矿产地20余处，储量6.06亿t，其中工业储量3.25亿t。该区磷矿大部分为低品位结晶磷矿，其中岩浆磷矿储量占总储量的94%以上［2］。张家口市磷矿资源的开发利用并不理想，当前该矿仅生产于涿鹿矾山，并且在涿鹿县成立了相关的涿鹿化工有限公司用于矿产品加工，成为华北磷矿生产加工的重要集中地。但目前该矿保有储量十分有限，矿石供需矛盾日益突出。此外，当地企业盲目扩大生产规模，缺乏长远规划的发展战略。高品位磷矿全部放在首采区，低品位矿石加工、选矿难度大，利用经济价值不高，造成企业经济效益逐年受损。同时，涿鹿矾山磷矿主要通过地下作业进行开采，开发上需要较高的资金投入，企业亏损较为严重。阳原姚家庄磷矿因为其大部分都是低品位矿，且矿石生产工序较为简单，其最终的经济效益并不理想，于是被禁止开采。对此，张家口地区的磷矿开发利用工作应重点放在储藏量大、适合露天作业进行开采的低品位矿的开发利用上。张家口地区的磷矿大部分为低品位矿石，P2O5含量3%～8%［3］，从当前的开发利用效果来看，其开发利用价值并不高，并且开发观念及工艺并不完善，因此一直未被大规模开采。对此，必须加快解决张家口磷矿的开发利用问题，加强该区的开发研究，加强地质勘探，寻找更多富磷矿石，为该地区的经济发展提供充足的资源［4］。

2 张家口地区磷矿资源利用存在的问题

2.1 技术设备有待提高

与其他矿区采矿技术相比，该地区尤其中小型企业的采矿技术及相关设备有待完善。目前，新建矿山引进了许多国际先进技术，例如部分大型矿山已成功安装大功率推土机、集矿机等。近几年，国家在磷矿开发利用方面投入不足，磷矿开发技术及设备未得到升级优化，缺少系统的管理，从而导致磷矿开采的经济效益大打折扣。此外，随着近年矿业市场的不断发展，部分企业受到市场侵蚀，很多企业在开采的同时对环境保护重视程度不高，导致产品销售市场被占领。与此同时，还存在部分矿业公司通过降低开采成本等手段造成矿山无序开采，导致优质矿产低质量流失［5］。

2.2 优质矿石资源浪费严重

由于我国磷肥底泥未按品位定价，在生产低浓度磷酸和过氧化钙（SSP）、钙镁（FMP）、黄磷等一级产品时，我国（特别是小企业）的磷生产受到了阻碍，由于采矿工艺落后，生产水平低下，无法满足大规模开发的需求。当前，国家对矿业公司开采质量尚未出台严格的生产开采标准，部分私人矿业公司在开采过程中资源破坏严重，导致优质磷矿浪费严重。同时，部分中小矿业公司因开采技术水平低等因素导致部分矿产开发区被废弃，使得矿山资源综合利用率较低，矿产资源浪费严重［6］。

2.3 开采安全问题和环境污染问题严重

目前，磷矿的开发方式主要有地下开采和露天开采2种，其中我国磷矿60%采取地下开采方式。地下开采会形成大面积的空间，会因地温、地压、风力等因素导致安全隐患。部分中小企业在开采过程中为追求短期效益，通常会在安全措施方面降低投入，导致安全隐患。与此同时，这些中小企业的无序开采以及在开采过程中将剥离的废弃矿体选择就近排弃的方式，在对植被造成破坏的同时易导致水土流失，在一定程度上增加了泥石流发生的可能性。

3 张家口地区磷矿资源利用存在问题的解决对策

3.1 加强矿产勘探

地方相关部门应针对上述问题采取相关措施，对张家口磷矿区地质情况进行详尽的调查监测。例如，对部分追求短期收益的中小型企业加强开发生产监管；对矿产资源较为丰富的矿山选择符合开采资质的企业进行合作，达到磷矿资源的合理、有序勘探与开发；与此同时，可加强与国外高科技企业的合作，学习先进的矿产开采技术，引进先进开采设备，不断提高对磷矿资源的开发利用率，解决我国矿产资源短缺问题。

3.2 资源综合利用及循环经济发展

磷是一种含有多种有用元素的散装矿物。因此，在磷矿资源的开采过程中，最重要的是要充分利用矿物中的有用成分，并对开采过程中产生的废物进行有效管理。通常情况下，磷矿石通常与其他矿物共生，在开采过程中，应注意矿产资源的综合利用。例如，利用海相沉积磷酸盐中的伴生碘资源，回收黄陵蚀变磷酸盐中的黄铁矿资源以及利用阿尔玛岩浆岩中的铁等金属，通过上述方式不断加强对磷矿以及稀有金属的开发利用。同时，尽可能地减少对高品质磷矿资源的开采，加强对低品位磷矿的开发利用。部分企业在开采技术方面应不断进行研发创新，提升磷矿资源的综合利用率，并对尾矿进行勘察调查，加强尾矿的利用。对低品位磷矿开采后的废弃物进行合理处理，不断促进回收工业的发展和磷矿的可持续发展［7］。

3.3 资源配置优化

优化磷矿资源配置，促进大规模矿产开采，创新矿业公司、磷矿、磷肥等一体化模式。通过磷化工产业联动路径、各矿产企业产业链的整合不断提升磷矿企业的开发利用策略的有效性。学习国外先进开采技术，升级产业设备，优化当前的生产工序及生产工艺，从而增强矿石的回收利用率，提升相关企业的经济效益，加快产业发展。相关地方政府部门应结合当地实际情况，完善相关规定，并对矿产企业进行有序管理，与当地优势企业共同参与资源整合，提高生产能力，推动磷矿产业的经济发展的同时，实现可持续发展［8］。

3.4 减少环境污染及生态平衡恢复

磷矿资源在开发过程中产生的废水、废弃物不仅会使矿区周边土壤及树木等遭到严重破坏，严重情况下还会引起水土流失及其他自然灾害的发生。对此，应该不断提高开采企业对环境的保护意识，通过改变高能耗、高污染的发展模式，按照“谁开发、谁保护、谁治理”的原则，引入循环节能的生产模式，不断加强矿山环境保护与环境污染补偿机制。例如，采取变废为宝、焚烧水泥材料、制作磷酸石膏块等措施，配合相应的环境治理办法，降低磷酸盐工业生产环节中造成的环境污染［9］，并通过目标措施（自然沉淀、二次混凝沉淀、生物降解），不断提高矿井水和再生水的可持续利用率，废水、废弃物通过一定处理措施达标后再实施统一排放。对矿山地质、土壤情况进行系统分析、检测，通过科学试验，改善土壤质量，修复复垦土地，提升环境受损地区的经济利用价值，加强对矿区生态环境的保护，从而推动相关企业的生产发展，真正做到将经济发展与环境保护有效结合，促进矿业的可持续发展［10］。

4 结语

通过对张家口地区磷矿资源利用的综合分析研究，提出了张家口地区磷矿资源利用存在采矿技术设备有待提高、优质矿石资源浪费严重、采矿安全问题频发、环境污染严重等问题，并针对以上问题提出了针对性的解决措施，如加强矿产勘探，综合利用资源和发展循环经济，优化资源配置，减少环境污染，恢复生态平衡，从而提高开采区域内磷矿资源的综合利用率，真正实现经济发展与生态建设相统一。