宁国市冷水坞萤石矿地质特征及开采条件研究

2024-01-07马建勇

山西冶金 2023年7期

马建勇

（安徽省地质矿产勘查局322 地质队，安徽马鞍山 243000）

0 引言

萤石是工业氟元素的主要来源，业内常称萤石为“第二稀土”[1]，应用领域涵盖新能源、新材料、国防、电子、冶金、建材、医药等众多传统领域和新兴产业[2]。萤石属不可再生矿产资源，世界上许多发达国家也将其作为一种战略物资进行储备[3-4]，我国也在《全国矿产资源规划（2016—2020 年）》中，将萤石作为一种战略矿产资源，萤石矿产的重要性不言而喻。我国萤石资源主要分布在浙江、江西、福建、河南、内蒙古、湖南等省区，上述地区萤石约占全国总量的80%，矿床总数的53%[5-7]。近年来，众多专家学者对我国萤石矿的相关内容进行了丰富的研究[8-10]。

安徽省宁国市冷水坞萤石矿属皖南山地区，属深切割山地，沟壑纵横交错，矿体主要赋存于绩溪-宁国复背斜皖南凹陷褶断带的次级构造F1断层中。矿区内存在一个工业矿体，赋存于近东西向断裂带F1内，该断裂带属绩溪-宁国复背斜皖南凹陷褶断带的次级构造，受其限制，冷水坞萤石矿属断裂充填型脉状萤石矿床。

宁国市冷水坞萤石矿于2004 年开始筹建，于2006 年、2011 年及2012 年分别进行了相关资源储量核实工作，但上述资源储量核查工作范围均较小，未能彻底明确矿区内萤石矿产储量。本文针对近期开展的针对宁国市冷水坞萤石矿的资源核实工作，对冷水坞萤石矿的地质特征和开采条件进行深入研究，为后续矿产资源开发工作提供数据支持。

1 地质特征分析

1.1 地层岩性

本区在区域上位于扬子板块的东南部，江南过渡带东端南缘，绩溪-宁国复背斜的东北倾伏端。其地层分布属扬子地层区江南分区广德-休宁小区，并以震旦系-志留系沉积岩地层广泛分布为特征；褶皱、断裂较发育，并在漫长的地史演化过程中形成了以北东向构造为主体的构造格架，萤石矿区区域地质图如图1 所示。

图1 宁国市冷水坞萤石矿区域地质图

矿区内出露的地层主要有寒武系上统西阳山组（∈3x）、上统华严寺组（∈3h）及第四系（Q）。寒武系上统西阳山组（∈3x）为矿区内主要地层，约可占矿区的70%，分布于矿区的中部和西部，分西阳山组上段（∈3x3）、西阳山组中段（∈3x2）、西阳山组下段（∈3x1）。岩性为灰-深灰色假厚层状钙质泥岩、泥灰岩，夹灰白色长条状、透镜状、饼状豆荚状微晶灰岩，层面凸隧不平，局部灰岩呈肠状，水平层理发育，萤石矿即赋存于西阳山组中段（∈3x2）地层断层中。寒武系上统华严寺组（∈3h）岩性为灰-青灰色条带状微晶灰岩与泥质灰岩或泥灰岩韵律互层，偶夹中厚层纹层状微晶灰岩，水平层理发育，微晶灰岩厚5～30 cm，泥灰岩或钙质泥岩厚3～5 cm，常组成假厚层状。第四系（Q）分布于矿区的西南部及区内低洼山谷区域，主要为粘土、亚粘土、泥炭、砂砾石。

1.2 构造特征

矿区较大规模的断层为F1，在本次储量勘察工作中所布置的勘探线剖面内均有揭露，图2 为某勘探线剖面图，途中深色部分即为F1断层。F1断层属绩溪-宁国复背斜皖南凹陷褶断带的次级构造，长度大于1 200 m，总体呈近东西向展布，产状与围岩相反，总体倾向171°左右，倾角40°～60°，矿区断层带范围内岩石可见破碎及节理、裂隙较发育。该断层为一条逆断层，根据地表追索及探槽工程揭露情况，断层破碎带宽0.5～6.0 m，带内岩石破碎，且萤石、方解石脉发育，该断层为主要的控矿和贮矿构造。矿区地层为单斜构造，地层倾向300°～330°左右，倾角34°～50°左右。

图2 某勘探线剖面图

1.3 矿体特征

矿区内发现的萤石矿脉，赋存于断裂带F1中并严格受其限制，矿化富集特征主要表现为，在地形较高的山脊或山顶处，显示为断裂硅化破碎带或具萤石矿、弱萤石矿化现象，在地形较低的山坡或山沟处则可见明显的萤石矿化或矿体。矿体最大长度500 m，控制最大延深292 m，整体产状较稳定，变化较小，矿体厚度为1.17～3.20 m，CaF2品位（w（CaF2））31.18%～58.95%，平均品位为43.43%。萤石矿围岩为灰-深灰色假厚层状石灰岩、灰黑色泥灰岩，属断裂充填型脉状萤石矿床。矿体与两侧围岩界限清晰，脉壁较平整，围岩的岩性为泥质灰岩及条带状灰岩，层理较发育，具弱硅化。

2 矿石质量分析

2.1 矿石质量分析

组成矿石的主要矿物成分为萤石和石英，两种矿物在矿石中含量（质量分数）一般都在80%以上。根据二者在矿石中的含量，本区主要分为石英-萤石型和萤石-石英型矿石。矿石构造主要有块状构造、角砾状构造、脉状构造、条带状构造。矿石中萤石呈现白色-绿色，以浅绿色为主，一般呈自形—半自形，主要以块状分布，部分呈碎裂角砾状、碎斑状分布、脉状分布，少量呈碎粒碎粉状或稀疏浸染状的形式分布，粒径主要为0.02～4 mm，部分粒径大者可达10～15 mm或以上。石英为略带灰色色调的无色-白色，短柱状-隐晶状，结合体多呈细脉状，网脉状充填在矿石中，脉内多见由短柱状晶体构成小型晶簇，大多可手选剔除。矿体内夹石分布较少，单工程矿体内未见有夹石，沿微层理界面常见萤石细脉，矿体内存在不稳定夹石体，主要为方解石脉（10～20 cm 厚）和石英团块组成，但均未达到夹石剔除厚度。矿区内矿石化学成分较为简单，主要成分包括CaF2、SiO2、F2O3、Al2O3、K2O、Na2O、CaCO3等，萤石矿化学全分析结果如表1 所示。

2.2 选矿方式分析

本矿山拟采用浮洗法回收萤石。通过在临近相似矿区的选矿实践，最终确定本矿区内调整剂为碳酸钠，抑制剂为水玻璃，捕收剂为油酸，粗选阶段最佳药剂制度为碳酸钠用量400 g/t、水玻璃用量2 000 g/t，粗选油酸用量1 400 g/t。在选矿过程中，当原矿磨矿细度为-200 目占65%时进行一次粗选二次扫选、粗精矿再磨至-200 目占82.4%后经五次精选最终获得萤石精矿，即采用一粗、二扫、五次精选流程。对矿区内矿石进行的闭路流程试验从原矿中获得了产率为39.03%、CaF2品位（w（CaF2））为93.25%的萤石精矿，其CaF2回收率为79.15%。萤石精矿中杂质w（CaCO3）为1.70%、w（SiO2）为0.96%。

3 开采条件研究

3.1 水文地质条件

矿区内地下水主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩溶蚀裂隙水两大类型。松散岩类孔隙水赋存于松散的砂砾石孔隙中，补给方式主要是大气降水的垂直补给，同时受碳酸盐岩溶蚀裂隙水的侧向补给，地下水位埋深一般为0.8～2 m，单井涌水量一般0.78～5.76 m3/d。碳酸盐岩溶蚀裂隙含水层，是区内主要含水岩类，主要受上覆潜水以及大气降水的直接补给，径流方向一般与地表水运动方向一致，在矿区内测得该层上升泉点1 处，流量约0.125 L/s。

除此之外，矿区内还存在断裂构造脉状含水层。据现场调查，矿区已施工五层探矿坑道涌水方式主要有溢水、滴水两种，地下水溢水点多为裂隙部位，滴水点主要位于揭穿F1 断裂带部位，呈线状滴水。各坑道的涌水量情况详见表2。

表2 坑道涌水量表

本次勘察工作所见矿体最低控制标高为+22.8 m，采用水文地质比拟法，利用+157 m 中段坑道涌水资料预测开采标高+22.8 m 时的矿坑正常涌水量、最大涌水量。以明确坑道涌水量，为开采工作提供数据支持。水文地质比拟法计算公式见式（1）。

式中：Q 为预测矿坑涌水量，m3/d；Q0为已明确坑道的矿坑涌水量；S 为达预测坑道系统圈定的面积，m2；H为预测坑道的水位降深值，m；S0为已知坑道系统圈定面积，m2；H0为已明确坑道的水位降深值，m。

计算所得采矿至+22.8 m 中段时的矿坑正常涌水量、最大涌水量分别为1 795.6 m3/d、2 249.6 m3/d。矿体开采至深部后矿坑涌水量较大，在进行矿区开采工作中要注意降水问题。

该区历年年平均气温15.9 ℃，年平均最高气温17.2 ℃，最低气温15.2 ℃。降雨量一年内各季节分配不均匀，主要集中在5～9 月的丰水期，占年降雨量的65%；在11 月至次年1 月的枯水期，降雨量最少，占全年降雨量的10.3%，年平均降水量为1 340 mm。

3.2 工程地质条件

根据岩土的岩性组合、物理力学性质、抗风化能力等，矿区可划分为松散软弱岩组、坚硬岩组2 个工程地质岩组。松散软弱岩组以第四系松散堆积物以残坡积层为主一般厚度1～5 m，主要由粘土、细砂及砂砾石层组成，结构松散，孔隙度较大，透水性良好，该组工程地质性质差，人工开挖边坡稳定性差，易产生崩滑。坚硬岩组为石灰岩、泥灰岩，节理裂隙较发育，据平硐调查，围岩存在断裂影响，岩石完整性一般，节理线密度一般小于5 条/m，岩石坚硬。

矿区工程地质类型属块状岩类，岩石强度高，稳定性较好，通常情况下不易发生矿山工程地质问题，但是在构造发育处，围岩风化严重，容易发生冒顶、片帮，采矿时须引起重视。