稀土、稀有和稀散金属资源(简称三稀)是中南地区的优势矿产资源,区内以往探明的典型矿床占全国的一半,但近年地质科学的研究工作以及地质找矿的勘查活动近乎停顿,严重影响到中南地区三稀矿产资源开发的可持续发展。通过对中南地区三稀矿产资源成矿特征的分析,认为今后一方面要深化理论研究,根据共伴生规律,加强综合评价;另一方面要加大地质找矿的力度,特别是要注意老矿山的探边摸底和遗漏矿产的排查,不同矿种可互为找矿标志;再者是要加强尾矿资源及建设用地压覆资源的综合利用、多次利用。
本文总结了我国中南地区与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿床的风化壳结构、矿物组合特征和成矿机理等研究情况。基于中南地区———湖南、湖北、广西、广东和海南五省区的地质背景对该区与花岗岩有关的稀土矿床成矿条件进行了分析,采用已知矿床(化)点或矿集区、花岗岩出露条件、地形因素结合气候等因素作为预测依据,对中南地区与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿床成矿区带进行了预测,划分出5个Ⅰ级成矿区带、6个Ⅱ级成矿区带和9个Ⅲ级成矿区带。
稀土有工业“黄金”之称,是发展新材料、高新技术等产业不可缺少的重要矿产资源之一。作为世界第一大稀土资源国,我国的稀土资源产业逐渐在国际市场上占据着主导地位。随着稀土资源战略地位的提升,我国逐渐收紧稀土政策,国外一些稀土矿山被列入开采计划。在此背景下,我国稀土企业在国际市场上的主导地位是否会受到冲击成为热点话题。本文从成本和收益的角度,对我国包钢稀土和美国钼公司的竞争力进行了比较研究,结果显示,我国稀土企业的成本结构和收益状况都较国外稀土企业更有竞争优势。
我国是世界上最大的能源消费国之一,化石能源的快速消费不但需要大量进口石油、天然气等能源矿产,而且带来了严重的环境污染问题。为了从根本上解决能源问题,锂作为“21世纪的能源金属”越来越受到重视。本文初步将能源金属分为5类:除了铀钍等直接提供能源支撑的金属之外,还包括铷等间接或者通过化学反应等方式产生能源的金属,锆铪等在能源领域不可缺少的辅助金属,用于制造各种电池的储藏能源的金属,以及稀土等可以显著节约能源的金属。我国拥有比较丰富的锂、稀土等能源金属矿产,近年来又在四川甲基卡等地取得了锂辉石找矿的重大突破,但总体利用水平还不高,研发基础比较薄弱,高纯金属的生产水平比较落后。因此,加强能源金属的研究,通过寻找高品质的锂矿资源,开发低成本、高质量、无污染金属锂生产技术,引领其他能源金属的地质找矿、开发利用与产业发展已是当务之急。我国能源金属的成矿条件较好,通过总结成矿规律,根据成矿系列理论综合评价、综合找矿与综合利用,尤其是对老矿区开展重新评价和深部找矿,可以摸清资源家底并通过试点示范来带动能源金属的找矿突破。
依据近年来全球锶矿储量、产量、主要生产国、进出口国、锶的消费结构进行宏观分析,同时针对近年来我国锶的碳酸盐进出口量和单价情况进行微观研究分析,结果表明:虽然我国锶的储量、产量、出口量在全球占据主导地位,但出口的锶产品基本都是低品质锶产品,出口价格与进口价格相差甚远,随着电子工业的高速发展,如何利用优势矿产资源,发展先进制造技术,从而研制出附加值高的锶深加工产品是我国锶矿产业发展的关键。
随着GIS空间数据库技术的发展,矿床学研究越来越离不开数据库的支持。我国三稀矿床分布广泛,长期以来积累了大量三稀矿产资源地质报告和数据,2012年起在“全国三稀资源战略调查项目”支持下建设了“三稀战略调查成果数据库”,涵盖了34种稀土稀有稀散矿产,集成了三稀战略调查的成果数据资料。本文介绍了构建这个涵盖全球的三稀资源分布、产业、市场、消费、贸易的大型空间数据库的设计思路、技术路线、质量控制、主要成果。三稀战略调查成果数据库迄今为止已经开始在战略性新兴产业矿产地质调查评价项目工作部署、稀土矿遥感动态监测、三稀图集编制等方面发挥了重要作用。
川西甲基卡是我国规模最大的花岗伟晶岩型稀有金属矿床富集区,矿区出露的晚三叠世二长花岗岩侵入体与含矿伟晶岩脉具有密切的时空及成因联系。本文对该区花岗岩岩石地球化学特征进行了研究,结果表明:二长花岗岩具有高SiO2(73.17% ~74.53%)、高碱(K2O+Na2O=7.86% ~8.24%)、富钾(K2O/Na2O=1.07~1.46)的特征;铝饱和指数A/CNK为1.23~1.26,为高钾钙碱性强过铝质S型花岗岩。岩石总体上大离子亲石元素相对富集,高场强元素Zr和Ti亏损明显;稀土总量(ΣREE)为(28.27~34.27)×10-6,平均31.15×10-6,(La/Yb)N 为15.77~19.34,δEu=0.50~0.56,显示轻稀土富集、重稀土亏损的特征,具有中等的负铕异常。地球化学研究表明,该花岗岩是以泥质岩为主的岩石部分熔融而成,岩浆可能来源于本区三叠纪西康群砂泥岩为代表的地壳物质的部分熔融,是典型的壳源成因类型,具同碰撞花岗岩的特征。花岗岩的形成时代为223±1Ma,是印支末期松潘-甘孜造山带大规模滑脱推覆阶段的产物。花岗岩中富集Li、Be、Cs、Rb、Ta、Hf、W、Sn、F等,为岩浆结晶分异形成含稀有金属伟晶岩矿床提供了成矿物质。
介绍了近年来在四川甲基卡稀土金属矿区外围北部发现的新三号(X03号)超大型矿脉特征,通过对ZK1101钻孔岩心的详细研究,初步查明:甲基卡新三号脉的稀有金属矿化以锂为主,共伴生有铍、铌钽、锡等金属,在顶底板围岩中存在红柱石矿化和铯的金属矿化;金属矿物主要是锂辉石,少量绿柱石、铌钽铁矿等;矿石类型主要有伟晶型、细晶型和混合型;矿化分带不太发育,主要是由于多阶段的交代和充填结晶作用反复进行而使得结构带复杂化;围岩蚀变主要是红柱石化、堇青石化、电气石化等。综合分析,甲基卡新三号脉在成因上与新疆的可可托海三号脉既有共性也有区别:前者在成因上受控于甲基卡热-变质-岩浆穹窿构造,后者主要定位于辉长角闪岩内部的封闭环境。
阿斯喀尔特Be-Nb-Mo矿床位于新疆阿尔泰成矿带,是同时产有花岗岩型和花岗伟晶岩型矿体的稀有金属矿床。为确定该矿床的成矿年龄,采用ICP-MS辉钼矿Re-Os同位素技术,测得白云母钠长石花岗岩带内6件辉钼矿样品的Re-Os等时线年龄为211.9±4.1Ma,加权平均年龄为214.9±1.2Ma,表明该矿床形成于燕山早期。同位素精确定年结果暗示阿斯喀尔特矿床上部似伟晶岩成矿带形成的主要机制可能是岩浆液态不混溶作用。
为了进一步在香花岭地区寻找稀有金属资源靶区,对尖峰岭岩体和香花铺岩体稀有金属分布特征和富集规律进行了研究。尖峰岭稀有金属的矿化富集主要集中在黑云母花岗岩体顶部及边部云英岩化带,其中NbTa含量相对较高;而香花铺黑云母花岗岩NbTa氧化物含量(95.3×10-6 ~349×10-6)高于尖峰岭岩体(108.7×10-6);Li含量在云英岩(1320×10-6、9672×10-6)和硅化砂岩(4340×10-6)的也远高于同矿区的黑云母花岗岩(884×10-6),表现出良好的矿化趋势。根据稀有金属分布规律和成矿地质条件,提出了该地区稀有金属成矿3个阶段模式,该矿区稀有金属找矿标志为云英岩化、钾长石化、钠长石化等蚀变作用带,最终圈定重要的稀有金属成矿部位为花岗岩顶部和边缘接触带。
湘南地区是典型的稀有-有色多金属成矿区,成矿作用与广泛发育的燕山早期花岗质岩浆活动密切相关。以骑田岭和香花岭两个典型成矿岩体为研究对象,对比总结了其岩石学、地球化学、成矿学等方面的特征。骑田岭岩性主要为黑云母二长花岗岩,香花岭则以锂白云母花岗岩、铁锂云母花岗岩等为主;骑田岭花岗岩具有高硅碱、弱过铝质-过铝质的特点,属于钙碱性系列,而香花岭花岗岩较骑田岭更富硅碱,分异程度更高,且高度富集挥发分氟,是高酸富碱氟、高度分异的碱性-过碱性花岗岩;高分异的香花岭岩体发育钨、锡、铌、钽等有色-稀有金属矿床,而同时期的骑田岭岩体仅形成钨、锡矿床。造成这种差异性的原因:从含矿性角度,骑田岭花岗岩中稀有金属含量远不如香花岭岩体;香花岭花岗岩的高分异演化有利于稀有金属和挥发分的逐步富集成矿;骑田岭岩基已遭受高度风化剥蚀作用也可能是原因之一。综合骑田岭岩体的地球化学成矿图解推断,岩体西北部是有利的成矿部位,结合香花岭小岩体的成矿,认为尽管在受风化剥蚀影响较大的岩体西北部找到矿化并非易事,但若附近有出露或隐伏的小岩体,将会是有利的稀有-有色金属矿化部位。
正冲矿床复式花岗岩体顶部云英岩富集Li、Rb、Cs、W、Sn等元素,是一处富F、稀有多金属云英岩型矿床。不同演化阶段花岗岩和云英岩地球化学分析结果显示:对比花岗岩,云英岩中K2O、Na2O、MnO、TiO2和Fe2OT3 呈突然分离变化;Rb、Th呈突然升高而Ba、Sr呈突然降低变化;K/Rb、Zr/Hf、La/Sm和(La/Yb)N 值呈突然降低变化。地球化学特征暗示云英岩是岩浆不混溶作用形成的,并且F与不混溶作用共同制约云英岩的成因及成矿作用:当F含量<3%时,以石英-钾长石-铁锂云母-黄玉云英岩为主,Li、Rb、Cs、Nb、Ta在此阶段开始富集成矿;F含量>3%时,以黄玉-铁锂云母-石英云英岩为主,Li、Rb、Cs进一步富集,而Nb、Ta元素含量降低。
平和福里石铍(钼)矿矿体赋存于侏罗系上统南园组火山碎屑岩的断裂裂隙中,侧伏和隐伏的花岗岩体为主要的成矿母岩,是岩浆热液和成矿物质的提供者。矿体呈脉状、透镜状产出,围岩蚀变以硅化(石英脉)、绿泥石化、次生石英岩化为主,成矿作用与岩浆活动和裂隙构造关系密切。与绿柱石(铍矿)共生的辉钼矿Re-Os同位素测年结果显示,等时线年龄为152.7±3.9Ma,表明铍(钼)矿成矿时代为晚侏罗世,属中高温热液充填-交代型铍钼矿床,而非前人认为的火山期后热液型矿床。
福建南平西坑钽铌矿目前主要产品是铌钽精矿和锡精矿,其他稀有金属矿产品尚未进一步开发。本次采集了铌钽矿矿石、锡精矿粉、尾矿3类样品,分析表明:在锡精矿粉中铌、钽、铀、锆、铪、锡的含量(wB)分别为Nb2O52.2357%,Ta2O55.1841%,U0.8694%,ZrO20.6913%,HfO20.0652%,SnO270.4620%,明显高于其在原矿石样品中的含量(Nb2O5 0.0079%,Ta2O5 0.0178%,U0.0003%,ZrO20.0019%,HfO20.0002%,SnO20.0591%),说明重选时可导致这些元素富集,应在目前采用的工艺基础上进一步提升铌钽精矿和锡精矿品质,同时做好放射性污染防治工作;尾矿中锂、铍、铷含量较高(Li2O0.1455%,BeO0.0684%,Rb2O0.1891%),其中铷、铍达到了工业品位,但由于选矿工艺难度较大等原因,单元素回收较难,可考虑进行综合回收利用。今后应加强对矿石可选性和尾矿回收利用的研究,更好地实现矿区现有资源价值最大化。
闽西南连城文坊岩体在区域上被认为与宣和岩体属同一岩体,是福建著名的风化壳含稀土矿母岩岩体之一,曾被认为属于华力西-印支期,但缺乏精确的同位素年代学资料。本文对文坊岩体的锆石进行了激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb定年,获得206Pb/238U加权平均年龄为431.9±4.7Ma,说明该岩体形成于加里东期,属华南加里东晚期岩浆活动峰期产物,暗示华南加里东期褶皱造山运动的开始。结合福建加里东期花岗岩的地球化学资料,发现加里东期多数岩体的风化壳稀土总量较高,具备成矿母岩的首要条件。今后应加强对福建地区加里东期花岗岩风化壳稀土含矿性评价及找矿工作的重视。
通过开展广西北海地区多目标区域地球化学调查,研究了深层土壤稀土元素含量分布特征、异常特征以及异常成因,并对研究区稀土储量进行估算。结果表明,深层土壤La、Ce和Y元素为本异常区稀土找矿的重要指示元素,其含量与成土母质有密切关系,二叠纪和三叠纪侵入岩为主要找矿标志;K2O、Na2O、CaO、MgO和盐基总量等粘土矿物成分为影响离子吸附型稀土富集的重要因素。圈划出7个稀土矿远景预测区,计算出预测区稀土矿总储量达288.8万t。
对姑婆山岩体南侧及大宁岩体外围2个稀土尾矿中稀土及重金属元素地球化学特征和空间分布规律进行了研究。结果表明:尾矿稀土元素配分模式趋势与原矿基本一致,对原矿具有一定继承性;不同尾矿区元素分布特征有不同,同一尾矿区不同元素分布特征也有差异;在垂向剖面上表现为自上而下稀土含量逐渐增加;横向上元素含量与距尾矿坝的距离呈一定相关性;稀土元素多表现为中部相对富集的特征。重金属富集较复杂,分析认为元素分布特征除了受本身物化性质影响外,还与外界环境有一定关系。因此,建议提高尾矿中元素回收率,减少因尾矿堆积而引起的重金属污染。
巴马花岗斑岩型稀有金属矿床是广西新发现的稀有金属矿床。该矿床位于巴马-民安北西-南东向复式短轴背斜的核部,矿体主要由57条花岗斑岩脉组成,花岗斑岩脉中锂(Li2O0.31%)、铍(BeO0.23%)、铌(Nb2O50.006%)、钽(Ta2O50.003%)等稀有金属元素达到工业矿床要求。此外,还含有一定量的铷和铯等其他稀有金属元素。根据矿床地质特征分析,认为铌钽金属成矿可能与气成热液有关。
栗木矿区是华南重要的钨锡稀有金属矿床之一,通过对栗木铷矿床地质特征的研究发现,该矿床具有明显的时空分布规律:主要富集在燕山早期的3个阶段,并具有随岩体演化程度增高而进一步富集的趋势;同一阶段同一岩体的水平剖面上,Rb2O含量具有岩体边部高、中心低的特点;垂直剖面上,Rb2O含量总体变化不大,岩体顶部相对富集。同样,在花岗岩中云母和钾长石中的Rb也有一定的规律:在不同阶段或者不同岩体中,云母的Rb2O含量都比钾长石中的高;无论钾长石还是云母中Rb2O的含量,在燕山早期的第三阶段都比第二阶段更高,可见铷矿化随着岩浆分异而逐渐增强。栗木矿区铷金属主要产于花岗岩中,根据已知的矿石量可预估伴生铷矿床已达中型,整个栗木矿区则具有大型伴生铷矿床的潜力;据前人资料估算,尾矿中的铷金属储量可达大型伴生铷矿床。今后可进一步对原生铷矿床和尾矿中的铷资源进行研究评价,从而提高矿区资源综合利用率。
对桂西不同铝业公司赤泥中三稀元素含量的分布特征及三稀资源状况的调查表明,赤泥中Ga、Sc、Zr、Hf、Nb、Ta和轻、重稀土元素的含量,与原矿相比均有不同程度的富集,与风化壳型矿床的相关工业指标相比,均达到了综合回收的要求。按照目前桂西各大铝业公司库存赤泥总量4000万t计,可得轻稀土的资源量为3.21万t,重稀土资源量为1.49万t,镓资源量为2494.8t,钪也具有巨大的资源潜力。
对桂西不同类型铝土矿中稀有、稀散元素及其含量的分布特征和资源状况的调查表明:在岩溶堆积型铝土矿中,Ga、Zr、Sc、Nb主要赋存在矿石中;Ta主要赋存在粘土中;Hf在矿石和粘土中的含量无明显区别。岩溶堆积型和原生沉积型铝土矿中稀散元素Ga、Sc和稀有元素Zr、Hf、Nb、Ta具有明显的富集趋势,其中Ga、Sc、Zr、Hf已经或基本达到伴生矿综合利用的标准,具有综合回收利用的价值,而沉积型铝土矿的铁铝岩层中Nb和Ta的含量已经达到圈定独立矿体的要求。
粤西北太保花岗岩体位于南岭花岗岩带西段,出露的岩石较复杂,主要岩性有角闪石黑云母二长花岗岩、角闪石黑云母花岗闪长岩和石英二长闪长岩。前人在20世纪60年代采用黑云母K-Ar法测得该岩体年龄为370Ma,其后相关研究资料也一直视其为加里东期花岗岩。本文在野外地质调查和岩相学研究的基础上,利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法对太保花岗岩体进行了系统的年代学研究。结果显示,组成太保花岗岩体主体的角闪石黑云母二长花岗岩及其中的闪长质包体形成年龄分别为158.4±2.0Ma和160.5±1.6Ma,两者年龄在误差范围内基本一致,应为同期形成;角闪石黑云母花岗闪长岩和石英二长闪长岩的年龄分别为151.5±1.8Ma和157.6±1.5Ma。结果表明太保花岗岩体形成于晚侏罗世,为燕山期花岗岩。
随着以锂为代表的新能源金属应用越来越受到重视,寻找锂矿资源将日益显得重要。为了实现在隐伏地区找矿突破的目的,以四川甲基卡稀有矿床外围容须卡地区为例,应用直流电法勘探圈定隐伏伟晶岩脉,在区内圈定了3个北西向高阻异常带,其中J3号高阻异常与已知R2含锂伟晶岩脉吻合较好,J1、J2两个高阻异常局部见伟晶岩体出露,推测异常由隐伏伟晶岩脉引起;进而寻找甲基卡式锂矿,以期能够对相关区域的隐伏型甲基卡式锂矿的有效探测提供参考和指导。
采用微波辅助消解样品,以O2为反应气,动态反应池-ICPMS(ICPDRCMS)法测定样品中Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm的含量,在选定的工作条件下,除Tm(81.09%)外,其他元素氧化物的产率均在99%以上,轻稀土元素二氧化物离子产率一般都低于0.3%。研究认为,轻稀土元素(Ce、Pr、Nd)二氧化物离子对重稀土(Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm)氧化物离子的干扰可有效扣除;只有GdO+受到未反应的Yb+的谱线重叠干扰比较严重。白云鄂博稀土矿石样品中Gd元素含量一般比Yb高几十倍,此干扰也可以利用干扰系数校正法扣除。轻、重稀土元素分离后ICP-MS法的测定结果进一步验证了方法的准确性。该法检出限范围为0.002~0.023μg/g,精密度在0.87% ~2.18%,完全能够满足白云鄂博稀土矿石样品中重稀土元素的分析要求。
采用封闭酸溶和五酸溶样两种方法,使用电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)和质谱(ICP-MS)测量技术,对锂辉石样品中的稀有稀散稀土多元素的测定进行了方法研究。确定了仪器工作参数、测定限、测量方式,使用国家一级标准物质GBW07152、GBW07153、GBW07184进行了精密度、准确度实验。结果表明:两种溶样方法均可完全溶解样品,互为补充,共可分析测定元素33种以上。方法准确度、精密度、检出限等技术指标能满足质量规范的要求,可为我国三稀资源调查锂辉石样品中的多元素测定及综合评价提供技术保障。
将国产MCA-202型氢化物发生器与原子吸收光谱仪联用,建立了断续流动氢化物发生-原子吸收光谱测定地质样品中硒(Se)的方法。利用HNO3 -HF-HClO4 -HCl混合酸体系溶解样品,视样品基体不同加入适量铁盐或直接测定。在最佳硼氢化钾浓度为10g/L、载气流量为0.8L/min、盐酸溶液浓度为3mol/L、乙炔和空气流量分别为1.50、6.00L/min的条件下,对土壤、岩石、沉积物及矿物矿石等多种国家标准物质进行了分析,结果表明能够满足地质矿产实验室质量管理规范的要求。本方法灵敏度高,测定速度快,记忆效应小,抗干扰能力强,方法检出限为0.30ng/mL,精密度(RSD,n=11)为4.63%。可广泛用于复杂基体地质样品中Se的分析测定。