滇池地區(qū)風(fēng)化磷塊巖的地質(zhì)特性及找礦標(biāo)志

和麗芳

摘 要:風(fēng)化磷塊巖具有與原生礦不同的性質(zhì),為了滿足采礦及選礦的需要,在四個礦的勘探中對風(fēng)化礦作了探索,同時對滇池地區(qū)的風(fēng)化礦進(jìn)行了分析研究,對風(fēng)化礦有了一些新認(rèn)識,查明風(fēng)化礦的特征及找礦標(biāo)志,對地質(zhì)工作具有重要的意義。

關(guān)鍵詞:風(fēng)化磷富集因素找礦標(biāo)志

中圖分類號:P619.213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0080-02

云南省磷礦資源儲量冠居全國,礦層多賦存于下寒武統(tǒng)梅樹村組地層中。磷塊巖自成礦以來經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歲月,特別是中生代以來受南方的溫濕氣候影響,靠近地表的露頭被風(fēng)化形成大量風(fēng)化礦,地下深部一直保留原始礦層特點。滇池地區(qū)的礦石儲量豐富,風(fēng)化礦的數(shù)量超過其他省份。風(fēng)化礦是碳酸鹽類磷礦巖經(jīng)風(fēng)化作用后形成的一種新的礦石工業(yè)類型,與原生礦在礦石的采選及加工利用上有著不同的作用和意義。風(fēng)化礦的形成受礦床本身的特性和礦體賦存的外部條件制約,形成因素比較復(fù)雜,是多種因素的疊加,分內(nèi)、外、次生淋濾富集,原始沉積特點等因素造成了礦石的富集。

1 風(fēng)化礦的變化特征

1.1 礦石的化學(xué)組成

分布在滇池周圍的大中型風(fēng)化磷塊巖礦床約1200平方公里的范圍內(nèi),風(fēng)化礦多位于順向坡地形,有利于地表水體的垂直滲透及地下水體的運(yùn)移。在風(fēng)化及水滲溶的作用下碳酸鹽類礦物被溶解而流失,留下難溶的磷酸鹽、硅質(zhì)及泥質(zhì)物,磷含量相對有所富集。P2O5、Al2O3、SiO、F及酸不溶物有所增加,CO2、MgO、CaO等有所減少。如發(fā)生礦泥的流失,泥質(zhì)礦物中的SiO2部分流失。風(fēng)化礦與原生礦的化學(xué)組成上的差異很明顯,其比值是判別磷塊巖風(fēng)化程度的一種經(jīng)驗判據(jù)。此外,磷塊巖中常伴生有稀土元素,風(fēng)化礦中較富,原生礦中較貧。

1.2 礦石的風(fēng)化作用形式

風(fēng)化作用在形式上表現(xiàn)為物理和化學(xué)變化,云南磷塊巖主要為膠磷礦,多以低碳氟磷灰石形式出現(xiàn)。尋甸以北為碳酸磷灰石,脈石礦物有白云石、方解石、石英、長石、云母、粘土礦物等組成,主要由磷酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽等三種的鹽類構(gòu)成,化學(xué)成分由P2O5、CaO、SiO2、CO2、MgO、Fe2O3、AL2O3、F等8種氧化物組成,約占總成分的96%以上。

當(dāng)?shù)V層隨地表往深部下延時,風(fēng)化作用逐漸減弱為風(fēng)化帶、過渡帶至原生帶。 三大鹽類在靠近地表的風(fēng)化帶發(fā)生淋濾、水解,溶解能力依次為:硅酸鹽<磷酸鹽<硅酸鹽。往深部下延,風(fēng)化作用略為減少,上部被溶解、淋濾的磷酸鹽、硅酸鹽等被拆出疊加,碳酸鹽繼續(xù)溶解,磷酸鹽含量升高。隨著地表深部風(fēng)化作用的減弱,由風(fēng)化帶進(jìn)入原生帶,碳酸鹽溶解能力緩慢減弱,硅酸鹽、磷酸鹽基本停止溶解。磷酸鹽含量相對碳、硅酸鹽含量而減低,表現(xiàn)在化學(xué)成份上的變:P2O5、R2O3相對逐降,CO2、MgO相對升高,CaO含量主要隨P2O5的變化而正相關(guān)變化,見多種化學(xué)成分的變化趨勢圖(圖1)。

1.3 礦物成分

硅質(zhì)磷塊巖由于抗風(fēng)化能力較強(qiáng)、孔隙度較小、不利于水體的滲透和淋濾,形成風(fēng)化礦較少。白云質(zhì)磷塊巖的礦物成分主要是碳酸鹽類、白云巖、海綠石、綠泥石、水云母等泥質(zhì)礦物,形成風(fēng)化礦較多。碳酸鹽類礦物主要是白云石,少量是方解石,這兩種礦物因風(fēng)化程度的增加而減少,有用礦物在原生礦中相對較少,在風(fēng)化礦中相對較多,為風(fēng)化次生富集磷礦床。風(fēng)化帶中的粘土礦物主要形態(tài)為伊利石,在原生帶中幾乎不見。此外,風(fēng)化強(qiáng)烈的礦層中有含水的鐵、鋁磷酸鹽礦物,如銀星石、黃磷鐵礦、磷鋁石等,還有蛋白石、針鐵礦、褐鐵礦、高嶺石等表生風(fēng)化礦物。

1.4 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦相

礦石遭受風(fēng)化后結(jié)構(gòu)疏松,以砂粒和泥質(zhì)砂屑結(jié)構(gòu)為主,原生礦以晶粒砂屑結(jié)構(gòu)為主。在構(gòu)造上原生礦常見層狀、條帶狀、條紋狀構(gòu)造,風(fēng)化礦中除層狀、條帶狀、條紋狀外,可見塊狀、麻點狀、土狀等構(gòu)造,裂隙、蝕孔增加。原生礦中多呈球粒狀,在風(fēng)化過程中形成了水溶膠體和膠凝體,多呈鮞粒的同心園或膠結(jié)物、皮殼狀或短纖維集晶。隨著風(fēng)化程度的加深,體積減少,孔隙率增加,礦物的晶胞參數(shù)值a。也有所變化(見表1),表明礦物晶格中的C0減少。

(1)據(jù)化工部化工礦山設(shè)計研究院資料

(2)據(jù)化工部化學(xué)礦產(chǎn)地質(zhì)研究院資料

磷灰石礦物為碳氟磷灰石,在生成過程中磷灰石中的[PO4]3-被CO3·OH或[CO3·F]3-置換。風(fēng)化過程中取代基被溶蝕,發(fā)生礦物相的轉(zhuǎn)變,這在礦物學(xué)的研究上很有價值,礦物在風(fēng)化過程中是從碳氟磷灰石向氟磷灰石演變。風(fēng)化后碳酸鹽類的流失造成孔隙度增加,體重也相應(yīng)降低,普遍有褪色化,礦泥量也有所增加。據(jù)云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊在澄江磷礦進(jìn)行的現(xiàn)場測定:礦石的濕度也有很大差別,風(fēng)化礦吸水性強(qiáng),濕度比原生礦大。

隨著風(fēng)化程度的加深,玉髓、水云母、粘土礦物等呈膠結(jié)物出現(xiàn),尤其是白云石氧化淋濾后生成含鐵泥質(zhì)物。對澄江礦樣進(jìn)行的研究表明,風(fēng)化帶中膠磷礦的比磁化系數(shù)值高于原生帶中的膠磷礦。

2風(fēng)化礦的識別標(biāo)志

暴露于地表或埋藏于淺部的磷塊巖比深部的要富,滇池地區(qū)大部分磷礦屬中低品位的硅鈣型或碳酸鹽型磷塊巖,富礦大多是由原生礦風(fēng)化富集而成。加強(qiáng)對磷塊巖風(fēng)化富集規(guī)律的研究,具有重大的經(jīng)濟(jì)和實用價值,風(fēng)化礦的識別有以下幾種標(biāo)志:

顏色的變化:地表所見的磷礦多為特有的藍(lán)灰色或淺灰色,深部礦外觀常具深灰至黑灰色,暴露地表一段時間后顏色變淺呈藍(lán)灰色、淺灰色、灰白色,當(dāng)?shù)V石暴露在空氣中后,碳泥有機(jī)物被氧化。頂部的砂質(zhì)磷塊巖多含錳質(zhì),經(jīng)風(fēng)化后常顯咖啡色、褐色。

結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的變化:風(fēng)化礦節(jié)理裂隙破碎發(fā)育,錘擊之下或受沖擊輾壓多為沿節(jié)理裂隙破碎成為多角形塊體,有的變成碎屑狀、砂粒狀或粉末狀礦石,原生的條帶構(gòu)造變得模糊,白云石條帶由于風(fēng)化常由厚變薄,呈層紋狀或只殘留一線褐色的土狀物。在結(jié)構(gòu)上磷質(zhì)顆粒常呈細(xì)小的球粒,略帶膠狀凸出于礦石表面。白云質(zhì)膠結(jié)物或含白云石的顆粒由于淋濾出現(xiàn)許多孔洞,結(jié)構(gòu)變得疏松,底板含磷砂質(zhì)白云巖風(fēng)化較深者呈砂糖狀。

礦物成分的變化:風(fēng)化礦與原生礦有質(zhì)和量的變化,如原生帶中的黃鐵礦在風(fēng)化帶被氧化成褐鐵礦,仍保留了黃鐵礦外部八面體的完好晶形。長石風(fēng)化變成高嶺土等是野外判別礦石是否較直觀的標(biāo)志,白云石被大量流失。

化學(xué)成分的變化:風(fēng)化帶含量增加較明顯的組分有P2O5、SiO2、F、Fe2O3、AL2O3等；變化不太明顯的組分有TiO2、K2O,含量明顯減少的組分有MgO、CO2、CaO。P2O5由原生帶到風(fēng)化帶可提高5%～10%,原生礦P2O5越低,風(fēng)化帶中P2O5含量增加的幅度相對要大。

3風(fēng)化礦體的找礦規(guī)律

風(fēng)化富礦主要指P2O5含量大于25%的Ⅰ、Ⅱ品位礦,這類礦體產(chǎn)于上層礦的中、下部,沿走向和傾向延伸較遠(yuǎn),厚度變化不大,主要由假狀、條帶狀磷塊巖兩種礦石類型構(gòu)成。

風(fēng)化礦體富集的規(guī)律是:在垂直方向,上層礦以上部貧下部或底部富;上、下礦層比較,一、二采區(qū)上層礦富,下層礦貧,三采區(qū)上、下層礦差別不大。假鮞狀,條帶狀磷塊巖較砂質(zhì)磷塊巖富;沿走向、傾向方向,深部貧,淺部露頭礦富;淺埋藏的礦體比露頭礦和深埋藏的礦體要富;原生礦與氧化礦比較則是原生礦貧、氧化礦富。

風(fēng)化礦的P2O5含量高、選礦效果好,只需經(jīng)簡單的擦洗就可提供優(yōu)質(zhì)精礦,用作熱法加工,有害雜質(zhì)低能耗少,是生產(chǎn)高濃度磷肥的優(yōu)質(zhì)原料,風(fēng)化礦有較好的可選性和加工性能,可以指導(dǎo)采礦和選礦,以便經(jīng)濟(jì)合理地利用磷礦石資源。