遵義仙人巖鋁土礦礦物學特征研究

朱永紅，殷科華，李加澍，朱成林

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一○六地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000）

遵義仙人巖鋁土礦礦物學特征研究

朱永紅，殷科華，李加澍，朱成林

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一○六地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000）

應(yīng)用礦石薄片、重砂鑒定與掃描電鏡、電子探針和X射線衍射分析等對遵義仙人巖鋁土礦的礦物成分進行了研究，論述了硬水鋁石與伊利石、高嶺石、綠泥石、赤鐵礦以及黃鐵礦等的礦物學特征，包括其結(jié)晶形態(tài)、粒度、物理光學性質(zhì)和產(chǎn)出特征等；闡明了主要礦物在不同工業(yè)類型礦石中的含量及其組合特征。遵義仙人巖鋁土礦與山東淄博“G層”鋁土礦類比，礦物成分大同小異，均屬“一水硬鋁石（硬水鋁石）型沉積鋁土礦床”。

鋁土礦；礦物學特征；仙人巖；遵義

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.009

位于貴州遵義城東南部的仙人巖鋁土礦床，經(jīng)貴州地礦局106隊勘查①貴州省地礦局106地質(zhì)大隊（高企戎，朱成林，鄭文禱等）. 貴州省遵義縣團溪鋁土礦仙人巖礦區(qū)仙人巖礦段勘探地質(zhì)報告. 1990.，是遵義鋁土礦帶[1]中規(guī)模最大的礦床，包括了仙人巖和川主廟礦段，共計探明資源量礦石2 118萬t。該礦床產(chǎn)于下石炭統(tǒng)九架爐組[2]中上部的鋁質(zhì)巖段[1、3、4]內(nèi)，分布于NE向仙人巖向斜兩翼和軸部。礦床礦石類型齊全，研究程度較高，在遵義鋁土礦帶中具有一定的代表性，2001年正式載入《中國礦床發(fā)現(xiàn)史·綜合卷》[5]。

研究是在前人科研成果的基礎(chǔ)上，從鋁土礦礦物學特征著手，詳細闡明了主要礦物在不同工業(yè)類型礦石中的組合特征和伴生鎵的賦存狀態(tài)等，同時與山東淄博“G”層鋁土礦[6]進行比對，得出二者礦床特征大同小異，均屬一水硬鋁石型[7-9]沉積鋁土礦床的結(jié)論。

1 礦石礦物成分

據(jù)人工重砂、礦石薄片鑒定及X射線衍射分析，仙人巖鋁土礦礦石由34種礦物所組成②貴州省地礦局106地質(zhì)大隊（朱成林，劉文凱，劉平等），貴州省遵義鋁土礦仙人巖礦床成礦地質(zhì)特征研究. 1991.（表1），以鋁礦物為主，其次為粘土礦物，此外尚有部分鐵礦物、少量硫化礦物以及鈦礦物等，占總量的 99%。其中以硬水鋁石、伊利石、高嶺石、赤鐵礦、綠泥石、黃鐵礦及銳鈦礦最為常見。

表1 鋁土礦礦物成分一覽表

2 礦物學特征

2.1 硬水鋁石

礦石中主要礦物，灰白、淺灰、黃褐、淡藍等，部分呈無色透明。斜方晶系，常呈柱狀、板狀或粒狀（圖版1、2），粒度0.005～0.01mm，完全平行解理｛010｝，硬度6～7，二軸晶，正光性，正高突起，N＞1.700，干涉色一般為一級橙黃色，個別為二級藍，干涉色普遍偏低。

云南省地礦局測試中心電子探針分析，硬水鋁石含 Al2O375.07%～91.84%，SiO20.34%～0.64%，TiO20.63%～1.77%，F(xiàn)eO 0.31%～4.35%；差熱分析結(jié)果，在450℃～600℃出現(xiàn)一個極明顯的吸熱谷（圖1），表示硬水鋁石發(fā)生劇烈脫水形成穩(wěn)定的α-Al2O3（剛玉）。經(jīng)激光光譜分析，無色透明板柱狀硬水鋁石質(zhì)純無雜質(zhì)。

硬水鋁石的晶胞參數(shù)測定值（表2）證實，屬較穩(wěn)定的一水型鋁氫氧化物。鋁土礦石中硬水鋁石含量53%～93%，因此該礦床為硬水鋁石型鋁土礦。硬水鋁石在半土狀鋁土礦中含量最高，達82%～93%，其自形程度好，呈柱狀或板狀晶體，透明度良好；在碎屑狀鋁土礦中，硬水鋁石 56%～89%，系由粒狀、板柱狀硬水鋁石所組成；在豆鮞狀鋁土礦中，硬水鋁石 56%～78%，在電鏡下呈細小板條狀；在致密狀鋁土礦中，硬水鋁石較低，一般53%～65%，粒度＜0.005mm，即呈細小的粒狀。各種類型鋁土礦的晶間孔、豆鮞粒核心見有自形程度高、粒度大（0.75～1.00mm）的硬水鋁石晶簇產(chǎn)出。

2.2 伊利石

無色、白色和綠色，單斜晶系，鱗片狀（圖版3），個別蠕蟲狀。薄片中無色透明，部分淡綠，平行和近于平行消光，正延性，干涉色一級橙黃—二級藍。伊利石在鋁土礦中含量1%～10%，粒度0.005～0.03mm。致密狀鋁土礦中，伊利石含量較高；碎屑狀鋁土礦中，有碎屑由伊利石組成，膠結(jié)物中也有部分伊利石；豆鮞狀鋁土礦中，有豆鮞粒由硬水鋁石和伊利石組成，膠結(jié)物中也有部分伊利石分布；在半土狀鋁土礦中，伊利石含量較低。差熱分析顯示（圖2），50℃～100℃區(qū)間出現(xiàn)一個吸熱谷，示吸附水脫失；在500℃～600℃之間的吸熱效應(yīng)，示結(jié)構(gòu)水脫失。

伊利石是含礦巖系基底頁巖中的主要礦物，也是沉積型粘土巖及風化型粘土巖中的重要礦物。X射線衍射分析，伊利石在基底頁巖中的結(jié)晶度指數(shù)為12.38，屬2M型；在風化型粘土巖及鋁土礦中為3.66～5.56，屬1M型。伊利石EDAX分析，Al2O3含量為30.569%～39.101%。

2.3 高嶺石

表2 硬水鋁石晶胞參數(shù)表

圖1 硬水鋁石差熱曲線圖③貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(陳有能,李加澍等).貴州遵義—息烽鋁土礦沉積區(qū)含鋁巖系劃分對比及物質(zhì)組成初步研究.1986

三斜晶系，常呈粒狀、片狀及蠕蟲狀。粒度0.001～1.85mm。薄片中無色透明，干涉色一級灰至白色，為鋁土礦中常見礦物，含量1%～3%，個別達10%。在致密狀鋁土礦中高嶺石含量較高；在半土狀鋁土礦中含量較低；在碎屑狀鋁土礦中，有的碎屑由高嶺石組成，膠結(jié)物中也有部分高嶺石分布；在豆鮞狀鋁土礦中，有的豆鮞粒內(nèi)和膠結(jié)物中均有少量高岒石分布（圖版4）。高嶺石的能譜分析結(jié)果表明，Al2O3的含量為45.119%（表3），明顯高于伊利石。高嶺石的紅外吸收光譜曲線特征詳見表4和圖3。經(jīng)X衍射測試，高嶺石結(jié)晶程度完好，其結(jié)晶度指數(shù)為0.791。

圖2 伊利石差熱曲線圖

圖3 伊利石加高嶺石紅外吸收光譜圖

高嶺石廣泛分布于風化型和沉積型粘土巖之中。在風化型粘土巖內(nèi)高嶺石的含量自下而上逐漸增高，說明高嶺石是在風化條件下，系由基底頁巖中的伊利石經(jīng)去鉀脫硅形成的新生礦物，這可從海相頁巖中尚未發(fā)現(xiàn)高嶺石得到證實。

2.4 蒙脫石

呈微晶集合體，無色透明，折光率低。根據(jù)差熱曲線（圖4）和X粉晶分析確定其存在（表5）。

2.5 地開石

根據(jù)X射線衍射分析結(jié)果，地開石偶見于鋁土礦石中（圖5）。

表3 高嶺石能譜分析數(shù)據(jù)表 ωB/%

圖4 蒙脫石加伊利石差熱曲線圖

表4 伊利石加高嶺石紅外吸收光譜分析數(shù)據(jù)表

表5 蒙脫石X射線粉晶分析數(shù)據(jù)表

圖5 地開石X射線衍射圖④貴州省地礦局科研所.黔北鋁土礦成礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律.1989.

2.6 綠泥石

單斜晶系，常呈片狀、放射狀和粒狀，粒度 0.005～0.313mm。呈綠色者具明顯的異常干涉色；呈褐色者干涉色被其顏色所掩蓋。不同類型鋁土礦礦石中，綠泥石含量各異，一般5%～10%，少數(shù)3%～5%，個別25%～30%，主要偏集于高鐵鋁土礦及綠泥石粘土巖中（圖版5）。X射線衍射、粉晶分析確定有鮞綠泥石、鐵綠泥石和鱗綠泥石等。

1）鮞綠泥石，鮞狀或粒狀集合體，構(gòu)成環(huán)帶欠完整的鮞粒，具異常干涉色。

2）鐵綠泥石，片狀集合體，褐色。在鋁土礦中成為豆鮞?；蛩樾贾g的基質(zhì)；在粘土巖中富集成綠泥石粘土巖。常與硬水鋁石或粘土礦物混雜，其含量較多。

2.7 褐鐵礦

薄片中不透明，反射光下呈褐色，多呈粒狀（圖版 6）和不規(guī)則形狀，其粒度為 0.019～0.222mm。在碎屑狀和豆鮞狀鋁土礦中，有少量碎屑，豆鮞粒和膠結(jié)物中有褐鐵礦分布。含量一般為 1%～5%，少數(shù)15%～20%。

2.8 水針鐵礦

斜方晶系，常呈脈狀分布，鏡下呈淡黃褐色和橙紅色。僅在個別薄片中見及，含量甚微。

2.9 赤鐵礦

三方晶系，集合體為塊狀、鮞狀和放射狀，均由片狀、鱗片狀晶體構(gòu)成，粒度 0.01～0.02mm。薄片中不透明，透射光下呈紅色或橙紅色，反射光下呈鐵黑色。主要分布于高鐵鋁土礦中（圖版7），含量5%～10%，個別達25%。

2.10 磁鐵礦

來生信念量表(Belief in Afterlife Scale，BA量表)(Osarchuk & Tatz，1973)，旨在測量“個體對肉體死亡后生命仍以某種形式繼續(xù)存在的相信程度”，量表中的條目測量個體相信死后生命存在的程度。共20個條目，采用5點Likert式評分，其中13個條目為反向計分。得分越高，說明被試的來生信念越強，越相信死后生命繼續(xù)存在(Bering, 2002)。

等軸晶系，呈八面體或菱形十二面體，常呈不規(guī)則粒狀，粒度0.1～1.76mm。半金屬光澤，具強磁性。切片中不透明，反射光下呈鐵黑色。在薄片中偶見磁鐵礦構(gòu)成碎屑或豆鮞粒的核心，含量甚微。

2.11 黃鐵礦

等軸晶系，常見晶形呈立方體，其次為五角十二面體，有時粒狀，其粒度為0.019～0.13mm。色呈淺黃色，具強金屬光澤。黃鐵礦主要賦存在溶坑（洼）沉積型鋁土礦和粘土巖中（圖版8），呈星點狀、條帶狀或結(jié)核狀產(chǎn)出。局部地段黃鐵礦富集成透鏡狀礦體。

2.12 銳鈦礦

四方晶系，呈雙錐狀、板狀、粒狀和粒狀集合體，粒度一般為 0.005～0.0498mm，集合體的粒度0.051～0.175mm，個別粒度最大者可達1.484mm。鏡下呈無色、藍色、綠黃褐色，多色性明顯，干涉色高。金剛光澤，硬度大。在鋁土礦中分布普遍，含量一般在1%左右，多呈星散狀分布，個別呈孔隙充填和細脈狀產(chǎn)出，系風化環(huán)境中的自生礦物。

2.13 金紅石

四方晶系，常呈柱狀、板狀及次棱角狀—次圓狀，粒度0.02～0.20mm。顏色為暗紅、紅和桔紅色，具金剛光澤。是基底頁巖中耐風化的殘留礦物，在鋁土礦中分布較普遍，其含量小于1%。

2.14 白鈦石

棕、橙黃及淺灰色，呈粒狀或圓狀，粒度 0.04～0.20mm。在鋁土礦人工重砂中偶見，含量甚微。

2.15 板鈦礦

斜方晶系，呈菱形（橫切面）厚板狀自形晶，粒度0.06～0.10mm。在鋁土礦人工重砂中罕見。系風化環(huán)境中的自生礦物。

2.16 方解石和白云石

均為三方晶系，礦物粒度一般為1.85～4.36mm，部分為0.222～0.352mm。薄片中無色透明，為高級白干涉色。在鋁土礦中分布極少，僅在個別薄片中見到礦石碎屑或鮞粒的核心由碳酸鹽礦物組成，礦石膠結(jié)物中偶見微量方解石和白云石。

2.17 鋯石

圖版：1—板、柱狀硬水鋁石，電鏡，×14000；2—柱狀硬水鋁石，電鏡，0.58 ×5000；3—低鐵鋁土礦中的伊利石（灰白色），單偏光，×50；4—高鐵鋁土礦中的高嶺石，由硬水鋁石、鮞綠泥石和高嶺石等組成鮞粒、砂屑，粒級懸殊，分布雜亂，單偏光，×40；5—高鐵鋁土礦中的綠泥石，六方柱狀晶體為綠泥石礦物，電鏡，×14000；6—低鐵鋁土礦中的褐鐵礦（黑色），單偏光，×66；7—高鐵鋁土礦中的赤鐵礦（黑色），單偏光，×50；8—高硫鋁土礦中的黃鐵礦，電鏡，0.58×600

四方晶系，晶體呈四方雙錐的聚形，有時呈短柱狀或長柱狀。以次圓—次棱角狀為主，粒度長0.0774～0.1389mm、寬0.0301～0.0323mm。薄片中無色，四級干涉色。在鋁土礦中分布普遍，但含量極少。

2.18 電氣石

三方晶系，晶體呈短至長柱狀。顏色為綠、黑、藍色。大小不等，顆粒大者呈圓狀；較小者呈次棱角狀，自身為復三方柱狀，長0.0258～0.0688mm、寬0.0344～0.0559mm。多色性顯著，干涉色常被綠色掩蓋。在鋁土礦中含量甚少。

2.19 磷灰石

六方晶系，呈六方柱狀或柱狀集合體。色白、淡綠色，一級灰干涉色。在鋁土礦中含量甚微，僅在川主廟礦段內(nèi)一件樣品中見及。

2.20 炭質(zhì)和有機質(zhì)

黑色，呈粉末鱗片狀、云霧狀或發(fā)絲狀產(chǎn)于鋁土礦中，其含量一般小于2%，局部大于5%時則形成含炭質(zhì)或炭質(zhì)鋁土礦[7]。

3 礦物組合特征

圖6 鋁土礦Al2O3與Ga散點及回歸直線圖⑤據(jù)仙人巖100件組合樣品

3.1 高鐵低硫型鋁土礦石

礦石以中低鋁（Al2O345%～62%）、高鐵（Fe2O3＞15%）、低硫（TS≤0.7%）、中低鋁硅比（2.7～6.9）為其特征。礦物組合為硬水鋁石—氧化鐵礦物—綠泥石—粘土礦物。其中，硬水鋁石含量53%～73%，褐鐵礦含量一般為3%～5%，少數(shù)15%～20%，赤鐵礦一般為5%～10%，個別達25%，綠泥石含量一般為5%～10%，個別25%～30%，伊利石1%～10%，高嶺石一般為 1%～3%，個別 10%。相應(yīng)的礦石自然類型為碎屑狀、豆鮞狀和致密狀鋁土礦。礦石以紫紅色為主，習稱“紅礦”。這類礦石主要分布在仙人巖礦段內(nèi)，在川主廟礦段中僅零星見及。這類礦石經(jīng)貴陽鋁鎂設(shè)計研究院采用拜耳法作詳細可溶性試驗，氧化鋁相對溶出率為93.01%～93.12%；實際溶出率80.02%～80.13%，溶出性能良好，赤泥沉降壓縮性能良好。

3.2 低鐵低硫型鋁土礦石

礦石以高鋁（Al2O362%～79%）、低鐵（Fe2O3≤15%）、低硫（TS≤0.7%）、高鋁硅比（7～12）為其特征。礦物組合為硬水鋁石—高嶺石—伊利石。其中，硬水鋁石含量一般為 82%～90%，最低 73%，最高達93%，伊利石含量為1%～5%，高嶺石1%～2%，綠泥石3%～5%，褐鐵礦1%～2%。相應(yīng)的礦石自然類型以半土狀鋁土礦為主，其次為碎屑狀鋁土礦。礦石常呈灰白、淺灰色，習稱“白礦”。在川主廟礦段內(nèi)，以低鐵型鋁土礦為主；在仙人巖礦段中，低鐵型礦石則占次要地位。這類礦石經(jīng)貴陽鋁鎂設(shè)計研究院采用拜耳法作詳細可溶性試驗，氧化鋁相對溶出率為94.08%～94.60%；實際溶出率82.98%～83.33%，溶出性能和赤泥沉降性能良好。

3.3 低鐵高硫型鋁土礦石

礦石以高鋁（Al2O360%～72%）、低鐵（Fe2O3≤15%）、高硫（TS＞0.7%）、高鋁硅比（7～10）為其特征。礦物組合為硬水鋁石—高嶺石—伊利石—黃鐵礦。其中，硬水鋁石含量為72%～85%，伊利石1%～10%，高嶺石1%～3%，綠泥石1%～5%，黃鐵礦≥1.5%，＜20%。顏色一般為淺灰色，有時還富含炭質(zhì)而成為灰黑色炭質(zhì)高硫鋁土礦。相應(yīng)的礦石自然類型為半土狀或碎屑狀鋁土礦。高硫型鋁土礦的分布有其局限性，僅分布于川主廟礦段的深部礦體中。這類礦石常與黃鐵礦層、炭質(zhì)頁巖共生，偶夾劣質(zhì)煤層。

4 伴生鎵的賦存狀態(tài)

根據(jù)30件單件樣品和100件組合樣品分析，鎵在鋁土礦石中平均含量為0.0098%，其中高鐵型鋁土礦石平均含鎵0.009 3%；低鐵型鋁土礦石平均含鎵0.010 3%，均超出鎵的綜合利用工業(yè)指標—0.002%[10]。Al2O3與Ga呈正相關(guān)（圖6），其相關(guān)系數(shù)為0.41～0.48。鎵的品位變化系數(shù)為16%，說明鎵在鋁土礦中含量分布均勻穩(wěn)定。又據(jù)單礦物分析，鎵在硬水鋁石中的含量為0.023%，在高嶺石中的含量為0.0087%；在綠泥石中的含量為0.005%，在伊利石中的含量＜0.001%。經(jīng)多種測試手段，尚未發(fā)現(xiàn)鎵的單獨礦物，鑒于鎵與鋁的地球化學參數(shù)頗相類似，因此，說明鎵是呈分散狀態(tài)主要賦存于硬水鋁石中，其次存在于粘土礦物之中。根據(jù)鋁土礦詳細可溶性試驗（4件），鎵可以順便回收利用，從而提高了仙人巖鋁土礦床綜合利用的工業(yè)價值。其中，仙人巖礦段求獲鎵的金屬儲量為1 490.70t，屬中型礦床規(guī)模，具有可觀的綜合開發(fā)利用前景[11]。

5 礦床類比

筆者認為，遵義仙人巖鋁土礦與山東淄博“G”層鋁土礦[6]頗相類似（表6），雖然二者成礦時代有先有后、礦物成分大同小異，但就礦床類型而言：二者均屬“一水硬鋁石（硬水鋁石）型沉積鋁土礦床”。

表6 遵義仙人巖鋁土礦與山東淄博“G”層鋁土礦[6]對比表

致謝：本文在撰寫過程中，承蒙我隊總工程師李沛剛提出寶貴意見，在此深表感謝。

[1] 朱永紅, 朱成林. 遵義鋁土礦（帶）找礦模式及遠景預測[J].地質(zhì)與勘探, 2007, 43（5）:23～28.

[2] 中國地質(zhì)科學院成礦遠景區(qū)劃室. 成礦預測論文集[C]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1991:134～139.

[3] 劉文凱. 遵義后槽鋁土礦床礦體的環(huán)狀分帶及其形成機理[J]. 貴州地質(zhì), 1991, 8（3）:203～216.

[4] 殷科華. 遵義后槽鋁土礦的礦物學特征 [J]. 地質(zhì)與勘探, 2009, 45（3）:273～279.

[5] 中國礦床發(fā)現(xiàn)史綜合卷編委會. 中國礦床發(fā)現(xiàn)史·綜合卷[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2001:488～489.

[6] 王翠芝, 肖榮閣, 賈琇明, 等. 山東淄博鋁土礦地質(zhì)特征及成礦作用[J]. 地質(zhì)與勘探, 2005,41（5）:34～37.

[7] 李加澍. 遵義鋁土礦中一水硬鋁石的礦物學特征[J]. 貴州地質(zhì), 1991,8（3）:217～226.

[8] 汪生杰, 陳有能, 楊文會. 貴州遵義鋁土礦掃描電鏡、電子探針及X射線衍射研究[J] .礦物巖石, 1987, 7（4）:18～24.

[9] 劉克云. 黔中鋁土礦中主要礦物的超顯微特征[J]. 貴州地質(zhì), 1986,3（3）:232～239.

[10] 全國礦產(chǎn)儲量委員會辦公室. 礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊[M]. 北京: 地質(zhì)出版社,1987:55～61.

[11] 劉平. 貴州鋁土礦伴生鎵的分布特征及綜合利用前景—九論貴州之鋁土礦[J]. 貴州地質(zhì),2007,24（2）:90～96.

Study of t he M ineralogy of the Xianrenyan Bauxite Deposit in Zunyi

ZHU Yong-hong, YIN Ke-hua, Li Jia-shu and ZHU Cheng-lin
(No.106 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and M ineral Exploration & Development, Zunyi, Guizhou 563000)

This paper deals w ith mineralogy of diaspore, illite, kaolinite, chlorite, hematite and pyrite from the Xianrenyan bauxite deposit in Zunyi, Guizhou based on thin section observation, differential thermal and EMP analyses, SEM and so on. The study indicates that the Xianrenyan bauxite deposit may be correlated to the Zibo bauxite deposit in Shandong.

bauxite deposit; mineralogical features; Xianrenyan; Zunyi, Guizhou

P618.45

A

1006-0995（2014）01-0033-06

2013-01-09

朱永紅(1968-)，男，重慶人，高級工程師，從事地質(zhì)、測繪和計算機應(yīng)用工作