赤泥中的三稀礦產(chǎn)資源綜合評(píng)價(jià)
——以桂西地區(qū)為例

高　攀，張佳莉，張青偉，陽(yáng)純龍，黎修旦，繆秉魁，皮橋輝，李社宏（.桂林理工大學(xué) a.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林　54004；.中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院，南寧　500；.廣西壯族自治區(qū)國(guó)土資源廳，南寧　5008）

赤泥中的三稀礦產(chǎn)資源綜合評(píng)價(jià)
——以桂西地區(qū)為例

高攀1，張佳莉1，張青偉1，陽(yáng)純龍2，黎修旦3，繆秉魁1，皮橋輝1，李社宏1
（1.桂林理工大學(xué) a.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004；2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院，南寧530022；3.廣西壯族自治區(qū)國(guó)土資源廳，南寧530028）

對(duì)桂西不同鋁業(yè)公司赤泥中三稀元素含量的分布特征及三稀資源狀況的調(diào)查表明，赤泥中Ga、Sc、Zr、Hf、Nb、Ta和輕、重稀土元素的含量，與原礦相比均有不同程度的富集，與風(fēng)化殼型礦床的相關(guān)工業(yè)指標(biāo)相比，均達(dá)到了綜合回收的要求。按照目前桂西各大鋁業(yè)公司庫(kù)存赤泥總量4 000萬(wàn)t計(jì)，可得輕稀土的資源量為3.21萬(wàn)t，重稀土資源量為1.49萬(wàn)t，鎵資源量為2 494.8 t，鈧也具有巨大的資源潛力。

稀散元素；稀有元素；稀土元素；赤泥；礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)；桂西

桂西鋁土礦中除了豐富的鋁資源之外，還伴（共）生有多達(dá)16種以上的有用組分［1-5］，這些元素雖然尚未達(dá)到圈出獨(dú)立礦體的富集程度，但其儲(chǔ)量卻不容忽視。以平果鋁土礦為例，除鐵達(dá)到中型礦床外，鎵、鈦、鈧、鉭、稀土等的儲(chǔ)量在那豆、太平和教美礦區(qū)均達(dá)到了大型礦床規(guī)模［6］。這些伴（共）生元素如果能綜合回收60%，其利用價(jià)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁土礦本身［7］。但由于長(zhǎng)期以來(lái)的粗放型開(kāi)采，致使其中大部分有用元素都被殘留在尾礦赤泥之中，造成資源的極大浪費(fèi)。本次工作對(duì)桂西平果、靖西、德保3家知名鋁業(yè)公司存放赤泥中的稀有、稀散、稀土元素的含量和分布規(guī)律進(jìn)行了分析，并對(duì)赤泥中三稀礦產(chǎn)資源潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為鋁土礦的綜合開(kāi)發(fā)利用提供必要的理論依據(jù)。

1　樣品的采集與分析方法

本次工作共采集赤泥樣品24件。其中，平果鋁業(yè)公司1號(hào)赤泥庫(kù)14件 （含2套沉積柱樣品），2號(hào)和3號(hào)赤泥庫(kù)各2件；德保鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)2件和靖西鋁業(yè)公司新、老赤泥庫(kù)各2件。平果鋁業(yè)公司主要開(kāi)采平果礦區(qū)堆積型鋁土礦，靖西鋁業(yè)公司主要開(kāi)采靖西地區(qū)堆積型鋁土礦，德保鋁業(yè)公司主要開(kāi)采德保地區(qū)堆積型鋁土礦。

所采集樣品均送往國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)試分析。大部分微量和稀土元素使用等離子質(zhì)譜（X-series）檢測(cè)，檢測(cè)方法依據(jù)《電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜方法通則》（DZ/T 0223—2001）；Se和Te采用原子熒光光譜儀分析，檢測(cè)依據(jù)為《1 ∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及地球化學(xué)普查樣品分析方法及質(zhì)量管理指導(dǎo)性規(guī)程》（DZG 20.10—1990）；B主要使用等離子光譜（IRIS）分析，檢測(cè)依據(jù)為《電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜方法通則》（JY/T 015—1996）；而 Ga主要使用 X熒光能譜儀（Xlab2000）測(cè)試，檢測(cè)方法依據(jù)《波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜方法通則》（JY/T 016—1996）。

微量元素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、稀土元素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

2　結(jié)果與討論

為便于研究對(duì)比，表3列出了桂西地區(qū)鋁土礦精礦三稀元素含量，以及各赤泥庫(kù)中赤泥的三稀元素含量統(tǒng)計(jì)值。

2.1稀有和稀散元素含量特征

由表1可以看出，桂西三大鋁業(yè)公司所排放赤泥中微量元素的含量總體可分為5類：

①平均含量在1 000×10-6以上者，主要有Cr 和Zr，平均含量分別為1 409×10-6和2 391× 10-6，高出地殼克拉克值十幾倍。將 Zr換算成ZrO2的平均含量為3 230×10-6，已經(jīng)超出了風(fēng)化殼礦床中Zr的邊界品位（0.3%）［8］。

②平均含量在（500～100）×10-6者，主要有V、Nb、S、Sc、As和 Pb，其平均含量分別為446.71×10-6、309.38×10-6、138.86×10-6、107.45×10-6、214.86×10-6和144.46×10-6。其中，Nb換算成 Nb2O5的平均含量為 442.57× 10-6，超出風(fēng)化殼型礦床中Nb的最小工業(yè)品位（0.016% ～0.020%）［8］的2倍以上。Sc也超過(guò)了國(guó)外最高工業(yè)回收指標(biāo)（20～50）×10-6［6］的2倍以上。

③平均含量在（100～50）×10-6者，主要有Ga、Li、Hf、Ba、Co、Cu、Ni和Zn，其平均含量分別為 62.37×10-6、47.35×10-6、80.50× 10-6、65.50×10-6、54.01×10-6、76.58×10-6、100.07×10-6和79.20×10-6。其中，Ga的含量超出鋁土礦中伴生礦最低工業(yè)指標(biāo)（0.01% ～0.02%）［8］的3倍以上；Hf的含量高出地殼克拉克值［9］的50多倍，也具有極大的綜合利用價(jià)值。

表3　桂西地區(qū)鋁土礦精礦及主要鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中稀土、稀有、稀散元素平均含量特征Table 3　Average contents of rare earth，rare metal and rare-scattered elements in bauxite concentrate and red mud from the major aluminium companies in western Guangxi　wB/10-6

④平均含量在（50～10）×10-6者，主要有Ta、B、Sb和 Sn，其平均含量分別為 21.05× 10-6、22.50×10-6、31.46×10-6和33.61×10-6。其中，Ta含量為（11.9～28.3）×10-6，高出地殼克拉克值［9］的13倍之多，具有綜合回收利用的價(jià)值。

⑤平均含量小于10×10-6者，主要有Ge、Be、Bi、Cd、Mo、Se、In、W、Tl和Te，其平均含量分別為3.73×10-6、9.24×10-6、4.12×10-6、2.70× 10-6、8.02×10-6、1.87×10-6、1.49×10-6、9.88 ×10-6、0.46×10-6和0.43×10-6。

2.2稀土元素含量特征

由表2、表3可知，平果1號(hào)赤泥庫(kù)中14個(gè)樣品的稀土總量（∑REE）為（1 045.94～1 588.29）× 10-6，平均含量為1 261.76×10-6。其中，輕稀土（LREE）含量為（738.04～1 035.29）×10-6，平均含量為851.53×10-6，換算成氧化物（REO）含量為1 024.11×10-6，達(dá)到了風(fēng)化殼型稀土礦最低工業(yè)品位（0.10%）［8］。重稀土（HREE）含量為（307.90～553.00）×10-6，平均含量為410.23× 10-6，換算成氧化物含量499.84×10-6，達(dá)到了風(fēng)化殼型稀土礦的邊界品位（0.05%）［8］；輕、重稀土比值（L/H）為1.78～2.40，平均值為2.08。

平果2號(hào)赤泥庫(kù)2個(gè)樣品的∑REE平均含量925.54×10-6，其中LREE換算成氧化物含量為743.98×10-6，達(dá)到了風(fēng)化殼型稀土礦的邊界品位；HREE換算成氧化物的含量為373.59×10-6，尚未達(dá)到風(fēng)化殼型稀土礦的邊界品位。

平果3號(hào)赤泥庫(kù)2個(gè)樣品的∑REE、LREE和HREE含量與1號(hào)赤泥庫(kù)無(wú)明顯差別。

德保鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中2個(gè)樣品的∑REE換算成氧化物的平均含量為1 611.82×10-6，LREE換算成氧化物的平均含量為 1 106.77×10-6，HREE換算成氧化物的平均含量為505.05×10-6?？傮w上與平果鋁業(yè)公司1號(hào)和3號(hào)赤泥庫(kù)中稀土含量的差別不大。

靖西鋁業(yè)公司2個(gè)赤泥庫(kù)中稀土含量低于平果1號(hào)赤泥庫(kù)和3號(hào)赤泥庫(kù)及德保鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)，但高于平果2號(hào)赤泥庫(kù)。新、老赤泥庫(kù)之間稀土含量無(wú)明顯差別。LREE含量換算成氧化物也基本達(dá)到了風(fēng)化殼型稀土礦的最低工業(yè)品位，而HREE換算成氧化物的含量達(dá)到了風(fēng)化殼型鋁土礦的邊界品位。

圖1　桂西主要鋁業(yè)公司赤泥中三稀金屬元素含量相對(duì)于地殼豐度富集變化規(guī)律 （地殼豐度值引自文獻(xiàn)［8］）Fig.1　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to the crust abundance in the major aluminium companies，western Guangxi

2.3赤泥中三稀元素的富集規(guī)律

在氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中，桂西鋁土礦中絕大多數(shù)的伴生有用組分在赤泥中均能得到不同程度的富集，但各種元素的富集情況有所不同。在這里僅討論赤泥中具有綜合利用價(jià)值的三稀金屬元素。從圖1可以看出，相對(duì)于地殼中元素豐度值，桂西三大鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中的稀有和稀散元素Ga、Zr、Hf、Nb、Ta富集非常明顯，Zr、Hf、Nb、Ta的富集倍數(shù)均在10倍以上，而Hf的富集系數(shù)甚至達(dá)到了50倍以上。此外，Sc元素相對(duì)地殼豐度值的富集系數(shù)達(dá)到了幾千倍。赤泥中稀土元素相對(duì)地殼豐度值也有明顯的富集趨勢(shì)（圖1），富集系數(shù)大于5的有La、Ce、Pr、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y，其中Tm富集系數(shù)達(dá)到了15倍以上；Ce、Dy、Er、Yb的富集系數(shù)也在10以上。如果將稀土元素按照三分法進(jìn)行分類 （輕稀土為L(zhǎng)a—Nd，中稀土為Sm—Ho，重稀土為Er—Lu），則顯示輕、重稀土富集強(qiáng)度較高，而中稀土富集程度相對(duì)較低。

與用于氧化鋁生產(chǎn)的精礦相比（圖2），Ga、Zr、Hf在赤泥中的富集系數(shù)相對(duì)較低；Sc、Nb和Ta富集較為明顯，均達(dá)到了10倍或更高值，德保鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)Nb和Ta的富集系數(shù)明顯高于靖西鋁業(yè)公司赤泥庫(kù) （圖2a）。與精礦相比，赤泥中稀土元素除了Ce以外，其他元素的富集系數(shù)均在4以上。稀土元素在不同赤泥庫(kù)間的富集情況變化也比較大：在德保鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中各元素的富集系數(shù)相對(duì)比較穩(wěn)定，多數(shù)為6左右；在靖西鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中，從輕稀土到重稀土呈逐漸升高的趨勢(shì)，從Dy→Y，各元素的富集系數(shù)均在10以上（圖2b）。

綜上所述，在桂西地區(qū)平果鋁業(yè)公司、德保鋁業(yè)公司和靖西鋁業(yè)公司的赤泥庫(kù)中，三稀金屬元素的含量與地殼克拉克值相比，其富集規(guī)律在不同鋁業(yè)公司之間無(wú)明顯差別，但與精礦相比，各元素在不同赤泥庫(kù)中富集規(guī)律差別較大，可能是由不同鋁業(yè)公司的氧化鋁生產(chǎn)方式不同所導(dǎo)致。在綜合回收利用時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

圖2　桂西主要赤泥庫(kù)赤泥中三稀金屬元素含量相對(duì)于精礦的富集變化規(guī)律Fig.2　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to bauxite concentrate in the major aluminium companies，western Guangxi

3　赤泥中三稀礦產(chǎn)資源綜合評(píng)價(jià)

我國(guó)鋁土礦中的伴生有用組分資源潛力巨大，但已被投入工業(yè)利用的并不多。目前仍是以鎵的綜合利用最為廣泛，主要從鋁土礦生產(chǎn)的循環(huán)母液中回收。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上90%的鎵都來(lái)自煉鋁工業(yè)，關(guān)于鋁土礦中鎵的提取技術(shù)已較為成熟，主要有石灰乳法、萃取法和汞齊電解法［10-12］，最高回收率可達(dá)94%。

鋁土礦中伴生的鈧、鈮、鉭、鋯、鉿、稀土等有用組分主要?dú)埩粼跓掍X工業(yè)尾礦——赤泥中。據(jù)現(xiàn)階段研究成果，采用酸或堿浸取的方法難以提取這些元素，配合以不同的赤泥預(yù)處理方法和萃取劑有可能取得良好的效果，但會(huì)增加回收利用成本，所以目前工業(yè)上暫未采用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如果能夠?qū)ふ业揭惶缀侠淼木C合利用方法，赤泥中蘊(yùn)含的資源及潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值將為鋁土礦的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)新的活力。

3.1稀土的資源潛力分析

在氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中，強(qiáng)堿狀態(tài)下稀土離子被定量地轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥翚溲趸?，脫水后便生成稀土氧化物凝膠，干燥后變成氧化物分散在赤泥中。前人對(duì)赤泥中稀土的物相進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明赤泥中的稀土并不是離子吸附型的，也不存在于新形成的鋁硅酸鹽礦物相中，而主要以類質(zhì)同象的形式分散于鋁土礦及其副礦物金紅石、鈦鐵礦、銳鈦礦、鋯英石、獨(dú)居石中［13-14］。桂西三大鋁業(yè)公司赤泥中輕稀土元素的平均含量為801.64×10-6，重稀土平均含量為372.26×10-6。按照桂西三大鋁業(yè)公司目前總赤泥庫(kù)存量約4 000 萬(wàn)t計(jì)算，桂西鋁土礦的赤泥中輕稀土的潛在資源量為3.21萬(wàn)t，重稀土資源量為1.49萬(wàn)t，具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。

3.2鎵的資源潛力分析

鋁土礦中，鎵與鋁主要以類質(zhì)同象的形式存在于鋁礦物中［14］。一般鋁土礦中鎵的含量達(dá)到20 ×10-6即可進(jìn)行綜合回收［8］。桂西三大鋁業(yè)公司赤泥中鎵元素的平均含量達(dá)62.37×10-6，按三大鋁業(yè)公司目前總赤泥庫(kù)存量約4 000萬(wàn)t計(jì)算，其伴生的鎵資源量為2 494.8 t。按回收率50%，國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格以440美元/kg計(jì)算，可回收資金5.49億美元，經(jīng)濟(jì)效益十分巨大。

3.3鈧的資源潛力分析

目前，全世界的鈧資源量約200萬(wàn) t，其中90%～95%賦存于鋁土礦、磷塊巖及鐵鈦礦石中，我國(guó)鈧資源非常豐富，其中鋁土礦床和磷塊巖礦床占優(yōu)勢(shì)，鈧資源量約29萬(wàn)t，占所有鈧礦類型總儲(chǔ)量的51%，其含量一般是世界鋁土礦平均含量 （按Sc2O3為38×10-6）的1～4倍，可能成為我國(guó)鈧的重要礦床和主要來(lái)源［15］。雖然鈧在鋁土礦中含量如此豐富，但在目前的氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，卻未見(jiàn)回收利用，而是殘留在赤泥之中。桂西鋁土礦中，鈧不僅分布普遍，而且含量巨大，特別是在赤泥中，通過(guò)進(jìn)一步富集，平均含量達(dá)到了107.91×10-6。

3.4鋯鉿鈮鉭的資源潛力分析

我國(guó)鋁土礦中普遍含有鋯石［13，16-17］，在氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中，由于鋯石性質(zhì)比較穩(wěn)定，一般仍以鋯石的形式堆積于赤泥中。桂西堆積型鋁土礦中Zr的含量為1 353×10-6，換算成氧化鋯含量為1 827×10-6，而赤泥中含量更高，換算成氧化鋯含量為3 230×10-6，與風(fēng)化殼礦床中Zr的邊界品位 （ZrO2為0.3%）［8］相比，赤泥中氧化鋯完全可以進(jìn)行綜合利用。按照桂西三大鋁業(yè)公司赤泥庫(kù)中赤泥含量為4 000萬(wàn)t計(jì)算，其中氧化鋯的儲(chǔ)量約為12.92萬(wàn)t，資源潛力巨大。

Nb和Ta均為典型的親石元素，地球化學(xué)性質(zhì)也極為相似，因而在地球化學(xué)作用過(guò)程中，二者常伴生在同一礦物中。桂西地區(qū)鋁土礦尾礦赤泥中鈮含量較高，Nb2O5平均含量為 442.57× 10-6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了工業(yè)利用的品位，儲(chǔ)量巨大。

總之，桂西鋁土礦赤泥中的伴生有用組分資源潛力巨大，但已被投入工業(yè)利用的并不多。如果能夠?qū)ふ业揭惶缀侠淼木C合利用方法，在氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中綜合回收利用稀散稀土元素的經(jīng)濟(jì)效益將不亞于生產(chǎn)氧化鋁的效益，同時(shí)也可降低環(huán)境污染，使得赤泥中的資源及潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到綜合利用。

4　結(jié)論

（1）桂西三大鋁業(yè)公司的赤泥中Ga、Sc、 Zr、Hf、Nb、Ta和稀土元素的含量，與原礦相比均有不同程度的富集，回收潛力巨大。其中，Ga的含量超出鋁土礦中伴生礦最低工業(yè)指標(biāo)3倍以上，Nb和Sc均超出最小工業(yè)品位2倍以上，輕稀土和重稀土的含量分別達(dá)到了風(fēng)化殼型礦床的最低工業(yè)品位和邊界品位。

（2）按照目前桂西三大鋁業(yè)公司庫(kù)存赤泥總量4 000萬(wàn)t計(jì)，可得到輕稀土資源量為3.21萬(wàn)t，重稀土資源量為1.49萬(wàn)t，鎵資源量為2 494.8 t，鈧也具有巨大的資源潛力。

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Mineral resource synthesis evaluation of rare earth，rare metal and rare-scattered elememts from red mud —A case study from western Guangxi

GAO Pan1，ZHANG Jia-li1，ZHANG Qing-wei1，YANG Chun-long2，LI Xiu-dan3，MIAO Bing-kui1，PI Qiao-hui1，LI She-hong1
（1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration；b.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；2.Guangxi Geological Exploration Institute，China Metallurgical Geology Bureau，Nanning 530022，China；3.Department of Land and Resources of Guangxi，Nanning 530028，China）

According to the distribution and characteristics of the rare earth，rare metal and rare-scattered elements in red mud from different aluminum companies in western Guangxi，the content of Ga，Sc，Zr，Hf，Nb，Ta，and the light and heavy rare earth elements in red mud has different degrees of enrichment compared with the original ores.It reaches the requirement of comprehensive recovery according to the related industrial index of regolith type ore deposit.According to the amount of the current major aluminum companies'inventory，there are about 40 million tons red mud.It can get the light rare earth resources about 32 100 tons，heavy rare earth resources 14 900 tons and gallium 2 494.8 tons from the red mud.The scandium in red mud also has a great resource potential.

rare earth elements；rare metal elements；rare-scattered elements；red mud；evaluation of mineral resources；western Guangxi

TD98

A

1674-9057（2016）01-0144-09

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.020

2015-09-01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（1212011120354）；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014GXNSFBA118230）；廣西高校科研項(xiàng)目（YB2014155）

高攀 （1989—），男，碩士研究生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，1391233466@qq.com。

張青偉，博士，副教授，qingweizhang@glut.edu.cn。

引文格式：高攀，張佳莉，張青偉，等.赤泥中的三稀礦產(chǎn)資源綜合評(píng)價(jià)——以桂西地區(qū)為例［J］.桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（1）：144-152.