各類鈧礦床中鈧的賦存特征與研究前景

王佳媛，郭靜粉，袁志寶

（1.河北地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，石家莊 050031；2.河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000； 3.河北弘順安全技術(shù)服務(wù)有限公司，石家莊 050031）

鈧原子（Sc）的原子序數(shù)為21，其原子半徑為16.641 pm，屬于第三副族，與鈦、釩、鉻同屬過(guò)渡型元素[1-2]。鈧單質(zhì)通常為銀白色，質(zhì)地軟，易與酸發(fā)生作用，在空氣中很快會(huì)被氧化。

1 含鈧礦床類型及分布

研究表明，由于鈧特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，不同地區(qū)含鈧礦床的礦床類型和載鈧礦石各不相同[3-6]。美國(guó)的含鈧礦床主要有三種，即含鈾砂巖含鈧礦床、沉積型鈾鈧礦床、淋慮型磷酸鹽含鈧礦床，美國(guó)的科羅拉多高原、新墨西哥州安不羅斯湖區(qū)、猶他州等地都有含鈧礦床的分布。澳大利亞的含鈧礦床主要是老變質(zhì)雜巖中的鈾鈦磁鐵礦含鈧礦床，主要分布在南澳大利亞鐳山地區(qū)，Sc主要賦存在紅土鎳礦中。加拿大的含鈧礦床主要是碳酸巖型鈮鈧礦床，主要分布在安大略省和魁北科奧卡等地，Sc主要賦存在鈮鐵礦和與螢石礦相關(guān)的碳酸巖中。馬達(dá)加斯加和挪威的含鈧礦床主要是花崗偉晶巖型含鈧礦床，Sc的伴生礦床主要富鈧礦物是鐵硅鈧礦、鈮鉭酸鹽礦物、綠柱石、云母等；獨(dú)立鈧礦床主要是鈧釔礦和硅鈹釔礦。俄羅斯、烏克蘭的含鈧礦床類型主要有與Fe、Nb、Ta相關(guān)的偉晶巖、與超基性巖相關(guān)的偉晶巖、鈉長(zhǎng)石化花崗偉晶巖含鈧礦床、云英巖型含鈧礦床、矽卡巖型含鈧礦床、碳酸巖型含鈧礦床、沉積吸附型含鈧礦床，Sc主要賦存在鐵礦中。

我國(guó)對(duì)鈧礦的研究起步較晚，大多在研究其他礦床時(shí)從資源綜合利用的角度對(duì)鈧進(jìn)行分離提取研究。張濤石按照鈧礦床的成因和工業(yè)類型將鈧礦劃分為花崗偉晶巖型礦床、熱液型含鈧礦床、老變質(zhì)雜巖中的鈾鈦磁鐵礦含鈧礦床、風(fēng)化淋濾沉積型磷酸鹽礦床和沉積吸附型鈧礦床等五種類型，為我國(guó)鈧礦的研究奠定了基礎(chǔ)[7]。

2 鈧的賦存特征

由于鈧特殊的化學(xué)性質(zhì)，地殼中很少形成獨(dú)立的鈧礦，其多數(shù)為伴生礦床，但前人對(duì)Sc的賦存特征研究較少，僅從對(duì)某礦床資源綜合利用的角度對(duì)Sc的賦存方式進(jìn)行粗略的研究，缺少對(duì)Sc在成礦過(guò)程中的地球化學(xué)行為和富集機(jī)理的探討。

1987年，李久成認(rèn)為，稀土礦床往往伴生著鈧礦床，鈧常常賦存在尾礦中[8]。隨后，白云鄂博稀土礦床中發(fā)現(xiàn)了Sc。梁有彬認(rèn)為，鈧賦存在鈉輝石、鈉閃石、黑云母及磁鐵礦中[9-10]。李軍敏等人在對(duì)渝南大佛巖礦區(qū)鋁土礦的研究中發(fā)現(xiàn)，鋁土礦中含有鈧，并以類質(zhì)同象、離子吸附、超顯微非結(jié)構(gòu)混入物等三種方式賦存在鋯石碎屑中[11]。

1992年，呂憲俊發(fā)現(xiàn)超基性釩鈦磁鐵礦中也存在鈧的富集，首次對(duì)超基性雜巖體中的Sc進(jìn)行了研究，通過(guò)電子探針掃描沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鈧的富集，認(rèn)為釩鈦磁鐵礦中的鈧主要是類質(zhì)同象賦存在角閃石、輝石中，為后續(xù)的提取工作以及這類礦床中鈧的賦存提供了理論指導(dǎo)[12]。但是，他沒(méi)有進(jìn)一步探究鈧的地球化學(xué)遷移行為和富集規(guī)律。何益在呂俊賢的基礎(chǔ)上通過(guò)相關(guān)性分析、聚類分析等大數(shù)據(jù)分析手段對(duì)攀枝花中鈧的地球化學(xué)特征和富集規(guī)律進(jìn)行了探究，認(rèn)為鈧的富集程度與巖體的基性程度相關(guān)，這與呂俊憲認(rèn)為鈧賦存在暗色礦物中的結(jié)論相吻合[13]。

2016年，黃霞光對(duì)攀西釩鈦磁鐵礦中鈧的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，鈧的類質(zhì)同象規(guī)律表現(xiàn)為鎂-鐵-鈧之間等價(jià)相互替換[14]。隨后，李東育研究認(rèn)為，鈧主要富集在輝石巖中，從底部巖層到上部，鈧含量隨鐵礦石品位的增高而下降，因此認(rèn)為含有高品位鐵的巖體不利于鈧的富集，但沒(méi)有對(duì)鈧是否進(jìn)入晶體晶格深入探究[15]。

2018年，肖軍輝對(duì)川西鈧礦的賦存狀態(tài)進(jìn)行了較為完善的研究，他們通過(guò)電子探針掃描、化學(xué)分析、X-射線衍射、偏光顯微鏡等試驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行了詳細(xì)鑒定，最終認(rèn)為并不是所有的鈧都以吸附的方式吸附在蒙脫石滑石中，還有相當(dāng)一部分鈧以類質(zhì)同象的方式進(jìn)入角閃石的晶格中[16]。除以上的伴生鈧礦之外，郭遠(yuǎn)生在滇中地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立鈧礦，認(rèn)為該區(qū)域的超基性巖體源區(qū)本身含鈧，并從構(gòu)造背景等方面探討了鈧礦的成礦特征，認(rèn)為成礦物質(zhì)與晚二疊的地幔柱活動(dòng)有關(guān)[17]。張立劍等發(fā)現(xiàn)了承德超基性雜巖體小型鈧礦，并發(fā)現(xiàn)Sc的分布規(guī)律與TFe無(wú)關(guān)，與巖體基性程度有關(guān)[18]。

表1 含鈧雜巖體類比

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)攀枝花含鈧基性雜巖體、滇中超基性含雜巖體鐵馬超基性含鈧雜巖體等含鈧巖體的類比分析（見(jiàn)表1），人們可以發(fā)現(xiàn)，雖然以上幾種典型的含鈧雜巖體載鈧礦物分布特征各不相同，但都具有典型的阿拉斯加型巖體特征，其巖性分異程度良好，不同巖帶界限清晰。由此可見(jiàn)，硅酸鹽巖中基性程度過(guò)高過(guò)低、堿性程度過(guò)高都不利于鈧礦的富集。而經(jīng)歷分離結(jié)晶、分異作用明顯的阿拉斯加型硅酸鹽巖體中的基性巖帶都可能形成小型鈧礦。

近幾十年，尖端科技快速發(fā)展，鈧的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，鈧具有良好的耐火性能。是制作飛機(jī)、宇航器、火箭上精密部件的良好材料，同時(shí)還是電子工業(yè)中不可替代的原材料。隨著對(duì)復(fù)雜硅酸巖礦物研究的深入和我國(guó)的Sc提取技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的試驗(yàn)結(jié)果表明可以從超基性巖體中提取Sc元素，因此應(yīng)對(duì)超基性巖體中鈧的賦存狀態(tài)和富集規(guī)律進(jìn)行更多研究。