我國(guó)稀散金屬元素銦在鉛鋅礦山中的分布規(guī)律與金屬資源量初步估算

袁 瑩，薛 培，李順庭，柳玉龍

(1.中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司，北京 100012；2.萬(wàn)寶礦產(chǎn)有限公司，北京 100054；3.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，北京 100012)

0 引言

我國(guó)擁有豐富的稀有、稀散、稀土金屬資源，也是世界上主要的“三稀”金屬生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)又是鉛鋅資源大國(guó)，各成因類型及時(shí)空分布上涉及礦床眾多，其中不乏鉛鋅金屬儲(chǔ)量大于500萬(wàn)噸的超大型礦床。鉛鋅礦山中的稀散金屬資源豐富，且往往作為共伴生礦種出現(xiàn)。但前人對(duì)于我國(guó)鉛鋅礦的研究主要集中在礦床地質(zhì)、成礦物質(zhì)來(lái)源、礦床成因、礦床地球化學(xué)等方面，對(duì)于各種成因類型鉛鋅礦床中稀散元素的含量統(tǒng)計(jì)卻鮮有人涉足，甚至缺乏基本的數(shù)量級(jí)數(shù)據(jù)。有關(guān)鉛鋅礦山中稀散元素的賦存狀態(tài)和富集規(guī)律的研究更是有限。這不僅影響了我國(guó)地質(zhì)勘查的綜合評(píng)價(jià)工作，也對(duì)資源的綜合利用造成影響。

本文通過(guò)開展數(shù)據(jù)資料收集統(tǒng)計(jì)、野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)研究，分析了稀散金屬銦(In)在我國(guó)不同成因類型鉛鋅礦床中的分布規(guī)律，初步計(jì)算了其中的礦產(chǎn)資源總量。

1 研究方法與思路

1.1 為什么選擇鉛鋅礦床為研究對(duì)象

稀散金屬主要元素有Ga、Ge、In、Tl、Te、Se、Re、Cd等，主要分散于有色金屬礦、鋁土礦、煤礦等礦產(chǎn)中。表1列出我國(guó)稀散金屬保有儲(chǔ)量在各類礦種中的分布比例，其中，煤礦中含有豐富的Ga、Ge，鋁土礦中Ga占比也很高，而鐵礦床中也含較多的Ga、Ge、In等。煤、鋁土、鐵礦中稀散金屬總量較大的原因是其礦床的規(guī)模巨大，但品位其實(shí)并不很高，且難以被綜合利用。

目前只有分散于有色金屬礦床中的稀散元素可有效利用，煤礦中豐富的Ga、Ge等元素可部分利用。剔除鐵礦(黑色金屬)、煤礦(非金屬)及其他不明礦種，將剩余有色金屬礦種(包括鉛鋅礦、鋁土礦、鉬礦、銅礦及其他多金屬礦)數(shù)據(jù)按百分比換算，得到有色金屬礦種中的稀散金屬保有儲(chǔ)量分布比例表(表2)。由表2可知，稀散金屬元素In、Tl、Ge在鉛鋅礦中的分布比例較高，分別為58.2%、94.7%、85.9%；而61.8%的Ga元素分布于鋁土礦中；Se、Te則主要分布于銅礦中，比例為66.3%、99%?？傮w來(lái)說(shuō)，有色金屬礦山中的稀散金屬資源主要分布在鉛鋅礦山中，且往往作為共伴生礦種出現(xiàn)。因此，本文選擇鉛鋅礦床為主要研究對(duì)象。

表1 我國(guó)稀散金屬保有儲(chǔ)量在各礦種中的比例分布Table 1 The proportion distribution of rare metal reserves in different mineral resources in China

注：據(jù)文獻(xiàn)[1]。

表2 我國(guó)稀散金屬保有儲(chǔ)量在有色金屬礦中分布Table 2 The proportion distribution of rare metal reserves in nonferrous metal deposits in China

注：據(jù)文獻(xiàn)[1]。

1.2 區(qū)分礦床成因類型開展研究工作

我國(guó)鉛鋅礦儲(chǔ)量豐富，成因類型齊全，在不同的鉛鋅成礦條件和機(jī)制下，各伴生稀散元素的富集程度和賦存形式差異較大[2]，某些稀散元素的富集成礦還具有礦床類型專屬性[3]。因此，應(yīng)區(qū)分成因類型開展數(shù)據(jù)資料收集和分布規(guī)律的研究工作，以期獲得較為客觀準(zhǔn)確的結(jié)論。本文采用的鉛鋅礦床成因類型劃分依據(jù)有二，首先，涉及礦床數(shù)量及鉛鋅儲(chǔ)量均較高；其次，各類型礦床中稀散金屬的含量及賦存形式差異較大。

綜上，可初步按含礦巖系結(jié)合礦床成因?qū)⑽覈?guó)主要類型鉛鋅礦床劃分三類：① 沉積巖容礦的海底噴氣沉積礦床(Sedex型)；② 碳酸鹽巖容礦的后生沉積礦床(密西西比河谷型，MVT型)；③ 與巖漿巖有關(guān)的“巖漿熱液型”礦床(指與巖漿巖及火山作用有關(guān)熱液礦床，包括諸如斑巖型、矽卡巖型、熱液交代型礦床和陸相火山巖型礦床等)三類。當(dāng)然，除了上述三種礦床類型外，還包括火山巖容礦的海底噴氣沉積礦床(VMS型，暫與Sedex型歸為同一類)，砂頁(yè)巖容礦的沉積或沉積—變質(zhì)型礦床及非硫化物鋅礦床等，但均不是主要的礦床類型，其數(shù)量及鉛鋅儲(chǔ)量所占比例較小，在此不予以考慮。

2 銦元素在鉛鋅礦山中的賦存狀態(tài)及含量

2.1 銦在鉛鋅礦山中的分布概述

我國(guó)已查明銦資源儲(chǔ)量0.96萬(wàn)噸，富銦礦床主要分布在廣西、云南、內(nèi)蒙古和廣東，這些地區(qū)的銦儲(chǔ)量占全國(guó)銦儲(chǔ)量的80%以上，并且以大礦為主[4]。如內(nèi)蒙古銅錫銀鉛鋅多金屬礦、廣東錫鉛鋅礦、廣西南丹縣錫多金屬礦、云南馬關(guān)縣都龍錫鋅礦等。其他地區(qū)礦床中的銦金屬資源無(wú)論是品位還是儲(chǔ)量都遠(yuǎn)低于上述四省(區(qū))。這些富銦礦床就構(gòu)造環(huán)境方面考慮，具有地區(qū)性分布的特征，即均為古陸邊緣位置。例如，我國(guó)最重要的大型—超大型富銦礦床的分布區(qū)——揚(yáng)子地塊南—西南緣，富銦富錫鉛鋅硫化物礦床的分布區(qū)——華北地塊北緣的內(nèi)蒙古東部地區(qū)等。從其成因類型來(lái)看，銦的富集和賦存無(wú)一例外與巖漿有親緣性。就鉛鋅礦而言，與巖漿活動(dòng)有關(guān)的海底噴流沉積型礦床(如大廠、都龍、白牛廠等)和巖漿熱液型礦床(孟恩陶勒蓋、鋸板坑、厚婆坳、個(gè)舊等)中，銦的含量明顯高于低溫成礦作用下的鉛鋅多金屬礦(MVT型)。

此外，銦的富集成礦具有礦床類型的專屬性，即主要在錫-鉛鋅硫化物礦床中富集。錫含量較低的各成因類型鉛鋅礦石中銦含量普遍不高，w(In)在1×10-6～24×10-6之間；而富錫的鉛鋅多金屬硫化物礦床中，銦含量較之有明顯增高 [w(In)在87×10-6～310×10-6之間 ]。如大廠礦田長(zhǎng)坡—銅坑錫鋅銻礦床的銦儲(chǔ)量超過(guò)4600 t，云南都龍錫鋅礦床僅曼家寨礦段銦儲(chǔ)量即超過(guò)達(dá)3500 t，云南個(gè)舊錫多金屬礦銦儲(chǔ)量約2500 t[3]。

銦化學(xué)性質(zhì)活潑，且離子半徑較大，無(wú)法與Si4+、Al3+發(fā)生類質(zhì)同象置換，因而可與成礦物質(zhì)一起進(jìn)入巖漿期后熱液趨于集中，避免了分散于造巖礦物內(nèi)。由前述，銦與錫有著某種非常密切關(guān)系，但據(jù)大量礦山分析測(cè)試數(shù)據(jù)，在絕大多數(shù)富In礦床中，In并不大量進(jìn)入錫的最主要工業(yè)礦物——錫石中。楊世瑜[5]在對(duì)滇東南和我國(guó)其他一些錫礦床進(jìn)行礦物學(xué)研究時(shí)指出，這些礦床中的錫石具有低In含量。就目前所知，唯一的例外是白牛廠礦床的錫石，w(In2O3)在1.3%～4.17%之間，平均高達(dá)3.25%[6]。由此推測(cè)，含礦熱液體系中富錫，僅有利于銦的富集與遷移，從而能在成礦溶液中達(dá)到較高的濃度。據(jù)劉英俊等[7]研究，銦的沉淀過(guò)程中與錫發(fā)生了分離，大量進(jìn)入具有四面體晶體結(jié)構(gòu)的礦物(閃鋅礦)中。

2.2 我國(guó)主要鉛鋅礦山中的銦含量統(tǒng)計(jì)分析

本文查閱相關(guān)地質(zhì)報(bào)告及文獻(xiàn)，收集了規(guī)模達(dá)中型以上的鉛鋅礦床50個(gè)，表3列出是的這些礦床中礦石及各金屬礦物中的銦金屬含量數(shù)據(jù)。歸納表3中數(shù)據(jù)，含錫鉛鋅礦平均In含量較高，如大廠礦田長(zhǎng)坡—銅坑錫鋅銻礦床礦石平均w(In)=95×10-6，100號(hào)礦體礦石平均w(In)更是高達(dá)310×10-6，大廠礦田外圍大福樓礦石平均w(In)=105×10-6，云南都龍錫鋅礦床礦石平均w(In)=139×10-6，廣東金子窩錫多金屬礦床、鋸板坑鎢錫多金屬礦床礦石平均w(In)分別為92×10-6、87×10-6。湖南七寶山、青海錫鐵山也是含錫富銦鉛鋅礦床的例子。

表3 我國(guó)主要鉛鋅礦山中銦金屬元素含量Table 3 The indium content in the main Pb-Zn deposits in China

續(xù)表3

由各礦物中銦含量數(shù)據(jù)顯示，不含或少錫的鉛鋅礦床中，閃鋅礦的銦含量均不高，如與巖漿活動(dòng)和火山活動(dòng)有關(guān)的佛子沖、青城子、毫石、五部等礦床，閃鋅礦中w(In)<20×10-6；與沉積或改造作用有關(guān)的柴河、高板河、大梁子、杉樹林等礦床，閃鋅礦中w(In)大多更是低于10×10-6。且這類不含或少錫的鉛鋅礦床中，閃鋅礦的銦含量較方鉛礦、黃鐵礦等其他礦物相差不大，甚至更低。如陜西鳳縣鉛洞山礦床，黃鐵礦中w(In)=10.5×10-6，較閃鋅礦含銦量 [w(In)=3×10-6]高；廣東凡口礦床，閃鋅礦中w(In)=11×10-6，低于方鉛礦和黃鐵礦中的銦含量，兩者w(In)分別為15.6×10-6、42.8×10-6；天橋、香夼、佛子沖、夏山礦床，閃鋅礦的銦含量與其他硫化物僅差1個(gè)數(shù)量級(jí)或相近。

而含錫富銦的多金屬硫化物礦床中，閃鋅礦中w(In)值則很高，且遠(yuǎn)高于其他硫化物，是銦主要的寄主礦物。如大廠礦田銅坑—長(zhǎng)坡、大福樓、拉么三個(gè)礦床中，閃鋅礦的銦含量比其他硫化物高出2～4個(gè)數(shù)量級(jí)；金子窩礦床中超過(guò)90%的銦都賦存在閃鋅礦當(dāng)中；孟恩陶勒蓋礦床中銦在閃鋅礦中的分配率則近99%。由此可知，在含錫硫化物礦床中，閃鋅礦的大量存在使In產(chǎn)生富集，進(jìn)而形成共(伴)生銦礦床的必要條件。因此，對(duì)于富錫且閃鋅礦銦含量較高的礦床，若閃鋅礦的礦物量偏少，也很難形成In的工業(yè)富集。如內(nèi)蒙古額仁陶勒蓋銀礦床，其閃鋅礦含銦量較高，w(In)在300×10-6～800×10-6之間，但由于礦床中閃鋅礦屬微量礦物，故In的總金屬量很??；贛南部分鎢錫礦床中閃鋅礦的w(In)更是高達(dá)百分之幾，但由于這些礦床中，閃鋅礦均不是主要礦物，因而礦床的In的品位很低，銦金屬量遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到工業(yè)礦床規(guī)模。In元素富集的礦物類型專屬性決定了其不能單獨(dú)開采，需在Zn的選冶過(guò)程中綜合回收。

2.3 小結(jié)

上節(jié)已列出稀散金屬元素—銦(In)在各成因類型鉛鋅礦床中的品位數(shù)據(jù)，需進(jìn)一步求均值便于后期總量的估算。

此外，由于稀散金屬資源通常為鉛鋅的伴生礦產(chǎn)，鉛鋅的金屬儲(chǔ)量直接決定了稀散元素的綜合開采規(guī)模和回收利用價(jià)值。所以必須用每個(gè)礦山的鉛鋅儲(chǔ)量(表內(nèi)保有儲(chǔ)量+查明資源儲(chǔ)量)來(lái)設(shè)置權(quán)重，計(jì)算稀散金屬元素的加權(quán)平均品位，而不能簡(jiǎn)單的用算術(shù)平均值來(lái)代替。

歸納各成因類型鉛鋅礦床中稀散金屬元素加權(quán)平均品位見表4。

表4 我國(guó)各成因類型鉛鋅礦床中稀散金屬元素加權(quán)平均品位Table 4 The weighted average grade of indium in Pb-Zn deposits of different genetic types in China

3 鉛鋅礦山中銦金屬資源量估算

3.1 估算方法

本次研究主要采用組合分析法對(duì)我國(guó)伴生于鉛鋅礦山中的稀散元素進(jìn)行資源量計(jì)算工作。該法利用礦石量與稀散元素在礦體內(nèi)的平均品位的乘積，計(jì)算出稀散元素的金屬總量。

一般情況下，鉛鋅礦體形狀、產(chǎn)狀變化多樣，礦石呈致密塊狀，富礦體出現(xiàn)較多，礦物組合較為復(fù)雜，稀散元素多分布在金屬礦物內(nèi)(含稀散元素的非金屬礦物甚少出現(xiàn))。組合分析法充分考慮了各種類型鉛鋅礦床的成礦特點(diǎn)，利用該方法可精確、全面地計(jì)算出各稀散元素在地質(zhì)體內(nèi)的總量。

當(dāng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)局限時(shí)，也可配合利用單礦物法對(duì)稀散元素進(jìn)行含量估算，即利用賦存稀散元素的主要金屬礦物量乘以相應(yīng)金屬礦物中稀散元素的平均品位。這種方法可查明在主要金屬礦物內(nèi)的稀散元素總量，而非地質(zhì)體內(nèi)的，因而在兩者進(jìn)行換算時(shí)，就容易引起誤差。但由于我國(guó)目前對(duì)于稀散元素提純技術(shù)有限，只有賦存于主要目標(biāo)礦物(即為閃鋅礦、方鉛礦)中的稀散元素才可加以回收。因此，這種誤差對(duì)于統(tǒng)計(jì)我國(guó)鉛鋅礦床伴生的、現(xiàn)有選冶技術(shù)條件下能綜合利用的稀散金屬總量沒有實(shí)質(zhì)性影響，且對(duì)于探討稀散元素的分布規(guī)律及為選礦、冶煉方面提供目的礦物，甚為有利。

1)組合分析法：P=Q×Ccp，其中，P為礦塊中伴生稀散元素金屬儲(chǔ)量；Q為礦塊中主元素的礦石量；Ccp為礦塊中伴生稀散元素的平均品位。

2)單礦物法：Pi=q×Ci，其中，Pi為礦塊中伴生稀散元素金屬儲(chǔ)量；q為礦塊中主元素的礦物量；Ci為礦塊各主金屬單礦物中伴生元素的含量。

初步統(tǒng)計(jì)我國(guó)105個(gè)鉛金屬儲(chǔ)量大于1萬(wàn)噸，109個(gè)鋅金屬儲(chǔ)量大于2萬(wàn)噸的大、中型鉛鋅礦床儲(chǔ)量平衡表數(shù)據(jù)(2002年數(shù)據(jù))，計(jì)算它們金屬總量及礦石總量見表5。這百余個(gè)礦床中的鉛、鋅金屬保有儲(chǔ)量之和約占全國(guó)總儲(chǔ)量的95%，完全具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表5 我國(guó)各成因類型鉛鋅礦床金屬量、礦石量一覽表Table 5 The metal quantities and ore reserves in Pb-Zn deposits of different genetic types in China

注：鉛鋅礦石總量 = (鉛金屬量 / 鉛平均品位 + 鋅金屬量 / 鋅平均品位) / 2。

3.2 估算結(jié)果

由前所述，在計(jì)算各成因類型鉛鋅礦礦石中稀散金屬元素的加權(quán)平均品位時(shí)，并沒有剔除未達(dá)到最低邊界品位《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊(cè)》的值，因此，在利用該加權(quán)均值估算稀散金屬總量時(shí)，所求結(jié)果僅表示所有蘊(yùn)含于鉛鋅礦礦石或各主要金屬礦物中的稀散金屬總量，并不具有礦產(chǎn)工業(yè)指標(biāo)意義。如能繼續(xù)開展研究工作，可進(jìn)一步求得預(yù)測(cè)資源量。

由表5各成因類型鉛鋅礦礦石總量，及前述各稀散金屬在鉛鋅礦石中的品位數(shù)據(jù)，按照組合分析法得出分布于我國(guó)鉛鋅礦山中的銦金屬蘊(yùn)藏量估算值：表內(nèi)保有儲(chǔ)量級(jí)別銦金屬總量9832 t，查明資源儲(chǔ)量級(jí)別銦金屬總量26 115 t。組合分析法計(jì)算結(jié)果為賦存于礦石中的銦金屬總量。計(jì)算過(guò)程中所用礦石數(shù)據(jù)分表內(nèi)保有儲(chǔ)量和查明資源儲(chǔ)量?jī)煞N類別，分別由鉛、鋅金屬表內(nèi)保有儲(chǔ)量和查明資源儲(chǔ)量計(jì)算得出。

由于鉛鋅礦床儲(chǔ)量數(shù)據(jù)引自2002年儲(chǔ)量平衡表，數(shù)據(jù)較陳舊。在過(guò)去近20年中，我國(guó)鉛鋅礦床找礦取得一些重大進(jìn)展，如新疆塔西南地區(qū)(烏拉根)、藏北及岡底斯地區(qū)、湘西鄂西地區(qū)、內(nèi)蒙古大興安嶺西坡等地，在一些有色金屬礦山深邊部也取得一批重要的找礦成果。由于缺乏這些礦床詳細(xì)的地質(zhì)資料及稀散金屬元素?cái)?shù)據(jù)，這些找礦的重要進(jìn)展并未統(tǒng)計(jì)在本文的估算結(jié)果中。

在這些找礦進(jìn)展中，MVT的找礦進(jìn)展最為顯著，如新疆烏拉根、陜西馬元、湘西鄂西地區(qū)以及滇東北地區(qū)礦山深部等。由于這類礦床中稀散金屬銦含量并不高，因此，在實(shí)際探明資源量中，銦金屬蘊(yùn)藏量不會(huì)有太大的變化。

4 結(jié)論

稀散元素銦(In)在不同成因類型鉛鋅礦床中的富集分布規(guī)律如下：

1)從其成因類型來(lái)看，銦的富集和賦存無(wú)一例外與巖漿有親緣性。就鉛鋅礦而言，與巖漿活動(dòng)有關(guān)的海底噴流沉積型礦床(SEDEX型)和巖漿熱液型礦床中，銦的含量明顯高于低溫成礦作用下的鉛鋅多金屬礦(MVT型)。

2)銦的富集成礦具有礦床類型的專屬性，即主要在錫-鉛鋅硫化物礦床中富集。錫含量較低的各成因類型鉛鋅礦石中銦含量普遍不高。

3)在含錫富銦的多金屬硫化物礦床中，閃鋅礦中In值則很高，且遠(yuǎn)高于其他硫化物，是銦主要的寄主礦物。In元素富集的礦物類型專屬性決定了其不能單獨(dú)開采，需在鋅的選冶過(guò)程中綜合回收。

4)賦存于我國(guó)鉛鋅礦山中的銦金屬量規(guī)模為1～3萬(wàn)噸。雖然鉛鋅礦床中稀散金屬資源量較為龐大，但這些資源共伴于鉛鋅礦床中，其開采、消耗受制于鉛鋅礦床的開發(fā)。由于近幾十年來(lái)鉛鋅礦的儲(chǔ)量消耗速度遠(yuǎn)大于勘探進(jìn)展，全國(guó)鉛鋅礦保有資源儲(chǔ)量也逐漸降低。

為進(jìn)一步掌握我國(guó)有色金屬礦山稀散資源的規(guī)模和質(zhì)量，建議全面開展我國(guó)有色金屬礦床中稀散資源調(diào)查，并制定相應(yīng)政策，提升我國(guó)稀散資源的開發(fā)利用水平。

注釋：

① 江蘇省冶金地研所. 江蘇省南京市棲霞山鉛鋅多金屬礦床物質(zhì)組分研究[R]. 1979.

② 廣東省地質(zhì)局韶關(guān)地質(zhì)大隊(duì). 廣東仁化凡口鉛鋅礦區(qū)水草坪礦床伴生分散元素地質(zhì)勘探中間性報(bào)告書[R]. 1963.

③ 西北有色金屬地質(zhì)研究所. 陜西省鳳縣三岔張鉛洞山鉛鋅礦床伴生有益組分研究報(bào)告[R]. 1985.

④ 陜西省冶金地質(zhì)勘探公司地質(zhì)研究所. 陜西省商縣道岔溝鉛鋅礦床伴生組分賦存規(guī)律的初步研究[R]. 1973.

⑤ 西北有色金屬地質(zhì)研究所. 陜西省鳳縣銀母寺鉛鋅礦床伴生有益組分研究報(bào)告[R]. 1986.

⑥ 西北冶金地質(zhì)勘探公司地質(zhì)研究所. 甘肅蘭州市白銀區(qū)小鐵山多金屬礦床中礦石性質(zhì)的研究[R]. 1964.

⑦ 中國(guó)科學(xué)院西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所. 青海(柴達(dá)木盆地)錫鐵山塊狀硫化物礦床類型與地質(zhì)特征[R]. 1987.

⑧ 湖南冶金地質(zhì)研究所. 水口山礦田康家灣礦段鉛鋅礦石中伴生元素賦存狀態(tài)與富集規(guī)律研究的階段報(bào)告[R]. 1981.

⑨ 中國(guó)科學(xué)院昆明地質(zhì)研究所. 云南馬關(guān)都龍矽卡巖型多金屬礦床特征及其中的稀有分散元素[R]. 1959.

⑩ 廣西冶金研究所. 廣西大廠100號(hào)礦體選礦工藝及工藝礦物學(xué)研究《可行性論證》報(bào)告[R]. 1986.