鋁土礦資源地質(zhì)類型分布及開采技術(shù)探討

朱 生

（貴州遵義一0六地質(zhì)礦業(yè)有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563000）

鋁不僅是工業(yè)生產(chǎn)的重要原料，也是一種戰(zhàn)略性資源，鋁土礦的勘探和開采，直接決定了我國資源戰(zhàn)略的安全。近年來，隨著工業(yè)迅速發(fā)展，對鋁土礦的需求逐漸增加，同時也對勘探和開采技術(shù)提出了新的要求?？偨Y(jié)起來，鋁土礦開采主要分為露天開采和地下開采兩種方式，應(yīng)結(jié)合分析地質(zhì)條件、資源分布和技術(shù)設(shè)備等因素后進(jìn)行確定[1]。只有保證開采技術(shù)科學(xué)合理，才能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的最大化，以下結(jié)合工程實例進(jìn)行探討。

1 工程概況

以鐘山采礦場為例，位于遵義市區(qū)東南約50公里處，隸屬于播州區(qū)團(tuán)溪鎮(zhèn)管轄，距播州區(qū)城區(qū)約45公里。地理座標(biāo)（2000坐標(biāo)系）：東經(jīng)107°03′46″～107°04′48″，北緯27°24′45″～27°25′05″。礦區(qū)附近有團(tuán)溪－遵義、團(tuán)溪—珠藏的鄉(xiāng)村公路通過，區(qū)內(nèi)有簡易公路相通，交通比較方便。

1.1 地形地貌

本區(qū)以溶丘、巖溶洼地、壩子等地貌發(fā)育，屬巖溶風(fēng)化剝蝕的低中山地貌類型。全區(qū)地勢東高西低，地形坡度為10°～40°，為緩-中緩坡，最高海拔為1160m，最低為1042.20m，一般高差50m～100m。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，覆蓋面積占礦段總面積的1/3以上。

1.2 氣象水文

礦區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，氣候溫和。常年平均氣溫14.7℃，相對濕度一般為79%，多年平均降水量1097.8mm，每年4-8月為雨季，年度平均蒸發(fā)量為985.6mm。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），礦區(qū)所在的地區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，地震基本烈度為Ⅵ度。調(diào)查顯示，區(qū)內(nèi)無活動性斷裂構(gòu)造，綜合分析認(rèn)為礦區(qū)地殼屬較穩(wěn)定區(qū)域。礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫。但是，礦區(qū)為露天開采，在開采活動中應(yīng)注意開采邊坡的穩(wěn)定性，避免引起新的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

2 鋁土礦資源地質(zhì)類型分布特征

2.1 地質(zhì)特征

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于上楊子陸塊黔北隆起區(qū)鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區(qū)，成礦區(qū)帶上屬于濱太平洋成礦域（Ⅰ）、揚子成礦?。á颍⒍跤逑媲瓣戱迶鄾_斷帶渝南—黔中鋁土礦成礦區(qū)（Ⅲ）、黔中鋁土礦成礦帶（Ⅳ-1）、播州-息烽-甕安早石炭世維憲中晚期鋁土礦成礦亞帶（Ⅳ-1c），主體構(gòu)造格架為一系列北東向的褶皺與斷層。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和第四系。①寒武系主要分布在礦區(qū)北西部，出露芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組，巖性為淺海相碳酸鹽巖。②奧陶系和石炭系主要分布在礦區(qū)中部，厚度較薄，且不穩(wěn)定，奧陶系為桐梓組，巖性以頁巖為主。③石炭系為九架爐組，巖性為湖盆相的粘土巖、鋁質(zhì)巖為主。④二疊系則分布在礦區(qū)南東角，出露有梁山組和棲霞組，梁山組巖性以炭質(zhì)粘土巖為主，棲霞組以臺地相碳酸鹽巖為主。最終，劃分為寒武系芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組（∈3-4ls）、奧陶系下統(tǒng)桐梓組（O1t）、石炭系下統(tǒng)九架爐組（C1jj）、二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）、棲霞組（P2q）及第四系（Q）6個地層單元。

2.2 區(qū)域構(gòu)造

北東向、北北東向褶皺和斷裂構(gòu)造最為發(fā)育，且規(guī)模最大，構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)主體構(gòu)造格架。礦區(qū)西部巖層傾角較平緩，一般3°～8°；東部巖層傾角相對較陡，一般14°～22°，有從西向東逐漸增大的趨勢。礦區(qū)褶皺、斷層不發(fā)育。在婁山關(guān)群地層發(fā)育兩組節(jié)理，第一組節(jié)理走向為31°～55°，傾角50°～75°，第二組節(jié)理走向為291°～325°，傾角45°～57°。礦區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單型。

2.3 礦產(chǎn)特征

以鋁土礦為例，主要分布在仙人巖、后槽、茍江一帶，達(dá)到大型礦床規(guī)模，周邊鋁土礦已查明資源了超過1億噸。區(qū)域鋁土礦含礦地層為石炭系下統(tǒng)九架爐組，礦體形態(tài)結(jié)構(gòu)、厚度及品位均受礦系之下古巖溶侵蝕面的控制。礦體形態(tài)、走向與巖溶洼地、漏斗近一致，呈透鏡狀、漏斗狀或不規(guī)則狀沿走向礦體呈“串珠”狀產(chǎn)出。

2.4 礦體分布

本礦區(qū)圈定了6個礦體，均為小型礦體。其中1號、2號礦體為礦區(qū)主礦體，兩個礦體約占本次工作估算總資源量的70%以上。礦區(qū)礦體厚度為0.99m～14.54m，礦區(qū)平均為6.69m。

以1號礦體為例。第一，規(guī)模。位于漆樹灣采礦場東一帶，由1個鉆孔和5個山地工程共計6個工程控制，為本次工作圈定的最大礦體（主礦體）。礦體長度為98m～181m，寬度為44m～117m，平面投影面積為12964m2；礦體埋藏標(biāo)高為+1133m～+1081m，平均為1107m；估算控制+推斷礦石資源量共計27.48萬噸，占全區(qū)資源總量的60%。第二，形態(tài)。礦體平面上呈向南西開口的月牙狀產(chǎn)出，剖面上礦體呈透鏡狀產(chǎn)出。在ZKA502、BT4見夾石分布，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，夾石向北東逐漸尖滅，結(jié)構(gòu)逐漸由復(fù)雜轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌?。礦體傾角為7°～26°，平均為18°。第三，厚度。礦體內(nèi)單工程礦體厚度為1.60m～29.99m，礦體平均厚為7.88m，變化系數(shù)為138.64%，屬于厚度不穩(wěn)定類型。第四，礦石化學(xué)成分。Al2O3、SiO2為穩(wěn)定類型，F(xiàn)e2O3、TS劃分較穩(wěn)定類型，A/S劃分較不穩(wěn)定類型。見表1。

表1 礦體化學(xué)成分統(tǒng)計表

3 鋁土礦資源開采技術(shù)和注意事項

3.1 加工選冶技術(shù)性能

查明了礦物組成和化學(xué)組成之后，為了對礦石的開發(fā)利用做進(jìn)一步的評價，選取5個樣品進(jìn)行拜爾法溶出試驗。試驗條件：溫度為260℃，溶出時間為1.5h，溶出母液為Na2Ok228.85g/L，ak為3.03，石灰加入量為礦樣的7%，Al2O3的平均相對溶出率為91.21%。試驗結(jié)果表明：測試礦石質(zhì)量較好，鋁硅比相對較高，粘土礦物特別是高嶺石、鮞綠泥石含量較高；理論溶出率除KY4樣品為56.91%外，其余都大于80%，其中KY1樣品及KY3樣品大于97%；平均相對溶出率除KY3樣品為80.53%，其余都大于90%，總體上，礦石的冶煉性能較好。

3.2 開采注意事項

除A42號礦體埋深較深外，其余礦體埋深小于50m，具備露天開采條件。露天開采時，頂?shù)桶鍑鷰r對礦區(qū)開采影響不大，但應(yīng)注意邊坡上不穩(wěn)定的滾石崩落。為保證邊坡穩(wěn)定性，提出建議如下：

第一，采場邊坡高度＞6m，建議由上往下梯級開采，每梯的高度控制在5m～6m為宜，邊坡角度控制在30°。第二，開采過程中形成的突起巖礦石、松動的巖礦石，及時剔除，避免形成安全隱患[2]。第三，當(dāng)采場低于自然排水面標(biāo)高時，應(yīng)注意暴雨的降落，采取有效的排水措施。第四，礦山在開采過程中，在渣場建設(shè)排水系統(tǒng)，渣場四周設(shè)置截洪溝，底部設(shè)置排水涵洞，實行雨水分流，減少渣場淋溶水量和雨水對渣壩的壓力[3]。如果礦渣中含黃鐵礦較多，流出的廢水應(yīng)進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后再排放。第五，堆渣場進(jìn)行防滲處理，底部使用高密度聚乙烯鋪底后，采用優(yōu)質(zhì)粘土層夯實覆蓋，夯實厚度為0.3m。將渣場的側(cè)面建成斜面，斜面的坡度控制在36°以內(nèi)。

3.3 對地質(zhì)環(huán)境的影響和對策

第一，可能誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。一是在礦區(qū)范圍內(nèi)，第四系大面積出露，礦山開采方式為露天開采。根據(jù)采場及相鄰露天采場調(diào)查，露天采場邊坡角以30°、高5m～6m的梯級開采為宜。如果坡度角過大、邊坡過高，發(fā)生滑坡、崩塌的風(fēng)險加大，易形成人為地質(zhì)災(zāi)害。二是堆積的廢渣、礦石，如果堆積位置不當(dāng)，沒有設(shè)置擋渣墻，過堆積角度過大、堆積體過高，都可能引起地質(zhì)災(zāi)害，發(fā)生滑坡、泥石流等。因此，堆積的礦和礦渣位置、坡度、高度要適當(dāng)，由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)督管理。

第二，可能造成水環(huán)境污染。礦山開采后，對水資源造成的污染，主要是礦渣、廢渣不規(guī)范堆放，經(jīng)大氣降水淋慮作用后，形成的廢水對附近的地表水、地下水造成污染。水資源破壞，會影響當(dāng)?shù)卮迕竦纳a(chǎn)、生活，導(dǎo)致可利用的水資源更加缺乏。因此，建議礦山排水過程中，完善水處理設(shè)施，達(dá)標(biāo)排放或綜合利用。對廢渣的堆放要規(guī)范，修筑專門的堆放場地，并進(jìn)行防滲處理，以避免雨水淋濾作用產(chǎn)生的污水對地下水及周邊環(huán)境形成污染。

4 結(jié)論

通過對鐘山采礦場進(jìn)行勘查，掌握了鋁土礦資源地質(zhì)類型分布特征，提出露天開采技術(shù)方案，結(jié)論如下：

第一，礦區(qū)地層主要為寒武系、石炭系、二疊系和第四系，褶皺不發(fā)育，含礦巖系為石炭系九架爐組，礦體的分布受古巖溶洼地控制，總體看礦體呈北東、北西向串珠狀分布。第二，礦區(qū)圈定了6個礦體，均為小型礦體。其中1號、2號礦體為主礦體，占本次工作估算總資源量的70%以上；除A42號礦體外，其余礦體埋深小于50m，可采用露天開采技術(shù)。第三，礦區(qū)礦石主要為碎屑狀鋁土礦，其次為豆鮞狀，半土狀、致密狀較少，工業(yè)類型以含鐵高硫型、中鐵高硫型礦石為主，占總資源量的94%，礦石品級95%的資源量為Ⅱ品級。第四，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，是以大氣降水直接充水為主的孔隙充水礦床，工程地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件中等。第五，礦區(qū)礦石可采用拜爾法生產(chǎn)氧化鋁。