貴州鈷礦(化)類型及特征

楊瑞東，高軍波，莫洪成

(1. 貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025;2.貴州大學(xué) 喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025)

鈷是戰(zhàn)略性緊缺礦產(chǎn)資源，是制造高溫合金、硬質(zhì)合金、磁性合金和含鈷化合物的重要原料，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、原子能、航天、電子、鋰電池等工業(yè)，以及高溫磁性合金等高科技領(lǐng)域，特別是近年來(lái)隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了上游電池材料需求量迅速猛增，從而引起全球范圍鈷資源需求量的激增，進(jìn)一步凸顯了鈷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中特殊的戰(zhàn)略意義。

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心發(fā)布的《全球鋰·鈷·鎳·錫·鉀鹽礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)估報(bào)告(2021)》，截至2020年，我國(guó)鈷礦資源量44萬(wàn)t，約占全球鈷資源量的1.88%。可見，我國(guó)鈷礦資源極為短缺，存在很大的安全供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，鈷的需求快速增加。自2012年起，我國(guó)鈷年產(chǎn)量約7 000 t，年消耗則達(dá)到2.5萬(wàn)t[1]，而僅2017年上半年我國(guó)消費(fèi)鈷就達(dá)2.5萬(wàn)t。

鈷是一個(gè)典型的地幔型元素，具遷移能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在地殼中主要呈分散狀態(tài)。因此，鈷除少量以獨(dú)立礦床產(chǎn)出外，主要作為其他礦床的伴生金屬產(chǎn)出。主要的原生含鈷礦物包括硫銅鈷礦、硫鈷礦、鎳黃鐵礦、輝砷鈷礦、鎳輝砷鈷礦、鈷輝砷鎳礦、塊硫鎳鈷礦、輝鈷礦、鈷硫砷鐵礦、斜方砷鈷礦、方鈷礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦等[2]。

富鈷礦床的主要類型為沉積巖賦礦層控型Cu-Co礦床、風(fēng)化型紅土Ni-Co礦床、巖漿Cu-Ni硫化物礦床、黑色頁(yè)巖賦礦型Ni-Cu-Zn-Co礦床、矽卡巖和交代型礦床、變質(zhì)沉積巖型Co-Cu-Au礦床、鐵氧化物銅金礦床(簡(jiǎn)稱IOCG礦床)、火山巖塊狀硫化物Cu(Zn-Co-Ag-Au)礦床、脈狀或熱液交代礦床、密西西比河谷型鉛鋅礦(簡(jiǎn)稱MVT型鉛鋅礦)、海底富Co的Fe-Mn結(jié)殼和結(jié)核。中國(guó)富鈷礦床主要為巖漿銅鎳硫化物型Ni-Cu-Co礦(甘肅金川)、紅土型Ni-Co礦(云南元江—墨江)、變質(zhì)沉積巖型Cu-Co礦(吉林白山市大橫路)、沉積巖賦礦層控型Cu-Co礦(遼寧營(yíng)口市周家)、火山巖塊狀硫化物型Cu-Co-Zn礦(青海省瑪沁縣德爾尼)、鐵氧化物Cu(Au)-Co礦床(海南石碌)、熱水噴流Co-Au礦(青海省格爾木市駝路溝)、矽卡巖型Fe-Cu(-Co)礦(湖北省黃石市大冶鐵山)[2]。

截至2018年，貴州累計(jì)查明伴生鈷資源量207 t，其中，納雍水東—中寨鉬礦伴生鈷資源量118 t，納雍縣水東興旺鉛鋅鉬多金屬礦伴生鈷資源量89 t。

貴州富鈷礦床主要為Mo多金屬礦伴生鈷礦、Pb-Zn-Co硫化物礦床、沉積鈷錳礦、風(fēng)化型鈷礦(峨眉山玄武巖風(fēng)化殼鈷結(jié)核、板溪群變質(zhì)巖風(fēng)化殼鈷礦)。下面對(duì)各類型富鈷礦床進(jìn)行論述。

1 鉬多金屬礦伴生鈷礦

2 Pb-Zn-Co硫化物礦床

密西西比河谷型鉛鋅礦床中也發(fā)育有鈷元素的顯著富集甚至成礦。常見的含鈷礦物有硫銅鈷礦、硫鎳鈷礦等。貴州西北部、東北部發(fā)育有大量規(guī)模不等的鉛鋅礦床，但目前發(fā)現(xiàn)富含鈷的鉛鋅礦床主要以納雍水東鉛鋅礦床最具代表性。該P(yáng)b-Zn-Co硫化物礦床中金屬礦物主要以閃鋅礦為主，約占金屬礦物的65%，其次為方鉛礦和黃鐵礦，約占金屬礦物的20%和10%。除此之外還有輝銅礦、黃銅礦和黝銅礦，含量不到1%。金屬礦物以閃鋅礦-方鉛礦-黃鐵礦組合較為普遍，其次為閃鋅礦-輝銅礦-黃鐵礦，閃鋅礦-黃鐵礦-黃銅礦，閃鋅礦-黃鐵礦，閃鋅礦-方鉛礦，黃鐵礦-黝銅礦等共生組合[4]。鉛鋅礦中，鈷為伴生資源，其品位0.01%～0.023%，平均品位0.018%，納雍水東—中寨伴生鈷118 t[3]。

3 沉積型鈷錳礦床

沉積型鈷錳礦僅發(fā)現(xiàn)3處礦點(diǎn)，分別是石阡中壩、黔西太來(lái)和興義市烏沙趙家溝。石阡縣中壩鄉(xiāng)鈷錳礦點(diǎn)，該鈷錳礦于20世紀(jì)80年代由貴州冶金地質(zhì)一隊(duì)(現(xiàn)貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊(duì))在石阡一帶開展礦產(chǎn)調(diào)查工作時(shí)被首先發(fā)現(xiàn)。含礦地層為震旦系陡山沱組底部白云巖的氧化帶，目前共發(fā)現(xiàn)有3個(gè)鈷錳礦體，礦體主要呈透鏡狀產(chǎn)出。礦體厚度介于1～4 m不等。礦石類型以含鈷錳白云巖為主，其次為含鈷錳黏土巖。含鈷0.01%～0.19%，平均0.036 9%，估算鈷金屬資源量26.45 t。黔西太來(lái)鈷錳礦點(diǎn)，含礦地層為二疊系樂(lè)平煤系與茅口灰?guī)r之間的白泥塘層，為沉積型錳鐵礦中的伴生鈷、鎳礦，有5個(gè)鈷錳礦體，其中1號(hào)礦體厚0.60～3.61 m，平均2.09 m，鈷品位0.026%～0.289%，平均0.143%；2號(hào)礦體厚0.30～3.60 m，平均1.80 m，鈷品位0.026%～0.069%，平均0.047%；3號(hào)礦體厚0.50～7.00 m，平均3.81 m，鈷品位0.041%～0.132%，平均0.075%；4號(hào)礦體厚0.20～1.95 m，平均0.71 m，鈷品位0.020%～0.168%，平均0.059 7%；5號(hào)礦體厚0.40～6.30 m，平均2.03 m，鈷品位0.071%～0.298%，平均0.140%?？傆?jì)估算鈷、鎳礦石量1 000 t。興義市趙家溝鈷錳礦點(diǎn)，含礦圍巖為三疊系法郎組底部灰—深灰色灰?guī)r，礦體似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致，鈷品位0.025%～0.131%，最高達(dá)0.37%，鈷錳質(zhì)結(jié)核品位0.022%～0.044%；礦體2個(gè)，1號(hào)礦體長(zhǎng)129.3 m，厚度小于2 m，平均含鈷0.025%～0.040%；2號(hào)礦體長(zhǎng)60 m，厚度小于2.06 m，平均含鈷0.007%～0.013%；礦石Co、V、Mo、Ni、Hg等可綜合利用，鈷礦遠(yuǎn)景儲(chǔ)量38.6 t[3]。

4 風(fēng)化型鈷礦床

風(fēng)化型鈷礦床分為風(fēng)化殘積型和風(fēng)化淋濾型兩種成因類型。前者與峨眉山玄武巖關(guān)系密切，主要分布于貴州西部玄武巖分布區(qū)；后者分布零星，主要是由新元古代變質(zhì)巖風(fēng)化淋漓形成，與原巖含鈷元素的豐度有關(guān)。

4.1 風(fēng)化殘積型鈷礦

峨眉山玄武巖風(fēng)化殘積型鈷礦主要分布于黔西北峨眉山玄武巖分布區(qū)，即威寧、納雍、赫章—畢節(jié)、水城龍場(chǎng)—楊梅等地。礦石含鈷0.012%～7.340%，一般1%～3%，Ni 0.001%～0.052%。威寧涼水井鈷礦為代表，鈷品位0.401%～0.652%，鈷金屬量2.82 t。除此之外，水城縣南部鈷礦，品位0.012%～7.340%，一般1%～2%，估算鈷金屬儲(chǔ)量11 t。

峨眉山玄武巖經(jīng)長(zhǎng)期強(qiáng)烈的風(fēng)化和侵蝕作用形成富含鐵、鎳、鈷的紅土風(fēng)化殼，主要富鈷礦物是鈷土礦、含鎳鈷土礦和含鈷的鐵氫氧化物，鈷常常聚集在鎳礦石或鐵礦石中，在風(fēng)化殼黏土巖中呈結(jié)核狀、條帶狀產(chǎn)出(圖1)。

峨眉山玄武巖風(fēng)化殼富集稀土早就有深入研究[5-8]。貴州西部玄武巖具有高的稀土背景值，是稀土富集的重要基礎(chǔ)。玄武巖經(jīng)風(fēng)化淋濾作用后，其稀土富集成礦受到地形地貌的控制，特別是在第四紀(jì)夷平面所形成的山崗、壟崗上的風(fēng)化殼中發(fā)育稀土礦床。玄武巖第三亞段發(fā)育有富集Cu、Fe、Co及稀土元素的凝灰?guī)r，因此，在尋找稀土礦、鈷礦時(shí)應(yīng)該在玄武巖第三亞段的風(fēng)化殼中尋找。

玄武巖風(fēng)化殼主要由高嶺石、蒙脫石組成，風(fēng)化殼黏土層中的Co，Ni，Cu含量較高(表1)。黏土巖稀土總量中RE2O3為 0.022%～0.220%，稀土以微細(xì)粒稀土礦物型為主，含少量的離子吸附稀土，稀土總量大部分超過(guò)離子型工業(yè)品位RE2O30.05%，其中0.1%的富礦體可采厚度大于1 m，其稀土含量多高于織金寒武系磷礦中的稀土量[5]。

注：(a)富鈷脈狀、結(jié)核狀、條帶狀褐鐵礦；(b)富鈷結(jié)核體；(c)富鈷褐鐵礦；(d)富鈷結(jié)核體。圖1 赫章野馬川峨眉山玄武巖風(fēng)化殼中鈷礦(化)產(chǎn)出特征Fig.1 The cobalt mineralization of the Emei Basalt in Yemachuan, Hezhang

表1 貴州赫章野馬川峨眉山玄武巖風(fēng)化殼中 鈷等元素含量(×10-6)Tab.1 The element contents of the basalt laterite in Yemachuan, Hezhang, Guizhou(×10-6)

通過(guò)對(duì)赫章野馬川玄武巖風(fēng)化殼剖面Co，Ni，Cu，Mo測(cè)試，Co含量大部分在20×10-6～60×10-6，個(gè)別樣品達(dá)到451×10-6，達(dá)到工業(yè)品位。

4.2 風(fēng)化淋濾型鈷礦

新元代變質(zhì)巖風(fēng)化淋濾型鈷礦主要分布在黔中清鎮(zhèn)谷臘(圖2)、黔東北沿河及黔東南等地。該類礦床含鈷礦物來(lái)自上覆含鈷地層，經(jīng)風(fēng)化淋積富集而成，礦體分布受地形地貌的控制，呈似層狀、透鏡狀和巢狀產(chǎn)出，礦石中含鈷0.015%～0.058%，多數(shù)為0.02%～0.05%，并含鎳、錳、鐵等元素(表2)。其中沿河縣譙家釉子土鈷礦點(diǎn)，含鈷0.071%～0.094%[3]。

表2 清鎮(zhèn)谷臘板溪群風(fēng)化淋漓形成鈷土礦(化)微量元素組成特征(×10-6)Tab.2 The element contents of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou(×10-6)

注：(a)板溪群含鐵鈷砂巖；(b)強(qiáng)風(fēng)化淋漓粉砂巖，鈷礦化；(c)黑色鈷錳土；(d)條帶狀黑色鈷錳土； (e)土狀褐色鈷土；(f)褐色含鈷褐鐵礦。圖2 清鎮(zhèn)板溪群風(fēng)化淋漓作用形成的鈷土礦特征Fig.2 The cobalt mineralization of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou

5 貴州鈷礦找礦遠(yuǎn)景分析

從上述貴州鈷礦(化)特征分析可以看出：鉛鋅礦中伴生鈷資源值得重視，貴州黔北地區(qū)鉛鋅礦資源豐富，而且往往富含鈷，應(yīng)加強(qiáng)鉛鋅礦中鈷礦成礦特征、成礦規(guī)律研究；鉬礦中伴生鈷含量高，但鉬礦規(guī)模較小，鈷資源量不高；鈷錳礦中鈷資源豐富，特別是貴州西部水城—黔西一線二疊系錳礦，是尋找鈷錳礦的有利地區(qū)；貴州東部石阡一帶富鈷錳礦床產(chǎn)出層位穩(wěn)定，特別是陡山沱組底部風(fēng)化白云巖是尋找富鈷錳礦床的重要層位；風(fēng)化淋濾型鈷礦分布較廣泛，貴州西部玄武巖分布區(qū)、黔東南變質(zhì)巖分布區(qū)，是尋找該類型鈷礦的有利區(qū)域。