安徽宣城礦集區(qū)長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床閃鋅礦中Cd 資源量估算及其意義

唐敏惠，馬連新，韋導(dǎo)忠，馬良，張達(dá)玉，黃家龍，孟翔，張飛

（1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽合肥 230092；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥 230009；3.華東冶金地質(zhì)勘查研究院，安徽合肥 230088）

0 引言

關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源是全球高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要戰(zhàn)略資源，是產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代和新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)不可替代的動(dòng)力之源，對(duì)國(guó)家安全和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義[1～3]。作為關(guān)鍵礦產(chǎn)之一，鎘（Cd）廣泛應(yīng)用于電池、電鍍、電子、汽車及航空、煙霧彈、合金、焊藥、冶金去氧劑、油漆、印刷等行業(yè)[4]。然而，Cd 屬于典型的稀散元素，很難形成獨(dú)立礦物，一般作為伴生元素賦存在鉛鋅礦床中，其中閃鋅礦是目前工業(yè)上提煉Cd 的最主要載體礦物[5]。因此，對(duì)于閃鋅礦中Cd 資源量的認(rèn)識(shí)可為該鉛鋅礦床中Cd 資源綜合利用提供重要依據(jù)。近十多年來(lái)，安徽省鉛鋅礦床找礦勘探取得了重大突破[6]，截至2021年底，累計(jì)探明鋅金屬量5.8514×106t。然而，已有勘探成果對(duì)鉛鋅礦床伴生的Cd 資源量認(rèn)識(shí)還十分薄弱，尤其是對(duì)這些礦床中可能利用的Cd 資源量（閃鋅礦中Cd 資源量）的認(rèn)識(shí)尚屬空白，這一不足制約了對(duì)我省鉛鋅礦床中Cd 資源的綜合認(rèn)識(shí)。

基于此，本文選擇勘查研究程度較高的長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床作為研究對(duì)象，在勘探成果基礎(chǔ)上，開展詳細(xì)地質(zhì)巖相學(xué)觀察，并進(jìn)一步通過(guò)EPMA 和LAICP-MS對(duì)不同類型礦石閃鋅礦中Cd含量進(jìn)行測(cè)試，據(jù)此估算閃鋅礦中Cd 等元素的資源量，不僅為該礦床后續(xù)開采閃鋅礦中Cd 資源綜合利用提供依據(jù)，同時(shí)也為鉛鋅礦床中閃鋅礦中Cd 等伴生礦產(chǎn)資源估算提供了借鑒，具有顯著的理論和實(shí)踐意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦床特征

宣城礦集區(qū)是長(zhǎng)江中下游銅鐵金多金屬成礦帶重要礦集區(qū)之一，介于銅陵礦集區(qū)、寧蕪礦集區(qū)以及江南過(guò)渡帶之間，斷裂構(gòu)造主要有北東向的江南斷裂、近東西向的周王斷裂和九連山逆沖推覆構(gòu)造[7～9]。礦集區(qū)內(nèi)與巖漿作用相關(guān)的銅金鉛鋅礦化豐富，近年來(lái)隨著勘查強(qiáng)度的增大，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了茶亭銅金礦床、長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床、銅山-蕎麥山銅礦床等。

雙井-長(zhǎng)山鉛鋅礦床位于宣城礦集區(qū)的中北部，昆山復(fù)式向斜之北東端（圖1）。長(zhǎng)山礦床的礦體主要呈似層狀、透鏡狀賦存于石炭系黃龍船山組（C2+3）細(xì)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r之間及白云質(zhì)灰?guī)r內(nèi)，礦化主要沿層間構(gòu)造滑脫面、裂隙展布。主要礦體1個(gè)，次要礦體及小礦體9個(gè)，總體向南東傾伏，自北西向南東埋深逐漸加大。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖 [10]Figure 1. Geological map of the study area[10]

2 礦石特征

研究區(qū)鉛鋅礦礦石發(fā)育有層狀和脈狀兩種類型。閃鋅礦-方鉛礦細(xì)脈較發(fā)育。主要礦石礦物為閃鋅礦、方鉛礦；次要礦物為黃銅礦、磁黃鐵礦，以及微量毒砂、銀黝銅礦等。巖相學(xué)特征顯示，長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床具矽卡巖鉛鋅礦床的礦物組合特征。

閃鋅礦是長(zhǎng)山-雙井礦床中最主要的礦石礦物，也是關(guān)鍵金屬Cd 等資源的主要載體礦物。在對(duì)不同礦石類型閃鋅礦的巖相學(xué)和礦物組合特征調(diào)查（圖2）基礎(chǔ)上，可將其從早到晚劃分為四個(gè)世代：

第一世代閃鋅礦（Sp1）：與石英、方鉛礦、磁黃鐵礦共生，環(huán)帶發(fā)育。顯微鏡下顯示閃鋅礦中出溶有細(xì)小的乳滴狀黃銅礦（圖2-c），由稍晚的方鉛礦充填，被Sp2 大量交代，部分被后期石英脈穿插。該類閃鋅礦是長(zhǎng)山-雙井礦床的主要類型，約占礦床閃鋅礦總量的25%。

圖2 長(zhǎng)山-雙井礦床四個(gè)世代閃鋅礦巖相學(xué)特征照片F(xiàn)igure 2. Petrographic photos of four generations of sphalerite ores from the Changshan-Shuangjing Pb-Zn deposit

第二世代閃鋅礦（Sp2）：與黃鐵礦、方鉛礦共生，環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育，少量黃銅礦出溶，被Sp3、Sp4 穿插交代，后期被脈石礦物穿插。該類閃鋅礦是長(zhǎng)山-雙井礦床的主要類型，約占礦床閃鋅礦總量的40%。

第三世代閃鋅礦（Sp3）：發(fā)育在Sp1、Sp2 的邊緣或者交代Sp1、Sp2，無(wú)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，無(wú)黃銅礦出溶，被后期方鉛礦充填。該類閃鋅礦是長(zhǎng)山-雙井礦床的主要類型，約占礦床閃鋅礦總量的30%。

第四世代閃鋅礦（Sp4）：他形充填于早期閃鋅礦中，形成時(shí)間明顯較晚。該類閃鋅礦占閃鋅礦總量的5%。

3 閃鋅礦中Cd含量分析

選取四個(gè)世代閃鋅礦代表性樣品開展了電子探針?lè)治鰷y(cè)試，其中Sp1 的Zn 含量在49.86%～61.71%，均值為54.56%（n=33）；Cd 含量在0.09%～0.43%，均值為0.30%。Sp2 的Zn 含量在50.86%～58.11%，均值為54.66%（n=46）；Cd 含量在0.09%～0.43%，均值為0.23%。Sp3 的Zn 含量在56.11%～64.76%，均值為61.39%（n= 27）；Cd 含量在0.14%～0.37%，均值為0.25%。Sp4 的Zn 含量在61.21%～66.51%，均值為64.45%（n= 13）；Cd 含量在0.12%～0.42%，均值為0.27%。長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床閃鋅礦從早到晚，具有Zn 含量增高、S、Fe 含量降低、Cd 含量無(wú)顯著變化的特征。

4 閃鋅礦中Cd預(yù)測(cè)資源量

在對(duì)長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床閃鋅礦地質(zhì)特征類型劃分、百分比估算基礎(chǔ)上，本文結(jié)合閃鋅礦的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果的均值，為其品位求得長(zhǎng)山-雙井礦床不同類型閃鋅礦中Cd資源量，進(jìn)而獲得該礦床閃鋅礦中Cd的預(yù)測(cè)資源量。據(jù)長(zhǎng)山-雙井礦床的勘探成果報(bào)告[11～12]，長(zhǎng)山-雙井礦床鋅（Zn）金屬總量為17688.51 t，其中長(zhǎng)山礦床為161122.78 t（平均品位7.85%），雙井礦床為15764.73 t（平均品位3.51%）。根據(jù)電子探針測(cè)得的長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床四種類型閃鋅礦的Zn 和Cd 數(shù)據(jù)，它們的Cd/Zn 比值分別為0.002251～0.006036（均值=0.004152，Sp1）、0.001543～0.007660（均值=0.004262，Sp2）、0.005026～0.007847（均值=0.006341，Sp3）、0.001824～0.006406（均值=0.004241，Sp4）。根據(jù)以下公式求Cd 資源量：

Cd 資源量=礦床的Zn 總資源量×閃鋅礦占比×（Sp1 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)×Cd/Zn 比值+Sp2 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)×Cd/Zn 比值+Sp3 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)×Cd/Zn 比值+Sp4 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)×Cd/Zn比值）

本次計(jì)算得出長(zhǎng)山-雙井礦床閃鋅礦中伴生Cd預(yù)測(cè)資源量為784.27 t（其中長(zhǎng)山714.37 t，雙井69.90 t）。長(zhǎng)山-雙井四種類型閃鋅礦伴生的Cd 預(yù)測(cè)資源量分別為213.51 t、270.00 t、197.28 t、33.59 t。

5 討論及意義

據(jù)長(zhǎng)山-雙井礦床的勘探成果報(bào)告[11]，Cd 作為伴生礦產(chǎn)，預(yù)估資源量為866.69 t（礦石量1751 293 t，平均品位0.049%），略高于本次估算結(jié)果，兩者相對(duì)誤差9.5%。產(chǎn)生這一差別的主要原因?yàn)椋孩贀?jù)選礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果，長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床中Zn 主要為硫化鋅（閃鋅礦98.30%）、鋅鐵尖晶石（0.93%）和氧化鋅（0.77%）三種類型，本次僅計(jì)算閃鋅礦中的Cd 含量；②在鉛鋅礦床中，除了主要載體礦物閃鋅礦外，Cd 也有少量賦存在方鉛礦、黃銅礦等其他硫化物礦物中?？梢?jiàn)，本方法估算閃鋅礦石中伴生Cd預(yù)測(cè)資源量是可信的。

目前工業(yè)上僅能回收利用閃鋅礦中Cd 資源，Cd的提取原料大多是伴生有Cd 的鉛鋅礦床冶煉過(guò)程中的副產(chǎn)品，約95%的Cd 是從鋅浸出產(chǎn)生的鎘渣中回收的[12]，對(duì)其他礦物中的Cd 尚無(wú)有效的回收利用技術(shù)。然而，目前Cd 往往都是作為伴生元素[13]，在礦體圈定過(guò)程中根據(jù)其全巖的品位進(jìn)行資源量估算，尚未見(jiàn)鉛鋅礦床研究中有閃鋅礦中Cd 資源量報(bào)道。本次工作在對(duì)長(zhǎng)山-雙井鉛鋅礦床系統(tǒng)的地質(zhì)觀察和電子探針?lè)治龌A(chǔ)上，計(jì)算出該礦床閃鋅礦中Cd 的可信資源量，這一研究成果將為該礦床后續(xù)開采過(guò)程中Cd的綜合利用提供有力依據(jù)。

近年來(lái)，我省鉛鋅礦床勘探調(diào)查取得了顯著進(jìn)展[6]，共發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦產(chǎn)地123 處，其中大中型鉛鋅礦床十余個(gè)，鋅查明金屬量5.8514×106t。然而，絕大部分鉛鋅礦床勘探過(guò)程中并未針對(duì)其工業(yè)利用的閃鋅礦中Cd的資源量進(jìn)行計(jì)算。因此，目前我省代表性鉛鋅礦床中閃鋅礦中Cd 的資源量尚不清楚，通過(guò)本文對(duì)長(zhǎng)山-雙井礦床閃鋅礦中Cd 資源量的計(jì)算，可為我省其他鉛鋅礦床閃鋅礦中Cd資源量估算提供借鑒，為我省乃至我國(guó)鉛鋅礦床開采利用Cd等資源量提供參考。

致謝：本文在野外地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中得到了華東冶金地質(zhì)勘查研究院張壽穩(wěn)教授、邢時(shí)航和葛心逸工程師的指導(dǎo)與協(xié)助，分析測(cè)試過(guò)程中得到了合肥工業(yè)大學(xué)王娟博士的幫助與支持，論文撰寫過(guò)程中得到了安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局張千明教授、萬(wàn)秋教授的建設(shè)性意見(jiàn)，在此一并致以衷心的感謝！