河北丰宁招兵沟铁磷矿床地质及综合利用前.pdf

①本文为国土资源大调查项目的部分成果，项目编号1212010331002 * 第一作者简介夏学惠（1955～） ，男，主要从事矿床地质研究与评价工作，教授级高级工程师 收稿日期2004-11-29 地质矿床 河北丰宁招兵沟铁磷矿床地质及综合利用前景 ① 夏学惠* 魏祥松 中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754 提 要 河北丰宁招兵沟铁磷矿床为赋存于太古宇绿岩带内低品位特大型矿床。 含磷岩系具近似绿 岩带下部火山岩群的特点。铁磷矿体呈层状，大的透镜状产出，还伴生 Ti、V 等有益元素。矿石选 矿回收性能良好。 通过对该区当前内生低品位铁磷矿开采情况的调查， 认为我国北方低品位铁磷矿 综合利用前景乐观。 关键词 太古宇绿岩带 铁磷矿床地质 综合利用 中图分类号 P619.213P618.31∶TD98 文献标识码 A 文章编号 1006-5296 （2005） 01-0001-05 随着中国经济快速发展， 市场对矿产品需求 的扩大得到体现。 矿床的综合利用与开发已成为 广大开发商家的共识。进入 21 世纪以来，我国 钢产量不断提高，到 2003 年，我国钢产量达到 2.2 亿 t，预测 2004 年，钢产量将达到 2.6 亿 t。 由于钢产量的增加，国产铁矿资源严重不足，目 前，我国铁矿石自给率仅为 51.6 【1】 。在地质、 选矿科技人员与商家的共同努力下， 原来低品位 非矿的铁磷矿床，目前普遍得到综合利用与开 发。仅从北方低品位内生铁磷矿开采情况统计， P2O5品位在 3，TFe 品位在 13的铁磷矿床均 在开采之列，其开采经济价值显著。因此，加强 中国北方低品位内生铁磷矿综合勘探与研究尤 为重要。 现以可称作中国北方低品位铁磷矿典型 的招兵沟铁磷矿床为例，阐述如下。 1 成矿构造环境背景 招兵沟超大型铁磷矿床主要产于太古宙克 拉通华北陆核区。华北古陆核系由绿岩-花岗岩 地体和深变质的高级变质岩组成。 铁磷矿产于绿 岩建造内，含磷岩系位于单塔子群下部，含磷岩 组主要为单塔子群白庙组。 单塔子群南店子组斜 长角闪岩、黑云片麻岩中的角闪石和全岩测得 K-Ar 同位素年龄为 2435Ma、2745Ma（河北区 调二队） ， 它们的原岩形成年龄应相当于2500Ma 【2】 。 所产铁磷矿与绿岩带基性火山岩及超镁铁质、 镁 铁质岩有关，这种类型的铁磷矿，可称为绿岩带 型铁磷矿床。 2 铁磷矿床地质特征 2.1 含矿地层与原岩特征 丰宁铁磷矿产于太古宇单塔子群白庙组。 单 塔子群主要由黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩、 条 带状磁铁石英岩及少量大理岩组成， 厚度 8500～ 14 000ｍ。自下而上划分为白庙子组、凤凰咀组 和南店子组。白庙子组（含磷岩系）以基性火山 岩为主，含有超镁铁质、镁铁质岩。 白庙子组含磷岩系出现 5 层含磷层。 含磷岩 石（铁磷矿体）乃闪辉钛磁铁磷灰岩、磷灰角闪 片麻岩、磷灰黑云角闪岩等，单层厚 1～35ｍ， 最厚达 140ｍ， 其原岩系镁铁质岩和超镁铁质岩。 其它为斜长角闪岩、斜长片麻岩等，其原岩为基 性到酸性火山岩，这套含磷岩系地层及岩石组 合，近似于绿岩带剖面下部火山岩群特点。 第 27 卷 第 1 期 化 工 矿 产 地 质 Vol.27 No.1 2005 年 3 月 GEOLOGY OF CHEMICAL MINERALS Mar.2005 2 化 工 矿 产 地 质 2005 年 从化学成分（表 1）看，矿石 SiO2含量低， 一般小于 40，TiO2与 FeO＋Fe2O3含量高，前 者可达 6.57，后者在 15以上，最高达 26， 属于超镁质、镁铁质岩范畴。 表 1 太古宙绿岩带型铁磷矿矿石化学成分 Table 1 Chemical composition of iron/phosphate ores of greenstone belt type in Archaeozoic era 化 学 成 分（） 岩（矿）石类型 SiO2 TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaO P2O5 Na2O K2O 闪辉钛磁铁磷灰石矿 37.37 5.409.3312.038.480.335.709.62 4.43 1.33 0.93 斜闪钛磁铁磷灰石矿 32.75 6.576.9215.3313.800.193.466.29 3.50 1.11 0.78 斜闪钛磁铁磷灰石矿 38.06 4.879.2115.109.520.244.459.50 3.25 1.51 0.84 斜闪钛磁铁磷灰石矿 39.39 3.305.7913.409.420.184.239.35 3.64 1.50 1.17 闪辉钛磁铁磷灰石矿 33.36 6.078.5519.178.080.484.996.27 5.21 1.13 116 混合质黑云角闪斜长片麻岩 49.53 1.2516.055.377.490.126.368.86 0.16 2.93 0.58 注化学分析由中化地质矿山总局中心实验室完成 2.2 矿石与围岩的岩石化学特点 绿岩带型铁磷矿床的一个突出特点是层控 性十分明显，绿岩建造控矿，绿岩带就是铁磷 矿成矿带。通过矿石与围岩样品的岩石化学分 析结果及尼格里系数图解表明，大部分黑云角 闪岩、角闪黑云片麻岩、斜长角闪岩等岩石的 al-alk 值小于 16，c 值小于 26，在 al-alk∶c 的 图解上落点于细碧岩-玄武岩区， 同时 K 值多界 于 0.20～0.35 间，表明更接近于安山玄武岩-玄 武岩。该类磷矿地质上的一个特点是，矿体与 围岩实际上是被混合花岗岩包围或呈混合残留 体存在，常常可以看到几米、几十米和几十公 里延伸的含磷岩系悬浮在混合花岗岩或混合岩 中 【3】 ，矿体或含磷地层与混合花岗岩接触常见 有交代现象。 2.3 矿体地质特征 招兵沟铁磷矿床由近东西向向西倾伏的倒 转背斜构成（图 1） ，含铁磷矿化地段长约 5～ 6km，宽 100～2000m。矿体呈层状，大的透镜 状，产状与南北两翼地层产状基本一致。目前已 图 1 招兵沟铁磷矿床地质略图 Fig.1 Diagrammatic geological map of Zhaobinggou iron/phosphate deposit （据河北省地质局四队 1975 年资料修编） 1. 含铁磷层；2. 钛磁铁磷灰石矿体（TiFeP） ；3. 混合质黑云角闪斜长片麻岩；4. 混合质角闪黑云斜长片麻岩；5. 含磷黑云斜长角闪片麻岩； 6. 二云二长混合花岗岩；7. 浅粒岩；8. 混合花岗岩；9. 角闪石岩；10. 磁铁石英岩；11. 伟晶岩；12. 辉绿岩；13. 煌斑岩；14. 侏罗系； 15. 第四系；16. 向斜轴线；17. 片麻理产状；18. 实测（推断）地质界线；19. 实测（推断）断层；20. 村庄位置 圈出 5 层磷铁矿体，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层矿基本平 行，Ⅴ层矿受构造破坏形态呈不规则状，一般倾 向北，倾角在 80左右。矿体沿走向和倾向变化 较稳定。Ⅰ层矿断续分布，长 1440m，厚 1.0～ 28m；Ⅱ层矿，长 2250m，厚 23～102m，Ⅲ、 Ⅳ、Ⅴ层矿受构造及混合岩化破坏较严重。矿体 与围岩均遭受区域变质及混合岩化作用， 导致二 者区分困难 2.4 矿石物质组分特征 2.4.1 矿石矿物组成 主要矿石矿物为磷灰 石、磁铁矿、钛铁矿，脉石矿物主要为普通角闪 石、辉石、黑云母、斜长石、微斜长石，少量石 英、黄铁矿、黄铜矿、榍石、锆石、绿泥石、绢 云母等。 2.4.2 矿石化学组成 矿石化学组成见表 2， 其 中 P2O5含量变化在 3.69～5.23，TFe 含量变 化在 13.14～23.10， TiO2含量变化在 4.66～ 7.83。 表 2 磷铁矿矿石平均化学品位（） Table 2 Average chemical grade （） of iron/phosphate ores 矿层编号 矿石类型 P2O5 TFe TiO2 V2O5 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 闪辉钛磁铁磷灰石 斜闪钛磁铁磷灰石 斜闪钛磁铁磷灰石 斜闪钛磁铁磷灰石 闪辉钛磁铁磷灰石 4.28 4.13 3.83 3.69 5.23 21.92 14.29 13.45 13.14 23.10 7.83 5.21 4.67 4.66 6.77 0.021 0.098 0.074 0.088 0.222 注化学分析据河北省地质局四队资料 2.2.3 矿石类型与结构构造 （1）矿石类型 按矿石矿物组成特点，本 区主要矿石可分为闪辉钛磁铁磷灰石型、 斜闪钛 磁铁磷灰石型、 黑云母斜闪钛磁铁磷灰石型和钛 磁铁磷灰石型等四种类型， 每种类型根据矿物组 分与结构构造不同可明显区分。 （2）矿石结构构造特征 矿石构造主要 有块状、条带状、网状、片麻状等构造。矿 石结构主要有片柱变晶结构（磷灰石呈自形 柱状分布在暗色矿物条带内） 、陨铁结构、平 行连晶结构（钛铁矿中普遍出现赤铁矿的平 行连晶） 、固溶体结构（磁铁矿中出现钛铁矿 固溶体） 。 3 综合利用前景分析 3.1 铁、磷、钛、钒可选性及综合回收 目前招兵沟铁磷矿床，已建成多家铁选厂， 采用磁选法选出的磁铁矿品位达 66， 全部供给 首钢。 对于该类型铁磷矿， 根据张家口中心实验室 选矿结果，采用浮选法，首先选出磷精矿，再经 重选得到铁钛的混合精矿，最后磁选分离。通过 选矿可获得主要经济技术指标见表 3。 表 3 招兵沟铁磷矿选矿指标统计表 Table 3 Slatistics table of ore dressing index of Zhaobinggou iron/phosphate deposit 化学成分 P2O5 TFe TiO2 原矿品位（）5.22 15.77 6.57 精矿品位（）31.08 58.04 40.67 回收率（） 91.62 46.17 33.46 注据张家口中心实验室资料 为了达到铁磷综合利用目的， 首钢矿山总公 司委托中化矿山地质总局地质研究院矿产资源 开发利用研究室，对选铁尾矿，采用浮选进行选 磷试验，实验表明，通过一次粗选一次扫选二次 精选的中矿集中返回闭路浮选流程，原矿 P2O5 品位在 3.34，可获得 P2O5品位 33.18的磷精 矿，回收率达 96.77，经济效益较好。 3.2 我国北方低品位磷矿开发利用前景 3.2.1 北方低品位磷矿的特点 我国北方低品 位磷矿中一般都含有 Fe、Ti、V、稀土等有益伴 生组分，有的伴生元素和矿物超过了磷矿的价 值，构成了综合性矿床或以别的矿为主，以磷为 辅的矿床，潜在价值大；此类矿大部分矿体裸露 地表，适于露天开采，露采储量约占 80左右， 矿石易磨易选，选厂基建投资小；可就地采选、 制肥、利用，交通运距短。这些优势将不同程度 地补偿了北方内生磷矿矿石低贫的劣势。在“以 优补劣”的经营方针指导下，使得大部分磷矿能 得到合理开发利用。 随着铁磷综合利用前景的扩大， 北方低品位 磷矿开发趋势不断扩大。 近 40 年来，北方低品位磷矿找矿工作取得 了一定成就，累计探明远景资源量 27 亿 t。占全 国总储量的 12。 探明储量中， 晶质磷灰石矿 （包 第 1 期 夏学惠 魏祥松河北丰宁招兵沟铁磷矿床地质及综合利用前景 3 4 化 工 矿 产 地 质 2005 年 括内生磷矿， 变质岩浆型磷灰石矿及基性火山岩 变质磷灰石矿）占 93，该类型磷矿品位一般都 很低，P2O5含量 3～6。但具有以下优点矿 点多，分布范围广，大、中、小型均有，便于就 近开采，埋藏浅，有的甚至出露地表，开采及水 文地质条件简单，适于露天大规模开采。作为主 要利用对象的晶质磷灰石， 易于选矿富集成磷精 矿。矿石中除磷外，许多伴生组分潜在价值大。 虽然品位普遍低， 但往往有一定数量的富矿体存 在，开采时能提高原矿的入选品位。 3.2.2 北方低品位磷矿开发利用前景 磷矿是 一种非再生资源， 因此有效地开发利用现有矿产 资源就显得特别重要。为此，就低品位磷灰石矿 的开发利用前景提出如下几点意见 （1）坚持采选配套、矿肥结合或酸、矿、 肥结合的道路，这是开发低品位磷矿，过好经济 关的重要途径。 （2）提高综合利用的程度，对突破低品位 磷矿具有十分重要的意义。 低品位晶质磷矿中不 同程度的含有铁、钛、钒、稀土、铌、蛭石等有 益伴生组分，其含量一般较高，如加以综合回收 利用，价值是很大的，这是北方低品位晶质磷矿 开发利用的重要技术路线。 辽宁建平乌兰乌苏磷矿的经验是 “综合回 收磷、铁精矿，以铁补磷” 。该矿原矿 P2O5含量 3～4。TFe 含量 11～14。采用浮选、磁 选联合流程，每生产 1t 磷精矿，可回收 0.7t 磁 铁矿粉矿。 内蒙古固阳文格气超基性岩体， 为一大型蛭 石矿和中型低品位磷灰石矿， 并含有磁铁矿以及 Pt、 Pd 等贵金属。 经内蒙地质局实验室选矿试验， 蛭石用反复破碎筛分可获得不同粒度的蛭石产 品，尾矿用一粗一精的单一浮选流程，可获得 36的磷精矿（原矿 P2O5 3.28） ，回收率达 92.78。如果加以综合利用，将会大大提高该矿 的开采价值。 河北省赤城县小张家口超基性岩体铜、磷 矿，具良好连续性，含量较稳定，此外钒、磁铁 矿等分布也较普遍， 仅Ⅲ号矿化带磷矿石储量为 7130 万 t，伴生铜金属储量 42 450t，伴生 V2O5 储量 26 352t。 经选矿试验效果较好， 可以综合回 收。采用浮选法，优先选铜后再选磷，尾矿砂经 磁选得钒铁精矿（见表 4） 。 表 4 小张家口磷矿选矿指标统计表 Talbe 4 Statistics table of ore dressing index of Xiaozhangjiakou phosphate deposit 化学成分 P2O5 Cu TFe V2O5 原矿品位（）2.90 0.10 13.20 0.13 精矿品位（）32.008.02 56.17 0.60 回收率（） 87.9855.72 63.13 65.60 注据张家口中心实验室资料 低品位内生磷矿的选矿比都很低，一般为 （8～12）∶1，大量尾矿堆积，占用土地，造成 公害，这也是大规模开采带来的矛盾。应着力研 究如何变废为宝，利用尾砂制造建筑用砖、作耐 火材料以及铸石原料等， 都可能成为未来利用的 途径。 总之，应加强综合利用的试验研究工作，不 断提高磷灰石矿综合利用水平。 这无论是对提高 资源的利用程度， 还是对改善低品位磷矿的经济 效益，都具有十分重要的意义。 （3）加强矿石工艺性能研究，进行矿山规 模和选矿工艺流程的试验， 以最佳的工艺流程获 得最好的技术经济指标，不断提高精矿品位，为 制取高效磷肥打下基础。 （4）岩浆型磷灰石矿普遍含有稀土，总量 一般为千分之几至百分之几。 稀土微肥在农业上 的应用经过我国科学工作者多年研究， 已取得了 重大的进展，通过农田大面积的施肥试验，用量 少，效果明显 【4】 。小麦每亩（0.067km2下同） 增产约 15kg，水稻每亩增产 20kg，一些经济作 物施用后效果更加显著。 而且证实了稀土微肥对 土壤没有污染，不会增加土壤中的放射性，施用 稀土微肥后的农作物果实，对人体没有任何毒 害，因此“稀土磷肥”的应用前景可观。这无疑 又进一步提升了此类磷矿石的潜在价值。 进年来随着铁矿价格的攀升， 目前北方低品 位铁磷矿的综合利用已取得全面进展， 经济效益 可观。 综上所述，只要充分认识低品位晶质易选磷 矿开发利用的重要性和可能性， 按照正确的技术路 线办事，贯彻“采选配套，矿肥结合，综合利用” 的方针，北方低品位磷矿开发前景是十分可观的。 从目前对原被列为非矿的铁磷矿开发利用的 市场信息可以反映出， 当前一些地质勘查工作落后 于市场的需求， 尤其是突现出现在一些规范、 指标 在某种程度上尚存单一、 刻板的弊端， 远跟不上活 跃的市场的步伐。 由此可见矿产地质工作的与时俱 进，就必须研究市场，跟进市场，及时对相关工作 做出调整，才能够让我们的矿产地质工作不辱使 命，沿着更宽广的道路为经济建设服务。 参 考 文 献 1 陈建栋. 加强国产铁矿开发[N]. 光明日报，2004-03-09 2 天津地质研究所. 冀东早前寒武地质[M]. 天津天津科学技术出版社，1984. 24～33 3 东野脉兴. 中国北方早、中前寒武纪磷矿地质、矿床成因与区域成矿规律[J]. 化工地质，1988，10（2） 4 王华年. 矾山磷矿稀土磷肥通过认证[N]. 中国化工报，1997-09-24（2） COMPREHENSIVE UTILIZATION AND ITS GEOLOGY OF ZHAOBINGGOU IRON/PHOSPHATE DEPOSIT IN FENGNING HEBEI PROVINCE Xia Xuehui Wei Xiangsong Geological Institute of Bureau of Geology and Mining of China Chemical Industry Zhuozhou, Hebei, 072754, China Abstract The Zhaobinggou iron/phosphate deposit in Fengning Hebei province hosts in greenstong belt of Archaeozoic era, is a unigue huge deposit with low grade. The characters of phosphorus-bearing rock series are similar to the volcanic roch in the lower part of greenstone belt. Iron/phosphate orebody associated with useful elements like Ti , V. etc. , take the shape of stratify , expecially occurences in the of lenticle. It is good for ore dressing recovery and the investigation of exploiting of endogentic iron/phosphate deposits with lower grade shows It is great prospects of the comprehensive utilization in the north of China. Key word greenstone belt of Archaeozoic era，geology of ore deposit，comprehensive utilization ～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～ 利用微生物技术提高矿产资源利用率 据中国化工报消息，一个有关微生物冶金技术的基础研究项目近日在中南大学启动。这一研究 表明我国正在通过高技术手段来提高矿产资源率。 项目首席科学家、中南大学教授邱冠周说，微生物冶金是目前的前沿科学技术，这一技术的特点是 利用微生物将矿石中有价元素选择性浸出，直接制备高纯金属及其材料。 我国矿产资源紧缺，富矿多数已开发利用。对于有限的矿产资源，传统技术资源利用率很低，经济 可采率还不到 30， 另有 70的资源如果想得到充分利用， 就必须依托新技术来完成。 邱冠周介绍， 微生物冶金技术将提高矿产资源利用率两倍以上。以铜为例，我国铜的保有储量 6917 万 t，传统的采选 冶金技术资源开发率只有 28左右，而利用微生物冶金技术开发率接近 100。 目前，我国在微生物冶金应用方面刚刚起步，由于国内有 90为复杂低品位原生硫化矿，因此这 一技术的应用前景十分广阔。 杨 玲 摘编 第 1 期 夏学惠 魏祥松河北丰宁招兵沟铁磷矿床地质及综合利用前景 5