钒矿在下寒武系赋矿岩性层中的富集规律

摘要:南秦岭东段广泛分布着寒武系黑色岩系,文章通过对山阳县的中村钒矿、双河钒矿和商南县水沟钒矿、湘河钒矿等典型矿床钒矿富集规律,简要介绍钒的形成环境、存在形式、赋存状态、控制因素和钒在下寒武系地层各赋矿岩性层中的分布特点。 下载论文网
  关键词:钒矿开采;寒武系;富集规律
  中图分类号:P618 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)10-0083-02
  钒是一种银白色金属,是电的不良导体,具有增强合金强度、降低热膨胀系数的特点,可耐盐酸、稀硫酸、碱溶液及海水的腐蚀。作为钢铁的合金组分,钒广泛应用于钢铁工业,可细化基体晶粒。在非铁合金中,钒用来制造钛合金,用于航空工业。同时,五氧化二钒还广泛用作生产硫酸、精炼石油、制造染料等有机、无机氧化反应的催化剂。
  总之,金属钒及五氧化二钒主要应用于钢铁工业和化学工业,在国防、国民经济建设中起着重要的作用。
  1 地质背景
  南秦岭东段发育下古生界寒武系一套深灰―黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩等沉积岩组合,产出的矿产主要有钒、铁、钼、镍、铀等金属矿和蓝石棉、重晶石、金红石等非金属矿,矿产类型以沉积型为主,在陕西南部的山阳县、商南县境内出露面积较大。
  目前,区域及区内已知钒矿均产于下寒武系碳硅质岩系中,沉积成因,严格受地层层位及岩性控制,为一套浅海相陆缘碎屑与生物碎屑碳酸盐沉积岩层,属泥质碎屑岩夹碳酸盐岩沉积建造,此为层位标志。
  2 钒的形成环境、存在形式、赋存状态及控制因素
  据化学分析结果,V2O5主要赋存于黑色岩系内,黑色岩系是含矿层、贮矿层。依据岩石成份、结构、构造分为三种钒矿石:碳质粘土岩型、硅质岩型、硅质岩与碳质粘土岩的过渡型。
  2.1 形成环境和控制因素
  钒矿沉积于碳、硅质黑色岩系中,其沉积环境应是在一个水流不畅、缺氧环境下的海盆地、海湾、凹陷等闭塞还原环境。
  (1)成矿物质来源。含钒地层与下震旦统耀岭河群地层分布范围基本吻合,展布上形影相随。在震旦系与寒武系平行不整合接触带风化壳上采集基岩光谱样分析,钒含量400~500ppm,含量高于克拉克值几十倍,区域地球化学测量也反映了高背景带,说明震旦系地层有钒物质存在,经风化剥蚀后,为沉积提供了物源。
  从钒元素的赋存状态看,钒以吸附状态和类质同象存在于粘土岩的高岭石、水云母中,且以类质同象为主,说明钒在成岩过程中进行了再分配,即在温度压力升高的情况下大量呈吸附状态的钒以V3+方式取代粘土矿物中Al3+部分空间,形成含钒粘土矿物。因此钒矿的形成包括了沉积富集和成岩改造两个阶段。
  (2)沉积特征明显。钒矿体产于下寒武统碳硅质岩系中,层位稳定,呈层状、似层状,产状与围岩一致,显示沉积特征。矿体具多层性;矿体与围岩呈渐变过渡关系,围岩未见蚀变,脉体不发育;矿物组分简单,主要矿物组成为石英和粘土矿物。
  2.2 存在形式与赋存状态
  经岩矿鉴定,未见独立的钒矿物。据中村钒矿床详查报告,硅质岩型、碳质粘土岩型矿石,电渗试验证明,钒元素与矿石中的粘土岩有关,钒以吸附状态和类质同象存在于粘土岩的高岭石、水云母中。在硅质岩型和碳质粘土岩型矿石中,钒以吸附状态存在者分别占25.83%和66.38%,以类质同象存在者占74.17%和33.26%。
  3 矿石质量和矿石类型
  3.1 矿石自然类型
  (1)碳质粘土岩型。矿石浅灰色,未脱碳的为黑色,主要由粘土矿物组成,其中24%为水云母和高岭石,15%为碳质,这类矿石的含钒高低就粘土情况而定,含粘土量越多,品位越高。矿石极易风化,但不影响V2O5质量,该类矿石的V2O5含量一般在0.6%~1.2%,高者达2%。
  (2)硅质岩型。矿石灰色,薄层状,易碎,普遍夹0.2~0.5厘米的粘土质条带,由硅质岩和粘土岩两部分组成,其成份主要为石英,占75%~95%,其次为粘土矿物。该类矿石的V2O5含量一般在0.5%~0.7%间,高者可大于0.8%。
  (3)硅质岩与碳质粘土岩的过渡型。该类矿石是由薄层硅质岩与碳质粘土岩、粘土岩互层形成,主要分布于硅质岩与粘土岩的过渡地段,一般厚2~3米,V2O5含量一般都在0.5%~0.8%。
  3.2 矿石的结构、构造
  碳质粘土岩型,钒矿石主要为泥质结构,显微鳞片变晶结构。硅质岩型钒矿石主要为隐晶―微晶结构;矿石的构造为层状、微层状构造,少数为角砾状构造。
  3.3 矿石矿物成份及化学成份
  (1)矿石矿物成份:
  硅质岩型:由硅质岩和粘土质条带组成,主要矿物成分为石英75%~95%,次为粘土矿物,如水云母、高岭石,二者紧密共生。石英多呈微粒状,粒径小于0.02毫米;高岭石呈针状,粒径小于0.3毫米,水云母(伊利石)粒径小于0.03毫米。
  碳质粘土岩型:主要由水云母、高岭石组成,总含量74%;次为15%的碳质呈粉尘状分布于水云母、高岭
  石中。
  (2)矿石化学成份:
  各类型矿石化学分析结果见表1。
  从表1可以看出:富矿石含铝、钾高,钙低;贫矿石含铝、钾低,钙高,表明钒与钾、铝有关,并呈正相关变化。
  4 结语
  综上所述,钒矿的富集主要具有以下几个特点:
  (1)赋存于下寒武系地层的炭硅质岩、碳质粘土岩,受地层和岩性控制。
  (2)不同地段,钒在各赋矿岩性中的含量有差异,有的主要富集在硅质岩,有的主要富集在碳质粘
  土岩。
  (3)未见独立的钒矿物,钒离子以吸附状态和类质同象存在于粘土岩的高岭石、水云母中。
  (4)它与岩石中的钾、铝呈正相关变化。
  参考文献
  [1] 范德廉,张涛,叶杰,等.中国的黑色岩系及其有关矿床[M].北京科学出版社,2004.
  [2] 张本仁,陈德兴,等.陕西柞水―山阳成矿带区域地球化学[M].武汉:中国地质大学出版社,1989.
  作者简介:程德进(1968―),男,陕西西乡人,陕西省核工业地质局二二四大队工程师,研究方向:花岗伟晶岩型铀矿地质勘查。

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