重庆大佛岩铝土矿床伴生钪的分布规律探讨

重庆大佛岩铝土矿床伴生钪的分布规律探讨
【摘要】通过对重庆大佛岩铝土矿床以往勘查的38个工程提取的118件铝土矿层副样为研究对象究，发现Sc钪在不同矿石类型的铝土矿、粘土岩以及铝土岩中均有稳定分布，且含量变化范围相似，没有在某种矿石中明显富集的趋势，与赋存的岩（矿）石类型、A12O3和A/S无相关关系；铝土矿及其伴生元素Sc 的迁移、富集和演化均受到当时的海陆交互沉积环境的制约，铝土矿中的钪很可能有两种存在方式：类质同象和离子吸附。

【关键词】钪；稀散元素；铝土矿；分布规律
引言
钪是一种典型的稀散型亲石元素，在自然界大多以类质同象或离子吸附的形式存在于其它矿物中[1-2]。

有研究表明，钪以类质同象形式存在于铝土岩（矿）矿物和粘土矿物之中；可能以类质同象、离子吸附和超显微非结构混入物三种形式赋存于碎屑锆石[3]；在Al2O3的生产过程中，稀土主要富集于尾矿赤泥中[4]。

通过历次的地质矿产工作，发现重庆大佛岩铝土矿床赋矿地层存在钪富集的现象，对铝土矿中伴生元素的综合利用不仅可增加企业的经济效益，还可促进环境保护工作。

因此，选取大佛岩矿区铝土矿含矿层位的粘土岩、铝土岩、铝土矿为研究对象，探讨铝土矿含矿岩系钪的赋存形式及富集规律。

1 地质概况
1.1 构造
重庆大佛岩铝土矿床位于重庆市南川区东部，长坝向斜西南扬起端，属黔北—渝南铝土矿成矿带北段，该成矿带呈北北东向从贵州务正道地区向北东延伸至重庆南川、武隆等地。

该地区发育一系列燕山运动形成的北北东向大型格挡式褶皱及大断裂，铝土矿露头受这些大型褶皱控制（见图1）。

长坝向斜较为宽缓开阔，南东翼倾角为20?～35?，北西翼为30?～45?，扬起端倾角11?～30?。

1.2 地层
重庆大佛岩铝土矿床位于长坝向斜西南扬起端，最新地层为三叠系下统嘉陵江组（T1j）和飞仙关组（T1f），两翼渐老，依次为二叠系上统龙潭组（P3l）、长兴组（P3c），中统栖霞组（P2q）、茅口组（P2m），二叠系中统梁山组（P2l），最老为志留系中统韩家店组（S2h）地层（据全国地层委员会最新资料，现改划为早志留世紫阳期早、中期，本文暂忽略此问题）。

1.3 矿体地质特征
大佛岩矿区包括Ⅰ号（大佛岩～灰河）、Ⅱ号（灰河）、Ⅲ号（川洞湾）三个
主矿体。

Ⅰ号矿体是矿区主要矿体，呈层状、似层状，平面形态呈不规则状，展布于长坝向斜南东扬起端及南东翼，长轴呈北西～南东展布，长2890～5060m，短轴呈北东展布，宽2410m～2740m。

Ⅱ号矿体规模在三个主矿体中为最小，位于灰河矿体南东角长轴呈南北向展布，倾向12?，倾角27?。

Ⅲ号矿体呈透镜状，平面形态不规则，展布于长坝向斜北西翼，大矸坝逆冲断层上盘，长轴呈北西～南东展布，长2260m，宽180m～550m。

本矿区含矿岩系均具有底部为与基岩的过渡层，下部为含铁多的铝土质粘土岩，中部为铝土岩（矿），上部为粘土岩，顶部为炭质页岩的层序特征。

其矿石自然类型分为土状（含半土状）、豆鲕砾状、致密状、碎屑状四种。

其中以土状铝土矿石质量最好，豆鲕砾状次之，致密状和碎屑状铝土矿石相对较差。

矿物组成主要有硬水铝石、高岭石、绿泥石等；次要矿物有软水铝石、铝凝胶、三水铝石、伊利石、菱铁矿、赤铁矿、针铁矿；含硫铝土矿中含硫矿物主要为黄铁矿。

铝土矿矿石中最主要的铝矿物是一水硬铝石，在矿石中常呈无色、浅黄色、浅褐色、浅绿色，常呈集合体状产出。

2 样品采集和分析
本次研究于重庆大佛岩铝土矿以往勘查的38个工程中提取118件铝土矿层副样，由国土资源部西南矿产资源监督检测中心采用X射线荧光光谱法完成钪元素分析工作。

使用仪器为AXIOS X荧光光谱仪。

测试前处理过程中，样品粉碎至200目以下，在105℃的条件下烘干2小时，称取4g样品放于模具中，用聚乙烯粉末镶边垫底，加压4.0Ps保持15秒，制成试样直径为32mm的圆片，写上编号放入干燥器中上机测定。

3 铝土矿中钪的分布规律
3.1 钪含量变化特征
用数据网格化（data gridding）处理后，做钪、的等值线图（图2）。

据图2，本区伴生钪18.60～79.4×10-6，平均39.28×10-6；总体展现了呈北西向展布的高低间值区带趋势，含量变化不大。

3.2 钪与矿石类型的相关性
对区内铝土矿土状矿石取样6件，豆（鲕）状矿石取样2件，致密状矿石取样2件，砾屑状矿石取样1件，高领石粘土岩6件，绿泥石粘土岩17件，铝土岩21件，粘土岩27件。

通过钪含量变化与不同类型矿石关系的分析，表明，钪在不同类型铝土矿、粘土岩和铝土岩中均有较稳定的分布，且钪含量变化范围相似，如图3所示。

土状、豆鲕状、致密状、砾屑状是区内铝土矿的主要矿石类型，钪含量变化没有在这几种矿石类型中偏高的趋势，说明，本区钪的分布与铝土矿无相关关系。

3.3 钪与Al2O3、A/S相关性
A12O3和A/S值是评价铝土矿质量的重要标准，A12O3和A/S值越高，则铝土矿越富。

如图4分析表明，区内钪的分布，与铝土矿贫富无相关关系。

4 讨论与总结
（1）通过文献资料了解，南川大佛岩铝土矿属碎屑岩系侵蚀基准面之上的沉积型铝土矿床，主要缘于广西运动（加里东构造阶段的重要一幕）导致滥坝—贵阳—三穗深大断裂带以北广大地区海水退却，并长期隆起为陆[5]，导致泥盆纪—石炭纪地质历史时间达60余Ma的红土风化剥蚀，随后水平面上升，韩家店组成为物源，铝土矿发育于其上，并在含矿岩系底部形成底砾岩；之后，水面继续上升，河流相发育，流水将含三水铝石的红土风化壳物质冲刷、搬运至陆缘近海湖环境沉积下来，发育滨湖、浅湖等亚相；铝土矿含矿岩系沉积晚期的一次海退作用使顶部已固结成岩的铝土矿再次冲刷、剥蚀，并在含矿岩系之上形成河道滞留砾石沉积；伴随着新一轮的海进作用，于冲刷河道之上发育沼泽相炭质页岩，为本区的钪富集营建了良好环境。

故而，本区钪的迁移、富集和演化都要受到当时的海陆交互沉积环境的严格制约，铝土矿中的钪很可能是以类质同象形式和离子吸附两种形式存在于矿物之中。

（2）据区域地质资料及前人研究成果[7，8]显示，渝南-黔北地区铝土矿沉积环境为海陆过渡环境，且含矿岩系出现黄铁矿和白铁矿，说明铝土矿形成于较封闭的环境，离海岸线较远，是一个海水硫酸盐供给不充分的水盆，属于滨海湖相沉积。

重庆大佛岩铝土矿区位于这个环境的边缘地带，在整体环境处于较封闭的相对静水条件下，矿区里的钪会以类质同象或者离子吸附两种形式存在于铝土质源岩的矿物之中，随着地壳的升降运动，成矿环境在氧化-还原条件下来回动荡。

含矿岩系下部铁质粘土可能主要为原地风化残留形成，而铝土矿则是经历了搬运、沉积，并在成岩（矿）期和成岩（矿）后生改造期物理化学的综合作用影响下，三水铝石经过脱硅去铁去硫等变质作用形成一水硬铝石。

此时钪与稀土元素可能以类质同象形式进入铝土岩（矿），或者以离子吸附形式赋存于其他矿物周围，进而形成了铝土矿钪矿床。

（3）对重庆大佛岩铝土矿床伴生钪分布规律的研究表明，钪含量范围为18.60～79.4×10-6，平均39.28×10-6；钪在不同矿石类型的铝土矿、粘土岩以及铝土岩中均有稳定分布，且含量变化范围相似，没有在某种矿石中明显富集的趋势；钪含量没有随着A12O3和A/S值的增加而增高，钪含量变化与铝土矿贫富无相关关系。

重庆铝土矿资源丰富，其伴生元素钪、镓等在铝土矿冶炼过程中所产生的赤泥中更为富集，这些伴生元素潜在的经济价值，在某种程度上甚至会超过主导产品氧化铝的价值。

这对开发本区及渝南中低品位铝土矿，提高矿产资源综合利用价值，促进经济发展，有着重要的现实意义。

参考文献：
[1]朱敏杰，沈春英，丘泰.稀有元素钪的研究现状.材料导报，2006，20（Ⅵ）：379-381[Zhu Minjie，Shen Chunying，Qiu Tai.Research State of Lanthanon-Scandium.Materials Review，2006，20（Ⅵ）：379-381]
[2]廖春生，徐刚，贾江涛，等.新世纪的战略资源—钪的提取与应用.中国稀土学报，2001，19 （4）：289-297 [Liao Chunsheng，Xu Gang，Jia Jiangtao，et al.Recovery and Application of Scandium-A Strategic Resource of New Century.Journal Of The Chinese Rare Earth Societ，2001，19 （4）：289-297]
[3]廖春生，徐刚，贾江涛，等.新世纪的战略资源—钪的提取与应用.中国稀土学报，2001，19（4）：289-297.
[4]刘平.黔北务—正—道地区铝土矿地质概要[J].地质与勘探，2007，43（5），32。