南召—泌陽金紅石礦帶金紅石賦存規律

王頂明，李 沛，汪慧軍，沈敬帆

（河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院，河南 許昌 461000）

0 引言

河南省南召—泌陽金紅石礦帶是我國重要的金紅石礦帶之一，資源量巨大。1974年以來，多家地勘單位和科研院所先后對帶內的多個金紅石礦區進行了從預查到詳查多階段的地質勘查和不同級別的選礦試驗研究工作。但時至今日，仍為呆礦。究其根源，主要有3方面的原因，其一是礦石中的金紅石粒度較細，較難選；其二是以往地質礦產評價工作與選礦試驗研究工作結合不夠緊密，且對本礦帶金紅石的賦存狀態、嵌布特征及易選金紅石的賦存規律認識不清，未找到與選礦工藝相匹配的大規模粗粒金紅石礦體；其三是選礦工藝落后，用酸洗法提高金紅石粗精礦品位造成的環境污染問題難處理等。在河南省國土資源廳地質礦產科技攻關項目“南召—泌陽金紅石礦帶首采選區與可選性評價”（編號：［2006］26419）的資助下，我們對南召—泌陽風化殼型金紅石礦帶的金紅石賦存規律和選區方法等方面進行了新探索并有所突破；以此為基礎，通過研究新的選礦方法，尤其是以微生物提純金紅石粗精礦為亮點的金紅石選礦工藝流程的研究成功，既保證了金紅石的高回收率、高精礦品位和金紅石的高品質（主要是粒度），還符合環保、可持續發展的大趨勢。

1 地質背景

南召—泌陽金紅石礦帶位于欒川—確山—固始斷裂與朱陽關—夏館—大河斷裂之間。帶內為一套中等變質程度的角閃片巖、斜長片巖、石英片巖、大理巖類巖石。以往稱之為中元古界寬坪群（組），近年的區域對比研究將這套地層定為中元古界毛集群和新元古界寬坪群［1］。其中，南召留山以東分布的主要是毛集群，留山以西分布的主要是寬坪群（圖1）。毛集群左老莊組一段中、上部（中、北部）為金紅石的主要含礦層位。在毛集群左老莊組一段下部、新元古界寬坪群四岔口組也存在金紅石的含礦層位。

2 金紅石礦基本地質特征

主要礦體位于礦帶中段的南召縣草店—方城縣羅莊間的17 km區段，其分布范圍與Ti-20-丙2異常范圍基本重合（圖1），自東向西有羅莊礦區、五間房礦區、后侯莊礦區（含劉崗礦區）。已累計提交（332）＋（333）＋（334）？資源量1 600×104t。主要礦體均位于左老莊組一段的中、上部地層中，含礦巖性以黑云角閃片巖、黑云斜長角閃片巖為主，次為黑云角閃斜長片巖、角閃片巖、綠簾角閃片巖、黑云斜長片巖和二云片巖。在左老莊組一段下部也有金紅石礦體，但規模較小，連續性差。

圖1 留山—羊冊金紅石礦帶地質略圖Fig.1 Geological sketch of the Liushan-Yangce rutile ore belt

在云陽草店以西礦段僅有一個留山金紅石礦點，賦于寬坪群四岔口組，含礦巖性為碳酸鹽化角閃片巖，出露寬度大于20 m，金紅石（RTiO2）品位為1.93％，該處沒有Ti元素異常，資源潛力有限。

方城幽雅莊以東礦段僅對姚莊金紅石礦區進行過預查，含礦層位和巖性與南召縣草店—方城縣幽雅莊區段基本相同。本礦區富礦所占比例較少。另在方城二郎廟有一個金紅石礦點，出露寬度40 m左右，含礦巖性為中粗粒近等粒結構的黑云角閃片巖，RTiO2品位1.57％～2.23％。

3 礦石特征

3.1 礦石的自然類型

據含礦巖石特征的不同，可以將南召—泌陽金紅礦帶的金紅石礦劃分為5種自然類型。

（1）角閃片巖類金紅石礦石：包括角閃片巖、黑云角閃片巖、斜長角閃片巖、黑云斜長角閃片巖、綠簾角閃片巖、陽起石片巖等，是本礦帶風化殼型金紅石礦的主要礦石類型，該類型礦石約占礦石總量的75％。

（2）斜長片巖類金紅石礦石：包括黑云斜長片巖、綠簾斜長片巖、絹云斜長片巖、二云斜長片巖等，多呈層狀、似層狀夾在角閃片巖類礦石中或分布在角閃片巖類礦石的邊部，約占礦石總量的12％。

（3）綠簾片巖類金紅石礦石：包括綠簾片巖、角閃綠簾片巖、陽起綠簾片巖、二云石英片巖等，主要分布在柏樹崗礦區和羅莊礦區，約占礦石總量的7％。

（4）云母片巖類金紅石礦石：包括角閃黑云片巖、斜長黑云片巖、斜長絹云片巖、綠簾黑云片巖等，多呈多呈透鏡狀夾層出現，主要分布在礦帶的中部礦體中，約占礦石總量的5％；

（5）二云石英片巖類金紅石礦石：常與斜長片巖呈漸變關系，主要分布在部分礦體的邊部，占礦石總量的1％。

3.2 礦石的物質組成

3.2.1 化學成分

原礦化學分析結果表明，南召草店—方城縣幽雅莊礦段金紅石礦石整體化學成分變化不大（表1）。

3.2.2 礦石礦物

礦石的主要有用礦物成分為金紅石，其他含鈦礦物有鈦鐵礦、銳鈦礦、白鈦礦，脈石礦物為角閃石、斜長石、黑云母、綠簾石、石英、磷灰石等。由于礦石各（自然）類型主要組成礦物分布、嵌布的不均勻性，原礦中礦物相對含量變化較大（表2）。

3.2.3 金紅石的化學組分

金紅石粒度較大的礦體（劉崗礦區1號礦體），金紅石原礦的純度較低，而金紅石粒度較細的五間房礦區Ⅱ號礦體中的金紅石純度較高（表3）。粒度較大的粒狀金紅石或細粒金紅石集合體中的金紅石純度較低，而自形—半自形細小的單體金紅石純度較高。金紅石粗精礦經微生物提純后，精礦品位有較大提高。

表1 草店—羅莊礦段金紅石礦石化學組分對比Table 1 Chemical analyses of rutile ore in Caodian-Luozhuang ore section

表2 草店—羅莊礦段金紅石礦石礦物體積分數和一般粒度統計Table 2 Volume fraction of rutile ore and grain size statics for Caodian-Luozhuang ore section

表3 草店—羅莊金紅石礦段金紅石礦物化學組分對比Table 3 Chemical composition of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

3.3 礦石工業類型

依據金紅石的粒度特征，可劃分粗粒和細粒2種工業類型礦石。粗粒型金紅石礦石中的金紅石呈他形－半自形粒狀、短柱狀，以粒徑0.08 mm上粒級為主，對應的礦石自然類型主要是角閃片巖類。該類型礦石較易選，以往對其分布規律性認識不清，造成了選礦試驗的無的放矢。細粒型金紅石礦石中的金紅石主要呈自形－半自形柱狀，以粒徑0.08 mm以下者為主，對應的礦石自然類型主要是斜長片巖和云母片巖類及部分角閃片巖類礦石。南召—泌陽金紅石礦帶礦石總體上以細粒型為主。

4 金紅石的賦存狀態

4.1 不同類型礦石中金紅石的賦存特征

（1）角閃片巖中的金紅石：多數呈棕褐色，棕色，黃褐色，柱狀、半自形粒狀，單晶粒徑一般0.05～0.15 mm，集合體為0.1～0.3 mm，主要分布于角閃石晶體間隙中。柱狀、自形短柱狀的金紅石呈黃褐色、褐棕色，其大小為0.05 mm×0.25 mm或0.05 mm×0.12 mm；粒狀或粒狀集合體的金紅石呈淺黃褐色、淺褐（棕）色，大小0.1～0.25 mm，多數分布于角閃石顆?；蚪饫砜p隙中或在石英顆粒間隙中，可見鈦鐵礦交代金紅石。有的集合體與鈦鐵礦連晶分布于角閃石顆粒間隙或角閃石微縫隙中，呈明顯的定向排列。

（2）黑云角閃片巖中的金紅石：呈半自形－自形柱狀、粒狀，切面大小0.003 mm×0.014 mm～0.092 mm×0.236 mm，多數為0.025 mm×0.072 mm～0.035 mm×0.120 mm。部分金紅石被白鈦礦交代，長軸大致定向排列，斷續定向分布；較大顆粒多與黑云母接觸緊密，部分包于黑云母晶體中。

（3）綠簾角閃片巖中的金紅石：多數分布于角閃石和綠簾石顆粒之間。呈柱狀、自形短柱狀的金紅石呈棕褐色、黑褐色，大小0.08 mm×0.2 mm～0.05 mm×0.12mm；粒狀的金紅石，大小0.05～0.2 mm，呈淺黃褐色、淺褐色。分布在角閃石間的金紅石呈黃棕色、紅棕（褐）色，大小0.04 mm× 0.18 mm，見有鈦鐵礦交代金紅石；分布在綠簾石間的金紅石呈黃褐色、紅棕色，短柱狀，大小0.04 mm ×0.12 mm，部分鈦鐵礦穿插并交代金紅石，多數金紅石和鈦鐵礦具有定向性，偶見有銳鈦礦交代金紅石。

（4）黑云斜長片巖中的金紅石：呈半自形柱狀，切面大小0.02 mm×0.04 mm～0.05 mm×0.135 mm，多數在0.03 mm×0.094 mm～0.05 mm×0.135 mm，多呈集合體聚集。長軸定向排列，零星分布。

（5）二云片巖中的金紅石：黃褐色、淺褐色、棕褐色，少數呈黑褐色，多呈柱狀，其粒徑為0.01～0.12 mm之間，以0.03～0.1 mm為主，主要分布在二云母片間，少數分布在石英顆粒間隙中，有的金紅石分布在黑云母微縫隙中，呈棕褐色，柱狀，大小為0.03 mm×0.15 mm。

4.2 金紅石的整體賦存狀態、嵌布和粒度特征

金紅石多呈半自形柱狀，部分呈粒狀、柱狀，多呈集合體聚集，晶體及其集合體的長軸大致定向排列。集合體中及較大金紅石晶體中包嵌有普通角閃石、綠簾石、鈉長石、石英等礦物微粒，部分晶體沿邊緣及解理縫轉變成白鈦礦、鈦鐵礦。金紅石的純度與粒度負相關，與自形程度正相關。

金紅石嵌布狀態主為粒間金紅石，占70％以上，多嵌布在脈石礦物（角閃石、斜長石、綠簾石、黑云母）之間，并以角閃石粒間金紅石和角閃石與斜長石粒間金紅石為主，其他次之或少量；其余多被脈石礦物包裹，金紅石呈零星狀散布于角閃石、綠簾石、斜長石或黑云母中；有少部分金紅石分布于脈石礦物的微裂隙中。

礦帶北部的1號和2號礦層中金紅石整體粒度較粗，礦帶中部和南部的礦層（3號—6號礦層）金紅石整體粒度相對較細（表4）。在同一礦體中，金紅石粒度也有一定的變化，其中角閃片巖類和綠簾片巖類礦石中金紅石粒度較粗，斜長片巖類和云母片巖類礦石中金紅石粒度較細。金紅石粒度與脈石礦物的晶粒大小正相關（表2）。

5 富礦層分布特征

金紅石礦由地表向下可分為風化礦、半風化礦和未風化礦。

風化礦或風化殼型金紅石礦指自然松散或用錘輕擊即可散成砂狀的礦石。由于其易采易選，為本次研究的對象。考慮到現有采選水平，本次對勘查工作程度較高的中礦段（南召草店—方城幽雅莊礦段）風化礦，按邊界品位w（RTiO2）≥1.50％，工業品位w（RTiO2）≥2.00％，礦石可采厚度（水平假厚或寬度）≥15 m，夾石剔除厚度（水平假厚或寬度）≥6 m作為劃分富礦層的標準，并參照按巖性進行的地質填圖成果（主要礦區比例尺為1∶5 000或者1∶10 000，其他銜接部位為1∶50 000），對中礦段金紅石礦層進行了重新劃分（圖2）。

表4 草店—羅莊金紅石礦段金紅石原生粒度對比Table 4 Original grain sizes of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

圖2 草店－羅莊金紅石富礦體分布圖Fig.2 Map showing distribution of high grade ore bodies at Caodian-Luozhuang section

在南召草店—方城幽羅莊礦段的不同剖面上，金紅石富礦一般有3～6層，礦層累計寬度151～541 m，平均寬315 m。礦層產狀與地層基本一致，局部有分支復合現象。風化礦厚度（深度）4.30～25.20 m，平均10.98 m。在地形平緩處或溝谷中厚度較大，接近坡頂的陡坎處厚度較?。坏V石中黑云母、斜長石、綠簾石、綠泥石含量高時厚度較大，石英、角閃石含量高時厚度較小。

區內有4層金紅石礦，礦層展布較為穩定。各層的編號，最大礦體長度、礦體最大厚度和最大礦體加權平均品位見表5。其中1號和2號礦層位于礦帶的北部，劉崗礦區礦體寬度最大，向東變薄后斷續分布；這2層礦中的金紅石顆粒較粗，可將其作為選礦試驗重點研究對象及以后開發利用的重點。3號礦層位于礦帶的中部，在五間房礦區礦體寬度最大，向兩側變薄后斷續分布，其中的金紅石粒度較細，可將其作為接替對象。

6 選礦試驗結果

本次對劉崗礦區1號和2號礦體4條剖面中的探槽和淺井的混合大樣采用“原礦→磨礦擦洗→重選→磁選→重選→微生物提純”聯合工藝流程，取得了良好的選礦效果。首次應用微生物提純金紅石磁選粗精礦，在回收率只降低5.66％的情況下，精礦品位提高了18.92％。礦石入選品位為2.13％，獲得最終金紅石精礦產率1.65％，精礦品位91.07％，回收率70.55％。

對五間房礦區橫8線3號礦體的斜長片巖類細粒金紅石礦采用同樣的選礦工藝流程，礦石入選品位2.45％，獲得金紅石精礦的產率為1.71％，精礦品位為91.40％，回收率為63.65％。對細粒金紅石選礦也取得了新突破。

7 結論

（1）金紅石粒度大小主要受礦體所處位置控制。在位于左老莊組一段（Pt2z1）上部（北部）的礦層中，金紅石粒度較大，且其北側的深灰色石英巖可作為找礦標志層，而其他部位礦層中的金紅石粒度較小。在同一礦體中，角閃片巖類礦石和綠簾片巖中的金紅石粒度相對較粗，斜長片巖和云母片巖中金紅石粒度相對較細。金紅石粒度與脈石礦物的晶粒大小正相關。

表5 草店—羅莊金紅石礦層基本特征Table 5 Basic feature of rutile ore layer at Gaodian-Luozhuang section

（2）金紅石以粒間嵌布為主，多嵌布在角閃石、斜長石、綠簾石、黑云母等之間；其余多被脈石礦物包裹，金紅石呈零星狀散布于角閃石、綠簾石、斜長石或黑云母中；有少部分分布于脈石礦物的微裂隙中。金紅石的純度與粒度負相關，與自形程度正相關。

（3）主要的金紅石富礦體位于南召縣草店—方城縣幽雅莊礦段內的左老莊組一段（Pt2z1）中、上部。其中金紅石粒度較大、品位較高（RTiO2≥2％）、且規模較大的礦體（1號和2號礦體）位于左老莊組一段的上部（北部），其礦體水平厚度自西向東變薄，可作為以后研究和開發利用的重點部位。

（4）首次應用微生物提純金紅石磁選粗精礦，使金紅石精礦品位提高18.92％。采用“原礦→磨礦擦洗→重選→磁選→重選→微生物提純”聯合工藝流程，具有金紅石的精礦回收率高、品質高且環保的優點。對風化殼型金紅石礦的開發利用具有示范作用和借鑒意義。

致謝：參加選礦試驗和巖礦鑒定等工作的有河南省巖石礦物測試中心的周新民、王娟、楊艷芳和河南省區調隊的裴玉華等，在此一并表示感謝。

［1］王紹龍，趙榮軍.東秦嶺褶皺帶河南段發現超大型金紅石礦［J］.前寒武紀研究進展，2002，25（3/4）：170-173.