莫桑比克某石灰巖礦床地質特征及礦石加工技術性能研究

王賢茂, 李 東, 郝仁紅, 吳娟娟

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

莫桑比克某石灰巖礦床地質特征及礦石加工技術性能研究

王賢茂, 李 東, 郝仁紅, 吳娟娟

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

莫桑比克某石灰巖礦床位于Zimbabuwe克拉通和Limpopo活動帶東段及莫桑比克褶皺基底南端接觸部位、Save/Limpopo和Baixo Zambeze海岸盆地內。礦體賦存于古近系始新統Cheringoma Formation(TeC)上部鈣屑灰巖中,呈層狀單斜產出,礦體厚度、品位變化均較穩定,礦石質量優良,均為Ⅰ級品。礦石加工技術性能較好,基本滿足生產普通硅酸鹽水泥熟料的技術要求。礦床受地層、巖相及建造控制,為一典型沉積型礦床。

石灰巖礦床;地質特征;礦石加工技術性能

為研究如何合理利用當地石灰巖資源,生產高品質的水泥熟料,湖北省地質調查院對莫桑比克某石灰巖礦床開展了地質勘查工作,查明了該石灰巖礦床的規模、產狀、品位、質量及礦石加工技術性能。

1 區域地質概況

莫桑比克境內2/3為前寒武紀地層覆蓋,1/3是顯生宙地層。寒武紀地層主要為太古宙—新元古代的火成巖和變質巖;顯生宙地層包括卡羅超群(Karoo Supergroup)、侏羅紀、白堊紀、新近紀和第四紀沉積巖和相關火成巖?？傮w上,老巖層分布于北部和西部,侏羅系和更新世巖層分布在Zambezi峽谷以南和東北部。

石炭紀時期,在岡瓦納大陸區域內開始產生裂谷作用,并有沉積巖和廣泛的火成巖活動。莫桑比克顯生宙卡羅超群(石炭紀—早二疊紀)形成了三個主要的沉積盆地:

① Alto Zambezi,Rio Lunho和Rio Lugenda內克拉通盆地,盆地中主要充填陸相沉積物,在Alto Zambezi盆地頂部有火山巖。不同盆地中巖石系列非常相似,這些盆地的頂部有時出現似蜂蜜狀的循環沖積系列,而在南部的Alto Zambezi盆地中,玄武質和流紋質火山巖則覆蓋了整個系列。

卡羅超群可分為上、下兩個巖統,其中上統發育有冰磧巖、砂巖和片巖,下統發育有玄武巖、流紋巖和熔結凝灰巖。

② Rovuma和莫桑比克海岸盆地。

③ Save/Limpopo和Baixo Zambeze海岸盆地。

海岸盆地中,從西到東發育了中新生代的陸相沉積和海洋沉積?？_巖系以發育火山巖和疊加在老地層之上的上新世—第四紀蓋層為代表。

侏羅系(135—180 Ma)主要由石灰巖、砂巖、礫巖和碳酸巖組成。

白堊系Grudja Formation(CrG)為石灰巖、砂巖和礫巖。Fluvial Thorium sandstoneMember(CrSt)由含釷砂巖層、礫巖狀砂巖(高含量釷)組成。在白堊紀沉積物沉積成巖時期,碳酸巖、堿性熔巖和正長巖標志著火山活動的存在[1]。

古近系Cheringoma Formation(TeC)由海綠石砂巖、灰巖(底部)和白云質灰巖以及鈣屑灰巖(頂部)組成。塊狀灰巖層也在多個地方出現,區域上呈連續帶狀分布于南西端。最大厚度可達70 m。其沉積環境為淺海,包括氧化和溫暖海水。該組化石豐富,如Pecten,Nummulites藻.,Nummulites atacicus,Discocyclina,briazoa,腹足類組合以及鈣藻類(如Lithothamnium sp.)和蠕蟲(Tubulostium cyclaminoides)。形成時代為中—上始新世。該組底部為淺海陸棚相沉積環境,水動力條件以波浪和海流為主,海水溫暖,沉積物以砂、粉砂和泥質為主,礫石極少。在還原狀態及緩慢的沉積作用之下,形成海綠石砂巖。海綠石被稱為深度指示礦物(Depth Indicator),又被稱為緩慢沉積作用指示礦物。Inhaminga Formation(TeI)底層為紫色、紅色及紫紅色砂巖,頂層為粗粒砂巖。Mazamba Formation(TeZ)主要為長石砂巖,偶見礫巖。上覆于區域東南角的Inhaminga Formation(TeI)紫色砂巖之上。

第四系Mazamba Formation terrace sand (Qt),Eluvial floodplain mud(Qpi),Eluvial floodplain clayey sand (Qps),Pebble debris(Mantos de cascalheira)(Qp),Alluvium(Qa)和Coastal dune sand(Qd)主要為沖積物、殘積物和臺地、湖泊碳酸巖(圖1)。

圖1 區域地質圖Fig.1 Regional geological map

2 礦床基本特征

2.1 成礦地質背景

2.1.1 地層

礦區出露地層主要為Cheringoma Formation(TeC)和Alluvium(Qa)沖積層。其中Cheringoma Formation(TeC)由石灰巖、海綠石砂巖組成,其上部為石灰巖礦層,是區內主要賦礦層位。Alluvium(Qa)為沖積層,為最近的沖積沉積,由泥砂、砂和礫石組成,沿河流及河床分布。

2.1.2 構造

礦床位于Zimbabuwe克拉通和Limpopo活動帶東段及莫桑比克褶皺基底南端接觸部位、Save/Limpopo和Baixo Zambeze海岸盆地內。強烈的泛非旋回構造運動使區內褶皺基底的褶皺軸呈NEE—SWW和NNE—SSW向,并伴有巖株的侵入。地層呈層狀單斜產出,無褶皺構造及大的斷裂構造。

2.1.3 巖漿巖

巖漿巖(Rio Nhavúdezi Formation(JrRN))以杏仁狀玄武巖為主,為一套灰黑色或綠黑色具細密流紋理的玄武巖,帶狀分布于礦區北西,為溢流及超淺成侵入產物。

2.2 礦體地質特征

礦體主要賦存于古近系始新統Cheringoma Formation(TeC)上部鈣屑灰巖中。出露標高在35～90 m之間,礦體呈層狀單斜產出,傾向125°～145°,傾角4°～6°,礦體沿走向延伸>4 000 m,沿傾向出露寬度3 600 m,中間出露寬度略小,為2 000 m左右。礦體出露厚度為13.5～66.6 m。礦層各工程控制出露厚度變化特征詳見圖2及表1。

圖2 莫桑比克某石灰巖礦床地質圖Fig.2 Geological map of Mozambique limestone deposit

礦區無論沿走向還是傾向上品位變化均較穩定(表2)。礦石CaO品位51.06%～56.08%,平均54.07%;MgO品位0.09%～1.18%,平均0.24%。主要化學成分CaO、MgO變化系數均不大,CaO、MgO變化系數分別為0.83%和0.10%。CaO、MgO沿走向及傾向變化甚小,CaO沿走向由北西往南東呈略增高趨勢,沿傾向由地表往深部呈略升高趨勢,升高幅度在0.5%～2%之間;MgO則變化甚微,略有降低。CaO、MgO變化幅度均<0.1%。礦體在縱向上15線CaO含量最高為54.46%,MgO含量在7線最高,平均含量為0.28%,往南北兩側逐漸降低。深部較地表CaO含量略高,而MgO含量略低。主要原因可能與風化流失作用有關,以及地表泥灰質條帶易于風化流失所致。

表1 礦體厚度特征一覽表

表2 礦體品位特征一覽表

2.3 礦石特征

礦石結構主要有生物屑結構、隱晶質結構、亮晶結構、砂屑結構及鮞狀結構。構造主要有塊狀構造、孔洞狀構造及脈狀構造等。

礦石中主要有用礦物成分較簡單,種類不多,主要有隱晶方解石、亮晶方解石(膠結物)和泥晶方解石(膠結物);脈石礦物主要為石英。

根據巖石基本分析及組合分析結果,其礦層巖石平均化學成分CaO 54.07%,MgO 0.24%,SiO21.40%,Al2O30.24%,TFe2O30.16%,SO30.043%,K2O 0.035%,Na2O 0.007%,K2O+Na2O 0.042%,Cl-0.013%,LOI 41.90%。

巖石化學全分析結果中,巖石平均化學成分CaO 53.25%,MgO 0.15%,SiO23.04%,Al2O30.46%,TFe2O30.25%,K2O 0.047%,Na2O 0.08%,K2O+Na2O 0.055%,TiO20.027%,P2O50.09%,LOI 41.95%(表3)。K2O+Na2O走向由北西往南東呈降低趨勢,但變化幅度均不大(<0.1%),降低幅度在0.005%左右。礦石雜質如SiO2、SO3、TiO2及P2O5含量甚微,分別為3.04%、0.043%、0.027%、0.09%,均在工業指標要求范圍之內,對礦石質量無不良影響。其它雜質含量均符合規范或工業要求。

表3 礦石巖石化學全分析結果表

礦物生成順序:隱晶方解石+陸源石英→泥晶方解石(膠結物)→自生石英→亮晶方解石(膠結物)。

礦物共生組合主要有:隱晶方解石—亮晶方解石(膠結物)—石英,隱晶方解石—亮晶方解石(膠結物)—泥晶方解石(膠結物)—石英。

礦石中有用組分主要有CaO、MgO。其中CaO主要以方解石碳酸鹽形式存在,因巖石發生重結晶作用,分別賦存于亮晶方解石和隱晶方解石中;MgO則以白云石形式賦存。

有害組分主要有SiO2。其中SiO2以石英及燧石氧化物形式存在。由表3可見,礦層中ZK1504石英含量較高,為3.33%;ZK004和ZK708石英含量均為2.89%。表明礦體自西向東石英含量逐步降低,但總體<4%,滿足水泥用石灰質原料礦石化學成分一般要求。

礦石自然類型為碳酸鹽巖型。分為中層狀亮晶(含生物碎屑)砂屑灰巖、泥晶亮晶砂屑(含生物碎屑)灰巖及亮晶(含生物碎屑)鮞狀灰巖。礦石工業類型為塊狀石灰巖型。

礦石質量優良,品位穩定。CaO品位51.06%～56.08%,平均54.07%;MgO品位0.09%～1.18%,平均0.24%。礦石中CaO含量均>48%(個別樣品其單樣達不到工業指標要求,但經上下連續8 m加權平均后能滿足水泥用石灰質原料化學成分一般要求[2]),MgO<3%,組合樣品(K2O+Na2O)<0.1%、SO3<0.1%、SiO2<3%,均為Ⅰ級品。能滿足水泥用石灰質原料礦石化學成分一般要求,故礦石品級為I級品。

2.4 礦床資源量

根據礦體產狀總體穩定、礦體均呈層狀產出、礦石類型和物質組分簡單等地質特征,資源量估算方法選用地質塊段法,由于礦體平均傾角均<45°,選用水平投影法進行資源量計算,求得礦區礦石資源量為:控制的內蘊經濟資源量(332)8 886.3萬t,推斷的內蘊經濟資源量(333)5 651.7萬t,資源量總計14 538萬t。第四系粘土蓋層867 076 m,平均剝采比0.019∶1,剝采比≤0.5∶1(m3/m3)。同時在礦區西部、東南部有大量石灰巖礦石分布,均隸屬于該公司所持有的礦權范圍,依據探礦權范圍對其石灰巖出露界線進行了概略劃分,并初步估算了其總體資源量可達4.5億t。

3 礦床成因

礦床為沉積型。礦床成礦主要受地層、巖相及建造控制。

區內控礦地層為古近系始新統Cheringoma Formation(TeC),其沉積相為碳酸鹽臺地邊緣淺灘相。位于臺地邊緣淺水高能帶,水動力條件以波浪、潮汐及岸流為主,水深5～10 m到高出海面,海水循環良好,鹽度正常,氧氣充分,但由于底質處于移動狀態,不適于海洋底棲生物繁殖[3]。巖石類型主要以亮晶顆?；規r為主,顆粒磨圓、分選性較好,形成區內的亮晶生物碎屑灰巖。巖石中粒屑主要以內碎屑為主,經波浪、岸流及化學、生物化學就地沉積或經短距離搬運所形成的顆粒碎屑;陸源碎屑一般很少,石英多為自生形成,偶見石英砂混入砂屑灰巖之中;生物碎屑主要為有孔蟲、海百合莖及貝殼等腹足類殘骸。沉積物以鮞狀灰巖、砂屑灰巖夾膏鹽沉積為主。

礦石質量的差異主要表現為礦石中CaO、MgO及K2O+Na2O含量的變化,而礦石中CaO、K2O+Na2O含量的變化主要與礦石中陸源碎屑物質含量多少有關,含量高者,CaO低而SiO2、Al2O3、K2O+Na2O相對較高,礦石質量略差,故沉積成巖過程中成礦沉積環境是影響礦石質量之最主要因素。在碳酸鹽臺地邊緣淺灘相沉積環境,粒屑主要以內碎屑為主,基本無陸源成分混入,巖石中陸源碎屑一般很少,石英多為自生形成,形成較純凈的鮞狀灰巖、砂屑灰巖沉積,生物碎屑含量高,礦石中CaO含量高,而MgO及K2O+Na2O低,礦石質量較好。

4 礦石加工技術性能

與石灰巖有關的實驗室試驗包括磨蝕性試驗、易磨性試驗。

試驗用石灰巖樣品按河南省豫鶴同力水泥有限公司要求在礦區鉆孔中采取(見圖2)。采樣方法為按同一礦層不同鉆孔(ZK1504、ZK1508、ZK704、ZK708、ZK004)中半芯法采取。試樣特征具體見表4、表5。

本次試驗用石灰巖礦石分別采自不同勘探線上的不同鉆孔,試樣取自同一含礦層位、同一礦石類型及同一礦石質量,試樣具有較強代表性。

4.1 磨蝕性試驗

試驗方法:按中國水泥發展中心物化檢測所“水泥原料磨蝕性試驗方法”(TR3.1—92)進行,磨蝕片硬度HRC=51。試驗結果見表6。

表4 石灰巖試樣采取地點、重量及其它特征一覽表

表5 石灰巖試樣化學成分表

表6 磨蝕性試驗結果表

試驗表明石灰巖試樣的磨蝕性指數較低,為0.011 9 g(國內石灰巖物料的平均磨蝕性指數為0.021 0 g),試樣的制樣率達到63.5%。

4.2 易磨性試驗

試驗方法:將石灰巖破碎后取4～10 mm粒徑,2 kg倒入Ф500 mm×500 mm的試驗小磨中,粉磨5 min進行甩磨5 min,將樣品置入樣品桶內,物料易磨性分別以粉磨后物料的0.9 mm、0.2 mm、0.08 mm篩余百分比作為判定物料易磨性的依據。

物料配比見表7。

表7 物料配比表

石灰巖入磨粒度統計見表8。

表8 入磨粒度統計表

注:F80=1 508 μm。

試驗磨產量:G=2.23 g/r;

試驗結果:粉磨功指數Wi=31.9 MJ/t(8.87 kWh/t,P=80 μm)。

成品粒度統計見表9。

表9 易磨性試驗成品粒度統計表

注:P80=59.0 μm。

石灰巖樣品入磨物料及成品的粒度分布情況見圖3。

對比方案分別以礦區石灰巖樣品與河南省豫鶴同力水泥有限公司石灰巖樣品進行對比(表10)。

圖3 樣品入磨物料及成品的粒度分布圖Fig.3 Distibution map of partide size of grinding feed material

表10 易磨性試驗對比結果表

Table 10 Comparison result of wear-resistance test

物料名稱樣品重量/kg粉磨時間/min甩料時間/min0．9mm篩余/%0．2mm篩余/%0．08mm篩余/%礦區石灰巖2550．131．78．4豫鶴石灰巖2550．681．612．0

礦區石灰巖樣品在0.9 mm和0.08 mm級篩余分別為0.13%和8.4%,比豫鶴石灰巖樣品的0.68%和12.0%低;在0.2 mm級篩余為1.7%,與豫鶴石灰巖樣品0.2 mm級篩余1.6%基本相似。由此對比可見礦區石灰巖樣品的易磨性更好。

4.3 礦石工業利用性能評價

試驗所用樣品化學成分均達到或超過CaO≥48、MgO≤3、SO3≤1、石英質≤6、燧石質≤4的水泥用石灰質原料化學成分一般要求。試驗結果表明,礦區石灰巖樣品的磨蝕性指數較低、試樣的制樣率高、易磨性較好。試驗所用樣品基本滿足生產普通硅酸鹽水泥熟料的技術要求。建議工廠投產時生料細度控制范圍為P=80 μm。

5 結論

該礦為一大型水泥石灰巖礦床,具有礦體連續、不含非礦夾層、層位穩定、構造簡單、礦石質量好、適宜露天開采、內外部建設條件較好等優點,為一理想石灰巖原料基地,可為莫桑比克經濟快速發展及基礎設施建設提供資源保障。

[1] 應對全球化——全球礦產資源信息系統數據庫建設(之七)非洲卷:利比里亞、莫桑比克、納米比亞[R].北京:中國地質調查局,2007:75;78.

[2] 中華人民共和國國土資源部.冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范:DZ/T 0213—2002[S].北京:地質出版社,2002.

[3] 曾允浮,夏文杰.沉積巖石學[M].北京:地質出版社,1984:247.

(責任編輯：于繼紅)

The Study of Geological Characteristics of Limestone Deposits andOre Performance of Processing Technique in the Republic of Mozambique

WANG Xianmao, LI Dong, HAO Renhong, WU Juanjuan

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430074)

The limestone deposits are in Mozambique Zimbabuwe craton and the east of Limpopo active zone,and the southern part contact zone of Mozambique fold basement,Save/Limpopo & Baixo Zambeze Coastal basin. The orebody occurred Paleogene System Eocene Series Cheringoma Formation(TeC) fragmental limestone of Eocene,the ore bodies are stratiform by a monocline dipping,the ore body thickness and ore grade changes are stable with the high quality. Good mining condition and excellent technological property is to satisfy the requirements of the production of ordinary silicate cement clinker. Deposits are controlled by stratum,lithofacies and the sedimentary formation,In general,this limestone deposit is a representative sedimentation type deposit.

limestone deposits; geological characteristics; ore performance of processing technique

2016-02-24;改回日期:2016-04-02

王賢茂(1969-),男,高級工程師,巖礦鑒定專業,從事地質礦產調查工作。E-mail:1010441523@qq.com

P619.22+5

A

1671-1211(2016)04-0589-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.009

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1135.004.html 數字出版日期:2016-07-07 11:35