赤泥中的三稀礦產資源綜合評價
——以桂西地區為例

高　攀，張佳莉，張青偉，陽純龍，黎修旦，繆秉魁，皮橋輝，李社宏（.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；b.地球科學學院，廣西 桂林　54004；.中國冶金地質總局廣西地質勘查院，南寧　500；.廣西壯族自治區國土資源廳，南寧　5008）

赤泥中的三稀礦產資源綜合評價
——以桂西地區為例

高攀1，張佳莉1，張青偉1，陽純龍2，黎修旦3，繆秉魁1，皮橋輝1，李社宏1
（1.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；b.地球科學學院，廣西 桂林541004；2.中國冶金地質總局廣西地質勘查院，南寧530022；3.廣西壯族自治區國土資源廳，南寧530028）

對桂西不同鋁業公司赤泥中三稀元素含量的分布特征及三稀資源狀況的調查表明，赤泥中Ga、Sc、Zr、Hf、Nb、Ta和輕、重稀土元素的含量，與原礦相比均有不同程度的富集，與風化殼型礦床的相關工業指標相比，均達到了綜合回收的要求。按照目前桂西各大鋁業公司庫存赤泥總量4 000萬t計，可得輕稀土的資源量為3.21萬t，重稀土資源量為1.49萬t，鎵資源量為2 494.8 t，鈧也具有巨大的資源潛力。

稀散元素；稀有元素；稀土元素；赤泥；礦產資源評價；桂西

桂西鋁土礦中除了豐富的鋁資源之外，還伴（共）生有多達16種以上的有用組分［1-5］，這些元素雖然尚未達到圈出獨立礦體的富集程度，但其儲量卻不容忽視。以平果鋁土礦為例，除鐵達到中型礦床外，鎵、鈦、鈧、鉭、稀土等的儲量在那豆、太平和教美礦區均達到了大型礦床規模［6］。這些伴（共）生元素如果能綜合回收60%，其利用價值將遠遠超過鋁土礦本身［7］。但由于長期以來的粗放型開采，致使其中大部分有用元素都被殘留在尾礦赤泥之中，造成資源的極大浪費。本次工作對桂西平果、靖西、德保3家知名鋁業公司存放赤泥中的稀有、稀散、稀土元素的含量和分布規律進行了分析，并對赤泥中三稀礦產資源潛力進行了評價，以期為鋁土礦的綜合開發利用提供必要的理論依據。

1　樣品的采集與分析方法

本次工作共采集赤泥樣品24件。其中，平果鋁業公司1號赤泥庫14件 （含2套沉積柱樣品），2號和3號赤泥庫各2件；德保鋁業公司赤泥庫2件和靖西鋁業公司新、老赤泥庫各2件。平果鋁業公司主要開采平果礦區堆積型鋁土礦，靖西鋁業公司主要開采靖西地區堆積型鋁土礦，德保鋁業公司主要開采德保地區堆積型鋁土礦。

所采集樣品均送往國家地質實驗測試中心進行測試分析。大部分微量和稀土元素使用等離子質譜（X-series）檢測，檢測方法依據《電感耦合等離子體原子發射光譜方法通則》（DZ/T 0223—2001）；Se和Te采用原子熒光光譜儀分析，檢測依據為《1 ∶5萬區域地質調查及地球化學普查樣品分析方法及質量管理指導性規程》（DZG 20.10—1990）；B主要使用等離子光譜（IRIS）分析，檢測依據為《電感耦合等離子體原子發射光譜方法通則》（JY/T 015—1996）；而 Ga主要使用 X熒光能譜儀（Xlab2000）測試，檢測方法依據《波長色散型X射線熒光光譜方法通則》（JY/T 016—1996）。

微量元素測試結果見表1、稀土元素測試結果見表2。

2　結果與討論

為便于研究對比，表3列出了桂西地區鋁土礦精礦三稀元素含量，以及各赤泥庫中赤泥的三稀元素含量統計值。

2.1稀有和稀散元素含量特征

由表1可以看出，桂西三大鋁業公司所排放赤泥中微量元素的含量總體可分為5類：

①平均含量在1 000×10-6以上者，主要有Cr 和Zr，平均含量分別為1 409×10-6和2 391× 10-6，高出地殼克拉克值十幾倍。將 Zr換算成ZrO2的平均含量為3 230×10-6，已經超出了風化殼礦床中Zr的邊界品位（0.3%）［8］。

②平均含量在（500～100）×10-6者，主要有V、Nb、S、Sc、As和 Pb，其平均含量分別為446.71×10-6、309.38×10-6、138.86×10-6、107.45×10-6、214.86×10-6和144.46×10-6。其中，Nb換算成 Nb2O5的平均含量為 442.57× 10-6，超出風化殼型礦床中Nb的最小工業品位（0.016% ～0.020%）［8］的2倍以上。Sc也超過了國外最高工業回收指標（20～50）×10-6［6］的2倍以上。

③平均含量在（100～50）×10-6者，主要有Ga、Li、Hf、Ba、Co、Cu、Ni和Zn，其平均含量分別為 62.37×10-6、47.35×10-6、80.50× 10-6、65.50×10-6、54.01×10-6、76.58×10-6、100.07×10-6和79.20×10-6。其中，Ga的含量超出鋁土礦中伴生礦最低工業指標（0.01% ～0.02%）［8］的3倍以上；Hf的含量高出地殼克拉克值［9］的50多倍，也具有極大的綜合利用價值。

表3　桂西地區鋁土礦精礦及主要鋁業公司赤泥庫中稀土、稀有、稀散元素平均含量特征Table 3　Average contents of rare earth，rare metal and rare-scattered elements in bauxite concentrate and red mud from the major aluminium companies in western Guangxi　wB/10-6

④平均含量在（50～10）×10-6者，主要有Ta、B、Sb和 Sn，其平均含量分別為 21.05× 10-6、22.50×10-6、31.46×10-6和33.61×10-6。其中，Ta含量為（11.9～28.3）×10-6，高出地殼克拉克值［9］的13倍之多，具有綜合回收利用的價值。

⑤平均含量小于10×10-6者，主要有Ge、Be、Bi、Cd、Mo、Se、In、W、Tl和Te，其平均含量分別為3.73×10-6、9.24×10-6、4.12×10-6、2.70× 10-6、8.02×10-6、1.87×10-6、1.49×10-6、9.88 ×10-6、0.46×10-6和0.43×10-6。

2.2稀土元素含量特征

由表2、表3可知，平果1號赤泥庫中14個樣品的稀土總量（∑REE）為（1 045.94～1 588.29）× 10-6，平均含量為1 261.76×10-6。其中，輕稀土（LREE）含量為（738.04～1 035.29）×10-6，平均含量為851.53×10-6，換算成氧化物（REO）含量為1 024.11×10-6，達到了風化殼型稀土礦最低工業品位（0.10%）［8］。重稀土（HREE）含量為（307.90～553.00）×10-6，平均含量為410.23× 10-6，換算成氧化物含量499.84×10-6，達到了風化殼型稀土礦的邊界品位（0.05%）［8］；輕、重稀土比值（L/H）為1.78～2.40，平均值為2.08。

平果2號赤泥庫2個樣品的∑REE平均含量925.54×10-6，其中LREE換算成氧化物含量為743.98×10-6，達到了風化殼型稀土礦的邊界品位；HREE換算成氧化物的含量為373.59×10-6，尚未達到風化殼型稀土礦的邊界品位。

平果3號赤泥庫2個樣品的∑REE、LREE和HREE含量與1號赤泥庫無明顯差別。

德保鋁業公司赤泥庫中2個樣品的∑REE換算成氧化物的平均含量為1 611.82×10-6，LREE換算成氧化物的平均含量為 1 106.77×10-6，HREE換算成氧化物的平均含量為505.05×10-6。總體上與平果鋁業公司1號和3號赤泥庫中稀土含量的差別不大。

靖西鋁業公司2個赤泥庫中稀土含量低于平果1號赤泥庫和3號赤泥庫及德保鋁業公司赤泥庫，但高于平果2號赤泥庫。新、老赤泥庫之間稀土含量無明顯差別。LREE含量換算成氧化物也基本達到了風化殼型稀土礦的最低工業品位，而HREE換算成氧化物的含量達到了風化殼型鋁土礦的邊界品位。

圖1　桂西主要鋁業公司赤泥中三稀金屬元素含量相對于地殼豐度富集變化規律 （地殼豐度值引自文獻［8］）Fig.1　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to the crust abundance in the major aluminium companies，western Guangxi

2.3赤泥中三稀元素的富集規律

在氧化鋁的生產過程中，桂西鋁土礦中絕大多數的伴生有用組分在赤泥中均能得到不同程度的富集，但各種元素的富集情況有所不同。在這里僅討論赤泥中具有綜合利用價值的三稀金屬元素。從圖1可以看出，相對于地殼中元素豐度值，桂西三大鋁業公司赤泥庫中的稀有和稀散元素Ga、Zr、Hf、Nb、Ta富集非常明顯，Zr、Hf、Nb、Ta的富集倍數均在10倍以上，而Hf的富集系數甚至達到了50倍以上。此外，Sc元素相對地殼豐度值的富集系數達到了幾千倍。赤泥中稀土元素相對地殼豐度值也有明顯的富集趨勢（圖1），富集系數大于5的有La、Ce、Pr、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y，其中Tm富集系數達到了15倍以上；Ce、Dy、Er、Yb的富集系數也在10以上。如果將稀土元素按照三分法進行分類 （輕稀土為La—Nd，中稀土為Sm—Ho，重稀土為Er—Lu），則顯示輕、重稀土富集強度較高，而中稀土富集程度相對較低。

與用于氧化鋁生產的精礦相比（圖2），Ga、Zr、Hf在赤泥中的富集系數相對較低；Sc、Nb和Ta富集較為明顯，均達到了10倍或更高值，德保鋁業公司赤泥庫Nb和Ta的富集系數明顯高于靖西鋁業公司赤泥庫 （圖2a）。與精礦相比，赤泥中稀土元素除了Ce以外，其他元素的富集系數均在4以上。稀土元素在不同赤泥庫間的富集情況變化也比較大：在德保鋁業公司赤泥庫中各元素的富集系數相對比較穩定，多數為6左右；在靖西鋁業公司赤泥庫中，從輕稀土到重稀土呈逐漸升高的趨勢，從Dy→Y，各元素的富集系數均在10以上（圖2b）。

綜上所述，在桂西地區平果鋁業公司、德保鋁業公司和靖西鋁業公司的赤泥庫中，三稀金屬元素的含量與地殼克拉克值相比，其富集規律在不同鋁業公司之間無明顯差別，但與精礦相比，各元素在不同赤泥庫中富集規律差別較大，可能是由不同鋁業公司的氧化鋁生產方式不同所導致。在綜合回收利用時應區別對待。

圖2　桂西主要赤泥庫赤泥中三稀金屬元素含量相對于精礦的富集變化規律Fig.2　Diagrams of enrichment variation for rare earth，rare metal and rare-scattered elements relative to bauxite concentrate in the major aluminium companies，western Guangxi

3　赤泥中三稀礦產資源綜合評價

我國鋁土礦中的伴生有用組分資源潛力巨大，但已被投入工業利用的并不多。目前仍是以鎵的綜合利用最為廣泛，主要從鋁土礦生產的循環母液中回收。據統計，世界上90%的鎵都來自煉鋁工業，關于鋁土礦中鎵的提取技術已較為成熟，主要有石灰乳法、萃取法和汞齊電解法［10-12］，最高回收率可達94%。

鋁土礦中伴生的鈧、鈮、鉭、鋯、鉿、稀土等有用組分主要殘留在煉鋁工業尾礦——赤泥中。據現階段研究成果，采用酸或堿浸取的方法難以提取這些元素，配合以不同的赤泥預處理方法和萃取劑有可能取得良好的效果，但會增加回收利用成本，所以目前工業上暫未采用。隨著科學技術的發展，如果能夠尋找到一套合理的綜合利用方法，赤泥中蘊含的資源及潛在經濟價值將為鋁土礦的開發利用帶來新的活力。

3.1稀土的資源潛力分析

在氧化鋁的生產過程中，強堿狀態下稀土離子被定量地轉變為稀土氫氧化物，脫水后便生成稀土氧化物凝膠，干燥后變成氧化物分散在赤泥中。前人對赤泥中稀土的物相進行了大量研究，結果表明赤泥中的稀土并不是離子吸附型的，也不存在于新形成的鋁硅酸鹽礦物相中，而主要以類質同象的形式分散于鋁土礦及其副礦物金紅石、鈦鐵礦、銳鈦礦、鋯英石、獨居石中［13-14］。桂西三大鋁業公司赤泥中輕稀土元素的平均含量為801.64×10-6，重稀土平均含量為372.26×10-6。按照桂西三大鋁業公司目前總赤泥庫存量約4 000 萬t計算，桂西鋁土礦的赤泥中輕稀土的潛在資源量為3.21萬t，重稀土資源量為1.49萬t，具有巨大的潛在經濟效益。

3.2鎵的資源潛力分析

鋁土礦中，鎵與鋁主要以類質同象的形式存在于鋁礦物中［14］。一般鋁土礦中鎵的含量達到20 ×10-6即可進行綜合回收［8］。桂西三大鋁業公司赤泥中鎵元素的平均含量達62.37×10-6，按三大鋁業公司目前總赤泥庫存量約4 000萬t計算，其伴生的鎵資源量為2 494.8 t。按回收率50%，國際市場價格以440美元/kg計算，可回收資金5.49億美元，經濟效益十分巨大。

3.3鈧的資源潛力分析

目前，全世界的鈧資源量約200萬 t，其中90%～95%賦存于鋁土礦、磷塊巖及鐵鈦礦石中，我國鈧資源非常豐富，其中鋁土礦床和磷塊巖礦床占優勢，鈧資源量約29萬t，占所有鈧礦類型總儲量的51%，其含量一般是世界鋁土礦平均含量 （按Sc2O3為38×10-6）的1～4倍，可能成為我國鈧的重要礦床和主要來源［15］。雖然鈧在鋁土礦中含量如此豐富，但在目前的氧化鋁生產過程中，卻未見回收利用，而是殘留在赤泥之中。桂西鋁土礦中，鈧不僅分布普遍，而且含量巨大，特別是在赤泥中，通過進一步富集，平均含量達到了107.91×10-6。

3.4鋯鉿鈮鉭的資源潛力分析

我國鋁土礦中普遍含有鋯石［13，16-17］，在氧化鋁的生產過程中，由于鋯石性質比較穩定，一般仍以鋯石的形式堆積于赤泥中。桂西堆積型鋁土礦中Zr的含量為1 353×10-6，換算成氧化鋯含量為1 827×10-6，而赤泥中含量更高，換算成氧化鋯含量為3 230×10-6，與風化殼礦床中Zr的邊界品位 （ZrO2為0.3%）［8］相比，赤泥中氧化鋯完全可以進行綜合利用。按照桂西三大鋁業公司赤泥庫中赤泥含量為4 000萬t計算，其中氧化鋯的儲量約為12.92萬t，資源潛力巨大。

Nb和Ta均為典型的親石元素，地球化學性質也極為相似，因而在地球化學作用過程中，二者常伴生在同一礦物中。桂西地區鋁土礦尾礦赤泥中鈮含量較高，Nb2O5平均含量為 442.57× 10-6，遠遠超出了工業利用的品位，儲量巨大。

總之，桂西鋁土礦赤泥中的伴生有用組分資源潛力巨大，但已被投入工業利用的并不多。如果能夠尋找到一套合理的綜合利用方法，在氧化鋁的生產過程中綜合回收利用稀散稀土元素的經濟效益將不亞于生產氧化鋁的效益，同時也可降低環境污染，使得赤泥中的資源及潛在經濟價值得到綜合利用。

4　結論

（1）桂西三大鋁業公司的赤泥中Ga、Sc、 Zr、Hf、Nb、Ta和稀土元素的含量，與原礦相比均有不同程度的富集，回收潛力巨大。其中，Ga的含量超出鋁土礦中伴生礦最低工業指標3倍以上，Nb和Sc均超出最小工業品位2倍以上，輕稀土和重稀土的含量分別達到了風化殼型礦床的最低工業品位和邊界品位。

（2）按照目前桂西三大鋁業公司庫存赤泥總量4 000萬t計，可得到輕稀土資源量為3.21萬t，重稀土資源量為1.49萬t，鎵資源量為2 494.8 t，鈧也具有巨大的資源潛力。

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Mineral resource synthesis evaluation of rare earth，rare metal and rare-scattered elememts from red mud —A case study from western Guangxi

GAO Pan1，ZHANG Jia-li1，ZHANG Qing-wei1，YANG Chun-long2，LI Xiu-dan3，MIAO Bing-kui1，PI Qiao-hui1，LI She-hong1
（1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration；b.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；2.Guangxi Geological Exploration Institute，China Metallurgical Geology Bureau，Nanning 530022，China；3.Department of Land and Resources of Guangxi，Nanning 530028，China）

According to the distribution and characteristics of the rare earth，rare metal and rare-scattered elements in red mud from different aluminum companies in western Guangxi，the content of Ga，Sc，Zr，Hf，Nb，Ta，and the light and heavy rare earth elements in red mud has different degrees of enrichment compared with the original ores.It reaches the requirement of comprehensive recovery according to the related industrial index of regolith type ore deposit.According to the amount of the current major aluminum companies'inventory，there are about 40 million tons red mud.It can get the light rare earth resources about 32 100 tons，heavy rare earth resources 14 900 tons and gallium 2 494.8 tons from the red mud.The scandium in red mud also has a great resource potential.

rare earth elements；rare metal elements；rare-scattered elements；red mud；evaluation of mineral resources；western Guangxi

TD98

A

1674-9057（2016）01-0144-09

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.020

2015-09-01

中國地質調查局項目（1212011120354）；廣西自然科學基金項目（2014GXNSFBA118230）；廣西高?？蒲许椖浚╕B2014155）

高攀 （1989—），男，碩士研究生，礦產普查與勘探專業，1391233466@qq.com。

張青偉，博士，副教授，qingweizhang@glut.edu.cn。

引文格式：高攀，張佳莉，張青偉，等.赤泥中的三稀礦產資源綜合評價——以桂西地區為例［J］.桂林理工大學學報，2016，36（1）：144-152.