貴州二疊系龍潭組鎵元素的賦存規律和成礦前景探討

唐 龍

(貴州省地質礦產勘查開發局115地質大隊，貴州 清鎮 551400)

0 引 言

鎵元素素有“電子信息行業的脊梁”一稱，我國在實現社會主義信息化以及信息化強軍、信息化強國的道路上必須充分重視鎵元素的開采與利用。貴州省省會貴陽市在新時代的號召下奮力發展為我國的大數據產業中心，在這樣的社會背景下，鎵元素在貴州當地的作用就顯得尤為重要。大數據產業中心的建設過程中以及建設完成進入平順運行期后，相應硬件設施的要求會隨著時代的要求逐漸提高而產生更新換代，這也促使著周邊電子信息業的發展與繁榮。而原料的就近會降低電子信息行業企業時間成本與經濟成本，幫助企業在更有利的環境中成長。

我國于2011年將鎵元素列為戰略保障金屬，而美國、日本等鎵元素高生產、高消費國家更是早幾年就已經把鎵元素列為戰略保障金屬，歐盟更是將鎵元素列為了“緊缺性金屬”。這充分體現了鎵元素的重要性。我國作為鎵元素儲量大國，更是自1957年始建第一個鎵元素生產車間，在鎵元素的使用上有著先天性的優勢，充分保障了我國軍工行業以及高新技術企業的物質基礎。

1 鎵元素的賦存規律

1.1 鎵元素在全國的賦存狀態

我國煤主要分布于華北賦煤區石炭一二疊系煤層、西北賦煤區侏羅系煤層和華南賦煤區二疊系，煤層中鎵元素礦產資源分布成煤時代包括古近系、早白堊世、侏羅系、二疊系和石炭系。各地的鎵元素礦產資源分布的特點也不同，在內蒙古準格爾煤田、山西省北部石炭系—二疊系和新疆準東煤田侏羅系煤層中出現鎵元素礦產資源成片分布，而其余地區的不同成煤時代煤層中鎵富集均為零星分布。

目前我國于新疆準東煤田將軍廟礦區侏羅系煤層發現了煤中鎵含量最大值為253.0 g/t，為內蒙古準格爾煤鎵礦區煤層中鎵的含量最大值67.0 g/t的3倍之多。

就我國目前已經進行的勘查工作發現煤中鎵成礦前景較大的煤層包括：如新疆準東煤田、吐哈煤田侏羅系煤層，遼寧南票煤田二疊系6煤組，四川南桐煤田、南武礦區二疊系1煤層，貴州西南部礦區二疊系煤層，這些煤層較多樣品數計算出煤中鎵算數平均值接近或超過30 g/t，具有進一步調查研究價值。

1.2 鎵元素在遵義煤田底水——馬場勘探區的賦存狀態

經過對貴州遵義煤田底水—馬場勘查區煤層情況的勘察得出，見表1，在煤層中5號、7號煤層夾矸及頂板、底板，鎵元素含量較高，絕大多數實測點都超過了伴生礦物一般工業標準的30 g/t的標準。5號煤層夾矸，測定28個點，鎵元素含量最少38 g/t，最高133 g/t，平均鎵元素含量為76 g/t。7號煤層夾矸絕大多數點鎵元素含量都超過30 g/t，最高達125 g/t，7號煤層中底板泥巖鎵元素含量也很突出，含量最少為50 g/t，最高為95 g/t，平均為75 g/t。其余2號、3號、4號、5號煤頂、底板鎵元素含量也高。

表1 遵義煤田底水—馬場勘查區煤層情況特征一覽表Tab.1 List of characteristics of coal seams in Bottom Water-Machang of Zunyi coalfield

即使是在鎵元素不常存在的煤層中也有少數煤層的鎵元素含量>30 g/t，最高的甚至達到49 g/t。

2 鎵元素在貴州二疊紀龍潭組的賦存狀態

根據對于貴州省內煤中鎵元素礦產資源的分布情況及含量調查得出，見表2

表2 貴州煤中鎵元素礦產資源分布Tab.2 Distribution of gallium mineral resources in Guizhou coal mines

2.1 垂直分布

經研究表明，貴州省內富含鎵元素的煤礦成煤時代皆為二疊紀龍潭組(P3)。通過對具有代表性的遵義煤田底水—馬場勘探區研究表明，貴州省二疊紀龍潭組內鎵元素的賦存狀態為常存于結構復雜的煤層內，且富含于煤層夾矸與頂底板中，具有煤層分布的復雜性。以底水—馬場勘探區為例，在富集的5號、7號煤層中含量最低處基本超過一般工業標準的30 g/t，高處更是達到了近4倍的工業標準含量，成為高富集區域，屬于極其富集賦存狀態。其中富集狀態的5號煤層結構較為復雜，一般兩層夾矸，其上層為灰黑色高嶺質泥巖，含鎵元素較高，本層普遍沉積，臨界可采，厚度變化較大，常出現可采與不可采地段；7號煤層最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，厚度變化較大，煤層結構復雜，1～4層沙貢泥巖夾矸，厚度比較穩定，局部不可采，由東向西厚度增大，并有分叉現象，常出現分叉合并現象。因此鎵元素在垂直分布上具有環境復雜性。

2.2 空間分布

貴州省內鎵元素礦產資源分布在空間上具有成片性。首先貴州二疊紀龍潭組各個礦區的鎵元素元素平均含量相差不大并且基本超過一般工業標準。我國鎵元素礦產資源分布在空間上具有一定的分帶性，貴州省內二疊紀龍潭組鎵元素礦產資源位于川滇黔相鄰鍺、鎵、鋰成礦帶上，貴州省西南片區坐落其上，因此貴州省二疊紀龍潭組鎵元素在空間分布上具有成片性。

3 貴州省二疊紀龍潭組鎵元素的成礦前景

3.1 鎵元素的提取方式

煤中鎵利用現有技術主要集中在粉煤灰和煤矸石中提取。自然界中不存在單獨的鎵元素，只能通過后期提取使鎵元素成為反應的副產品而產生。粉煤灰中含有利用價值極高的金屬鎵元素，但是因為他的含量非常低，很難用一般方法進行提取，首先需將粉煤灰在一定條件下焚燒，然后用酸浸出，才能進一步的提煉合格的金屬鎵元素。煤矸石中的鎵元素則需要利用硫酸酸浸得到含鋁鐵鎵的溶液，再加入氫氧化鈉溶液調節含鎵元素溶液的pH值，才能完成高鎵煤矸石中鎵元素的分離提取，得到鎵金屬元素。在這樣的常用提取方式中，煤礦中鎵元素含量、煤礦開采難度以及提煉技術決定了鎵元素的成礦前景。

3.2 鎵元素在遵義煤田底水——馬場勘探區的成礦前景

在遵義煤田底水—馬場勘探區中，鎵元素主要存在于5號、7號煤層的夾矸及頂板、底板中，測定點含量都超過一般工業要求，更有在部分測點存在高含量賦存狀態，給鎵元素的成礦提供了優質的基礎保障。而區中鎵元素所在煤層及區域符合前人對于鎵元素的一般相關研究，既鎵元素富含于夾矸、煤層頂板與底板中，未曾對提取技術提出新的要求，充分符合現今市場上的技術，對于鎵元素的成礦也降低了難度。見圖1。

圖1 遵義煤田底水—馬場勘查區地址戰略圖Fig.1 Zunyi coalfield Bottom Water-Machang exploration area address strategy map

在優質的含量與常見的存在區域外，開采環境的復雜對于鎵元素的成礦也帶來了一系列挑戰。

富含鎵元素的5號煤層是位于圖2中標3下約15 m左右的第一層煤。最大厚度2.31 m，最小厚度0.25 m，平均0.96 m，煤層結構較為復雜。一般兩層夾矸，其上層為灰黑色高嶺質泥巖，含鎵元素較高，本層普遍沉積，臨界可采，厚度變化較大，常出現可采與不可采地段，52線以西并見有分叉現象，為區內局部可采煤層。7號煤層位于煤系底部，標5之下，最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，平均厚度1.48 m，煤層結構復雜，1～4層沙貢泥巖夾矸，厚度比較穩定，局部不可采，由東向西厚度增大，并有分叉現象，30線以東變薄不可采，30～40線一般厚度為2.00 m左右，40線以西常出現分叉合并現象。局部可采對于提取鎵元素的原材料的產量產生了抑制性效果。

因此，對遵義煤田底水—馬場勘探區的成礦前景中判定中，區內具有極高的鎵元素含量，其中5層平均含量達到75 g/t、7層達到76 g/t；區中鎵元素含量分布范圍為煤層夾矸與底板、頂板中，未曾加大鎵元素的提取難度；在開采難度上，區內富含鎵元素煤層架構復雜，厚薄差距較大，存在分叉與合并，提升了礦產的開采難度。因此遵義煤礦底水—馬場勘探區具有較佳成礦前景。

3.3 鎵元素在貴州二疊系龍潭組鎵元素的成礦前景

貴州省內鎵元素礦產在空間上存在著分片性，都分布于貴州省西南部片區，同時各個礦區鎵元素平均含量基本相似；在垂直分布上看來，各個礦產成礦期皆屬于二疊紀龍潭組。由此可知，根據貴州二疊紀龍潭組種礦產具有的統一特性與遵義煤田底水—馬場勘探區基本一致可知，在遵義煤田底水—馬場勘探區中鎵元素的成礦前景對于貴州二疊紀龍潭組鎵元素的成礦前景具有普遍性。

貴州二疊紀龍潭組內煤中鎵平均含量基本高于一般工業品質要求的30 g/t，更有局部地區鎵元素含量遠高于一般工業要求，達到富集狀態。類比前人研究，說明鎵元素富集煤層同時，易于在煤層頂底板和夾矸聚集成礦，事實上已有測試數據也證明了這點，例如遵義煤田底水—馬場勘查區中5號、7號煤層頂板、底板和夾矸泥巖中鎵含量平均達到76 g/t和75 g/t，同時各個礦區聚集在較小范圍內，保障了地形地貌的基本一致，礦產的開采難度相似。因此，貴州二疊紀龍潭組鎵元素的成礦前景如遵義煤田底水—馬場勘探區的成礦前景一致，具有較佳的成礦前景。

4 結 語

鎵元素作為稀缺資源，我國的鎵元素礦產資源十分豐富也十分的有限，在有限的資源中只有不斷的提升資源利用率才能真正使得資源豐富的優勢成為國家進步的優勢。為了提升資源利用率可從以下幾點出發：①提升鎵元素提取技術水平，減少提取過程中的損耗，減少提取過程中酸堿材料的使用以保護自然環境，減少成本以降低市場價格，讓高端技術材料能夠引領新的技術潮流；②提升礦產開采技術，鼓勵進行困難開采區開采技術的研發，讓像貴州二疊紀龍潭組內蘊含的鎵元素能夠得到有效的開采與利用。