鋁土礦資源地質類型分布及開采技術探討

朱 生

（貴州遵義一0六地質礦業有限責任公司，貴州 遵義 563000）

鋁不僅是工業生產的重要原料，也是一種戰略性資源，鋁土礦的勘探和開采，直接決定了我國資源戰略的安全。近年來，隨著工業迅速發展，對鋁土礦的需求逐漸增加，同時也對勘探和開采技術提出了新的要求。總結起來，鋁土礦開采主要分為露天開采和地下開采兩種方式，應結合分析地質條件、資源分布和技術設備等因素后進行確定[1]。只有保證開采技術科學合理，才能實現經濟效益和社會效益的最大化，以下結合工程實例進行探討。

1 工程概況

以鐘山采礦場為例，位于遵義市區東南約50公里處，隸屬于播州區團溪鎮管轄，距播州區城區約45公里。地理座標（2000坐標系）：東經107°03′46″～107°04′48″，北緯27°24′45″～27°25′05″。礦區附近有團溪－遵義、團溪—珠藏的鄉村公路通過，區內有簡易公路相通，交通比較方便。

1.1 地形地貌

本區以溶丘、巖溶洼地、壩子等地貌發育，屬巖溶風化剝蝕的低中山地貌類型。全區地勢東高西低，地形坡度為10°～40°，為緩-中緩坡，最高海拔為1160m，最低為1042.20m，一般高差50m～100m。區內植被發育，覆蓋面積占礦段總面積的1/3以上。

1.2 氣象水文

礦區屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和。常年平均氣溫14.7℃，相對濕度一般為79%，多年平均降水量1097.8mm，每年4-8月為雨季，年度平均蒸發量為985.6mm。

1.3 地質災害

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），礦區所在的地區地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，地震基本烈度為Ⅵ度。調查顯示，區內無活動性斷裂構造，綜合分析認為礦區地殼屬較穩定區域。礦區內未發現崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫。但是，礦區為露天開采，在開采活動中應注意開采邊坡的穩定性，避免引起新的地質災害發生。

2 鋁土礦資源地質類型分布特征

2.1 地質特征

礦區大地構造位置位于上楊子陸塊黔北隆起區鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區，成礦區帶上屬于濱太平洋成礦域（Ⅰ）、揚子成礦省（Ⅱ）、鄂渝湘黔前陸褶斷沖斷帶渝南—黔中鋁土礦成礦區（Ⅲ）、黔中鋁土礦成礦帶（Ⅳ-1）、播州-息烽-甕安早石炭世維憲中晚期鋁土礦成礦亞帶（Ⅳ-1c），主體構造格架為一系列北東向的褶皺與斷層。

礦區內出露地層主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和第四系。①寒武系主要分布在礦區北西部，出露芙蓉統婁山關組，巖性為淺海相碳酸鹽巖。②奧陶系和石炭系主要分布在礦區中部，厚度較薄，且不穩定，奧陶系為桐梓組，巖性以頁巖為主。③石炭系為九架爐組，巖性為湖盆相的粘土巖、鋁質巖為主。④二疊系則分布在礦區南東角，出露有梁山組和棲霞組，梁山組巖性以炭質粘土巖為主，棲霞組以臺地相碳酸鹽巖為主。最終，劃分為寒武系芙蓉統婁山關組（∈3-4ls）、奧陶系下統桐梓組（O1t）、石炭系下統九架爐組（C1jj）、二疊系中統梁山組（P2l）、棲霞組（P2q）及第四系（Q）6個地層單元。

2.2 區域構造

北東向、北北東向褶皺和斷裂構造最為發育，且規模最大，構成了區域內主體構造格架。礦區西部巖層傾角較平緩，一般3°～8°；東部巖層傾角相對較陡，一般14°～22°，有從西向東逐漸增大的趨勢。礦區褶皺、斷層不發育。在婁山關群地層發育兩組節理，第一組節理走向為31°～55°，傾角50°～75°，第二組節理走向為291°～325°，傾角45°～57°。礦區范圍內構造不發育，構造復雜程度為簡單型。

2.3 礦產特征

以鋁土礦為例，主要分布在仙人巖、后槽、茍江一帶，達到大型礦床規模，周邊鋁土礦已查明資源了超過1億噸。區域鋁土礦含礦地層為石炭系下統九架爐組，礦體形態結構、厚度及品位均受礦系之下古巖溶侵蝕面的控制。礦體形態、走向與巖溶洼地、漏斗近一致，呈透鏡狀、漏斗狀或不規則狀沿走向礦體呈“串珠”狀產出。

2.4 礦體分布

本礦區圈定了6個礦體，均為小型礦體。其中1號、2號礦體為礦區主礦體，兩個礦體約占本次工作估算總資源量的70%以上。礦區礦體厚度為0.99m～14.54m，礦區平均為6.69m。

以1號礦體為例。第一，規模。位于漆樹灣采礦場東一帶，由1個鉆孔和5個山地工程共計6個工程控制，為本次工作圈定的最大礦體（主礦體）。礦體長度為98m～181m，寬度為44m～117m，平面投影面積為12964m2；礦體埋藏標高為+1133m～+1081m，平均為1107m；估算控制+推斷礦石資源量共計27.48萬噸，占全區資源總量的60%。第二，形態。礦體平面上呈向南西開口的月牙狀產出，剖面上礦體呈透鏡狀產出。在ZKA502、BT4見夾石分布，結構較復雜，夾石向北東逐漸尖滅，結構逐漸由復雜轉變為單層。礦體傾角為7°～26°，平均為18°。第三，厚度。礦體內單工程礦體厚度為1.60m～29.99m，礦體平均厚為7.88m，變化系數為138.64%，屬于厚度不穩定類型。第四，礦石化學成分。Al2O3、SiO2為穩定類型，Fe2O3、TS劃分較穩定類型，A/S劃分較不穩定類型。見表1。

表1 礦體化學成分統計表

3 鋁土礦資源開采技術和注意事項

3.1 加工選冶技術性能

查明了礦物組成和化學組成之后，為了對礦石的開發利用做進一步的評價，選取5個樣品進行拜爾法溶出試驗。試驗條件：溫度為260℃，溶出時間為1.5h，溶出母液為Na2Ok228.85g/L，ak為3.03，石灰加入量為礦樣的7%，Al2O3的平均相對溶出率為91.21%。試驗結果表明：測試礦石質量較好，鋁硅比相對較高，粘土礦物特別是高嶺石、鮞綠泥石含量較高；理論溶出率除KY4樣品為56.91%外，其余都大于80%，其中KY1樣品及KY3樣品大于97%；平均相對溶出率除KY3樣品為80.53%，其余都大于90%，總體上，礦石的冶煉性能較好。

3.2 開采注意事項

除A42號礦體埋深較深外，其余礦體埋深小于50m，具備露天開采條件。露天開采時，頂低板圍巖對礦區開采影響不大，但應注意邊坡上不穩定的滾石崩落。為保證邊坡穩定性，提出建議如下：

第一，采場邊坡高度＞6m，建議由上往下梯級開采，每梯的高度控制在5m～6m為宜，邊坡角度控制在30°。第二，開采過程中形成的突起巖礦石、松動的巖礦石，及時剔除，避免形成安全隱患[2]。第三，當采場低于自然排水面標高時，應注意暴雨的降落，采取有效的排水措施。第四，礦山在開采過程中，在渣場建設排水系統，渣場四周設置截洪溝，底部設置排水涵洞，實行雨水分流，減少渣場淋溶水量和雨水對渣壩的壓力[3]。如果礦渣中含黃鐵礦較多，流出的廢水應進行處理，達標后再排放。第五，堆渣場進行防滲處理，底部使用高密度聚乙烯鋪底后，采用優質粘土層夯實覆蓋，夯實厚度為0.3m。將渣場的側面建成斜面，斜面的坡度控制在36°以內。

3.3 對地質環境的影響和對策

第一，可能誘發地質災害。一是在礦區范圍內，第四系大面積出露，礦山開采方式為露天開采。根據采場及相鄰露天采場調查，露天采場邊坡角以30°、高5m～6m的梯級開采為宜。如果坡度角過大、邊坡過高，發生滑坡、崩塌的風險加大，易形成人為地質災害。二是堆積的廢渣、礦石，如果堆積位置不當，沒有設置擋渣墻，過堆積角度過大、堆積體過高，都可能引起地質災害，發生滑坡、泥石流等。因此，堆積的礦和礦渣位置、坡度、高度要適當，由專人負責現場監督管理。

第二，可能造成水環境污染。礦山開采后，對水資源造成的污染，主要是礦渣、廢渣不規范堆放，經大氣降水淋慮作用后，形成的廢水對附近的地表水、地下水造成污染。水資源破壞，會影響當地村民的生產、生活，導致可利用的水資源更加缺乏。因此，建議礦山排水過程中，完善水處理設施，達標排放或綜合利用。對廢渣的堆放要規范，修筑專門的堆放場地，并進行防滲處理，以避免雨水淋濾作用產生的污水對地下水及周邊環境形成污染。

4 結論

通過對鐘山采礦場進行勘查，掌握了鋁土礦資源地質類型分布特征，提出露天開采技術方案，結論如下：

第一，礦區地層主要為寒武系、石炭系、二疊系和第四系，褶皺不發育，含礦巖系為石炭系九架爐組，礦體的分布受古巖溶洼地控制，總體看礦體呈北東、北西向串珠狀分布。第二，礦區圈定了6個礦體，均為小型礦體。其中1號、2號礦體為主礦體，占本次工作估算總資源量的70%以上；除A42號礦體外，其余礦體埋深小于50m，可采用露天開采技術。第三，礦區礦石主要為碎屑狀鋁土礦，其次為豆鮞狀，半土狀、致密狀較少，工業類型以含鐵高硫型、中鐵高硫型礦石為主，占總資源量的94%，礦石品級95%的資源量為Ⅱ品級。第四，礦區水文地質條件簡單，是以大氣降水直接充水為主的孔隙充水礦床，工程地質條件、環境地質條件中等。第五，礦區礦石可采用拜爾法生產氧化鋁。