海南文昌烏土礦區高嶺土礦床地質特征及成因探討

符啟基

(海南省資源環境調查院，海南 海口 570206)

高嶺土礦是海南省重點規劃的非金屬礦產資源之一，儲量極為豐富，具有品質優、市場競爭力強等特點。礦床類型均為風化殘積型[1]，成巖時代主要集中在燕山期，次為印支期和加里東期[2]。近年來海南地區隨著消費的不斷發展，對經深加工和質地優良的高嶺土的需求持續增長，市場上的需求量越來越大[3]。因此，加快海南省高嶺土礦資源勘查，提供優質高嶺土礦資源基地迫在眉睫。海南文昌烏土礦區高嶺土礦是產于Ⅱ級海成階地上，曾經歷了從臺地—濱海—淺海近岸—濱海—海灣的環境變遷過程，探明的資源儲量規模達到大型，有效地支撐了當地高嶺土資源的消費。該高嶺土礦的發現，為海南地區尋找同類型的礦床提供了可借鑒的理論依據，具有十分重要的現實意義。

1 區域地質背景

海南地區位于華南褶皺系南段，沉積有不同地質時代的地層，經歷了海西、印支、燕山等多期構造運動和巖漿活動，造就了別具一格、復雜繁多的成礦地質條件，形成了豐富多樣的礦產資源[4-5]。

烏土礦區處于瓊東北隆起的東南部，王五—文教深斷裂的東端，距海岸線2km。本區構造不發育，主要發育有東西向及北東向兩組斷裂，規模較小。

區域侵入巖主要有中侏羅統二長花崗巖和二疊—三疊系花崗巖，呈巖基狀產出，分布于中西部及東部[6-8]。礦區內廣泛出露第四系全新統煙墩組、全新統瓊山組、更新統八所組地層(圖1)。

圖1 區域地質簡圖

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層比較簡單，出露有第四系上更新統八所組(Qp3bs)和全新統(Qh)地層。

上更新統八所組(Qp3bs)：根據巖性組合分為上下兩個亞層。下亞層(Qp3-1bs)：為海相Ⅱ級階地沉積。上部巖性為灰黃—棕灰色中細—粉細砂，成分較單一，主要分布在礦區中南部。下部主要為砂質粘土，夾粉細砂薄層，砂質成分以石英為主，渾圓狀—次棱角狀，粒度較粗，粘土成分以高嶺土為主，局部為塊狀高嶺土。厚度1.00 ～10.00m，平均6.84m。呈近水平層狀產出。上亞層(Qp3-2bs)：為褐紅色—棕紅色亞粘土，可塑—硬塑狀。主要分布在礦區北東部，呈近水平層狀產出，層厚3.45 ～19.00m。

全新統(Qh)，該層未分組，主要呈條帶狀分布在礦區西部及中東部，為河流相沖洪積。巖性以砂質粘土為主，含有少量有機質，多分布在溝溪兩側及地勢低洼地段，層厚1.50 ～3.20m。

2.2 構造

由于區內被第四系松散沉積廣泛覆蓋，故構造現象不明顯。根據現代地形地貌分析，可能存在東西向、南北向和北東向裂隙構造。

2.3 巖漿巖

礦區基底巖石為中侏羅統二長花崗巖，由于被大面積第四系松散沉積物覆蓋，礦區范圍內地表未見有出露。經鉆探揭露，層頂埋深在10.5 ～13.5m之間，巖石已強烈風化，呈砂質粘性土狀，但原巖結構、構造尚可辨認。巖石呈灰黃色，中粗粒結構，塊狀構造。主要礦物成分為斜長石，其次為石英，少量絹云母，見微量鈦鐵礦。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

高嶺土礦主要賦存于第四系上更新統(Qp3bs)Ⅱ級海成階地沉積地層中,基底為侏羅紀中世二長花崗巖，巖石呈強風化狀，局部零星分布有風化殘積型高嶺土，該層為礦層的下盤圍巖。

礦體平面上大致呈兩頭大、中間小的一個“啞鈴狀”沿東西向展布，延展連續性較好。平緩層狀產出，微向南東傾。縱向長度3200m，寬220 ～1300m，平均寬度635m；礦層厚3.12 ～12.80m，平均厚度6.25m，厚度變化系數63.99%，屬于厚度變化基本穩定的礦體。礦體延展面積1.90km2，邊界規則，邊界模數0.66；剖面形態變化小，剖面面積變化系數0.35。礦體內部結構簡單，礦石以砂質高嶺土為主，局部見有塊狀軟質高嶺土。礦層中無夾石(層)，質量較穩定，連續性好(圖2、圖3)。

圖2 礦區地質簡圖

圖3 礦區2 線地質剖面圖

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物組成。

原礦石中主要礦物為石英和高嶺石，少量的長石、金紅石、微量的銳鈦礦、板鈦礦、褐鐵礦、赤鐵礦、云母及水鋁石等礦物[9]。-400 目產品中主要礦物為高嶺石、埃洛石、伊利石，少量的石英和含鐵、鈦的礦物。原礦及-400 目產品中主要礦物含量統計見表1。

表1 原礦及-400 目產品中主要礦物含量統計表(單位：%)

由表1 可知，-400 目產品中石英含量僅3.0%，這說明石英粒度較粗，基本分布在-400 目以上，這對提高Al2O3含量是有利的[10-12]。

(2)礦石結構、構造特征。

礦石為砂質高嶺土，高嶺石呈塊狀、顆粒狀集合體分布在中粗粒石英砂中，呈松散粒狀結構，塊狀構造。從上至下，由中細—粉細粒石英砂至中粗粒砂質高嶺土，沉積韻律特征明顯，由淺黃—灰黃色砂到灰白—白色砂質粘土，形成不同的層狀構造特點。

(3)主要粘土礦物特征。

高嶺石：為粘土礦物主要成分，與埃洛石、伊利石共生。電鏡觀察，高嶺石80%以上為片狀，片狀大小一般為5 ～10μm，片厚0.2 ～0.8μm。較粗粒級的高嶺石多呈集合體存在，晶形稍好者多為書頁狀、手風琴狀和蠕蟲狀，晶形稍差者為花絮狀，主要粘土礦物電鏡掃描形貌圖像見圖4。

圖4 主要粘土礦物電鏡掃描圖像

埃洛石：含量僅次于高嶺石，與高嶺石、伊利石共生，單晶為管狀，此外還有空心角錐狀、球狀，集合體多為絨球狀，粒度微細，管長大多在2μm以下。

伊利石：含量較埃洛石少，以片狀產出，粒度一般2 ～10μm，在形貌上不易與高嶺石分辨，是K2O 的主要載體礦物，是云母或長石向高嶺石轉變的中間過渡產物[13]。

(4)礦石的化學成分。

根據采集樣品的基本分析，礦石中Al2O3含量16.79%～23.63%，平均19.15%；Fe2O3含量0.18%～0.85%，平均0.58%；TiO2含量0.31%～0.45%，平均0.39%(表2)。

表2 部分鉆孔質量分數一覽表 (單位：%)

通過以上礦物組成的分析可知，高嶺土礦Al2O3含量高，Fe2O3、TiO2含量低，礦石質量好，各組分含量穩定，是優質的高嶺土礦床[14]。

3.3 礦石加工及選礦特征

(1)選礦試驗。

淘洗：以鉆孔基本分析樣，用清水搗漿淘選、過濾(325 目網篩)，得出＞325 目(雜質)和＜325目(精礦)的淘洗率。再經化學分析，與原礦化學分析結果對比。原礦經淘洗后Al2O3含量達到36.94%，Fe2O3含量為0.56%，TiO2為0.36%，精礦淘洗率為42.56%。

重選：是去除石英、富集高嶺石(Al2O3)的過程，包括搗漿、篩分(去除粗砂)和水力分級(去除細砂)三部分工藝。重選總溢流平均粒徑為4.52μm，D50=3.2μm，-10μm 占有率為88.88%。

磁選：本試驗是在半工業高梯度磁選機上進行，毛配比(1 ∶1)，充填率為4.5%。隨著磁場強度的增加，精礦中Fe2O3和TiO2含量略有降低，但精礦產率下降，當磁場強度到1.3T 時，分選結果變化不大；礦漿流速試驗表明，隨著礦漿流速的增加，精礦產率上升，但精礦中Fe2O3和TiO2含量變化不大，為了保證較好的精礦指標，礦漿流速應小于0.8cm/s。最后得出較好的分選條件應是六偏磷酸鈉0.3%，磁場強度1.3T，礦漿流速0.6cm/s。

漂白：重選土經漂白，白度可提高到85 以上，較漂白前提高8 ～10；磁選土白度提高到87 左右，二次漂白可以提高到88(表3)。試驗還表明，在進行漂白前，預先進行氧化處理或二次漂白，白度有所提高。

表3 部分漂白試樣化學分析結果與白度對比結果表

煅燒：煅燒溫度、煅燒時間和添加劑對煅燒均有較大影響。重選土直接煅燒，可將白度提高到85 以上，若在較高溫度下可使白度提高到88 左右。磁選土煅燒白度與漂白土煅燒白度基本相同，煅燒白度可穩定在88 左右。磁漂土煅燒白度最高可達到90.6。

(2)礦石工業利用性能評價

經工藝礦物學研究，本區高嶺土礦石的主要礦物成分為片狀高嶺石和石英，其次為埃洛石和伊利石。淘洗、重選、磁選、漂白和煅燒等試驗和研究表明，礦石經精選加工后，可滿足造紙、搪瓷、橡膠、陶瓷等工業用途。如進一步深入高梯度磁分離和化學漂白，將會最大限度地剔除鐵、鈦雜質，滿足高級造紙工業的使用。

4 礦床成因

本區第四系沉積基本上呈帶狀與現代海岸線平行展布，高嶺土礦層產于第四系上更新統八所組下亞層(Qp3-1bs) 下部的砂質粘土層中，屬海相Ⅱ級階地沉積，韻律層特征明顯，機械沉積作用清晰。

地層巖相顯示本區在第四紀早、中更新世為較穩定的臺地，處于風化剝蝕狀態，從中更新世晚期開始，地殼逐漸下沉，開始海侵，形成了海相或陸相的第Ⅲ級階地沉積。至晚更新世早期，隨著海侵的擴大，形成了晚更新世八所組濱海Ⅱ級階地沉積。全新世晚期的海退，形成了河流相、湖沼相及近岸沙堤沉積。由此可見，本區第四紀早期—全新世晚期，曾經歷了從臺地—濱海—淺海近岸—濱海—海灣的環境變遷過程[15]。

高嶺土礦的形成機理，主要是在淺濱海環境中水動力作用下，對風化剝蝕的巖石碎屑物質機械運移、破碎、分選沉積而形成。本區區域分布的二長花崗巖，是高嶺土礦形成的成礦母巖。在強風化二長花崗巖與砂質高嶺土中Al2O3、TiO2含量相近，但砂質高嶺土中Fe2O3的含量(0.58%)明顯低于強風化二長花崗巖中Fe2O3的含量(1.89%～3.18%)，說明沉積改造作用將有害組分明顯降低。

本區礦體大致呈東西向沿第四系上更新統八所組濱海相Ⅱ級階地沉積(Qp3bs)分布，礦體呈層狀產出，分布空間、形態、產狀嚴格受地層控制。礦體總體厚度較穩定，局部礦層厚度變化較大，反映出沉積作用過程中的不同環境及水動力條件的變化。礦石質量優良，品位變化不大。礦層與頂、底板圍巖界線清楚。礦石組成物質高嶺土為主，石英為輔，高嶺土多呈片狀集合體，石英顆粒機械分選明顯，磨圓度較高，其他重礦物粒度細小，以滾圓狀為主，表明水動力作用強烈。礦石化學分析、物性測定及研究表明，礦石為正常的機械碎屑沉積。本區高嶺土礦床成因類型為花崗巖風化殘積—濱海沉積改造型砂質高嶺土礦床[15]。

5 結語

(1)本區高嶺土礦層主要賦存于第四系上更新統Ⅱ級海成階地沉積(Qp3bs)中, 呈層狀產出，礦體結構簡單，連續性好，分布均勻。礦石主要有用礦物有高嶺石、埃洛石、伊利石等。

(2)高嶺土礦床的成礦母巖為中侏羅統二長花崗巖，礦床的分布與這類巖體有較密切的關系，礦床成因類型為花崗巖風化殘積—濱海沉積改造型砂質高嶺土礦床。

(3)本區出露的第四系上更新統八所組Ⅱ級海成階地沉積(Qp3bs)，是良好的直接找礦標志，中侏羅統二長花崗巖分布范圍是尋找沉積型砂質高嶺土的重要地段。高嶺土礦體基本上分布在第四系上更新統八所組下亞層的下部，分布地區地勢往往比較低，海拔標高在10 ～20m。因此地形地貌特征也是尋找該類型高嶺土礦體的標志。