河南省欒川礦集區石榴子石資源及其開發前景

＊武志軍 杜程遠 韓江偉

（1.河北泥河灣國家級自然保護區管理中心 河北 075000 2.河南省地質局生態環境地質服務中心 河南 450011 3.河南省地質研究院 河南 450001）

石榴子石礦被世界多個國家列為“戰略性礦產”“危機礦產”或“關鍵礦產”。除了做寶石，研磨、拋光和檫洗材料、濾水材料外，還可以做存儲材料、軸承、建筑飾面材料、橡膠、油漆的填料及石油鉆井泥漿加重劑。我國石榴子石基礎儲量僅占查明資源儲量的4.86%[1]，限制了石榴子石高端利用產品結構的發展。“中國鉬都”欒川的鉬多金屬礦目前僅回收Mo、W、Cu 和螢石，采選副產品之一石榴子石未回收利用，造成資源浪費和經濟損失。本文綜合分析了鉬多金屬礦石中石榴子石的含量、礦物特征、資源量，并結合石榴子石化學分析、工藝礦物學研究，對欒川礦集區石榴子石開發利用前景進行了評價，對區內石榴子石的綜合開發利用具有重要意義。

1.區域地質概況

欒川礦集區（圖1）位于華北陸塊南緣與北秦嶺造山帶結合部位的欒川斷裂和馬超營斷裂之間，區內具有明顯的二元地質結構特征—結晶基底為新太古宙太華巖群中深變質巖系組成，蓋層巖系為中元古界熊耳群、官道口群、新元古界欒川群、寬坪巖群、古生界陶灣群。

圖1 欒川礦集區地質簡圖

區域構造主要受華北陸塊南緣逆沖推覆構造帶控制[2]，北西西和北北東向兩組主要方向構造控制了礦集區內的燕山期中酸性小巖體和鉬多金屬礦體的分布。區內巖漿巖發育，其中燕山期中酸性侵入巖（小巖體）與區內鉬多金屬礦在空間、時間和成因上存在密切的聯系。

2.鈣質矽卡巖分布及成因

燕山期中酸性小巖體侵入有關的氣化熱液作用，與碳酸鹽巖圍巖發生交代形成不同的矽卡巖，碎屑巖發生接觸變質形成不同的角巖。在郭店、上房巖體接觸帶，煤窯溝組交代反應形成鎂質矽卡巖[3]，在南泥湖、馬圈、黃背嶺、魚庫、石寶溝、大坪、火神廟等巖體附近，三川組上段大理巖通過交代作用形成鈣質矽卡巖，矽卡巖的產狀與圍巖一致（圖2），多呈似層狀和透鏡狀，含有石榴子石礦物的巖石包括鈣質矽卡巖和條帶狀石榴子石角巖。

圖2 南泥湖-三道莊礦區橫09 勘查線剖面圖

圖3 駱駝山硫多金屬礦區橫28 勘查線簡化圖

區內與鎢鉬成礦關系密切的矽卡巖形成存在2期[4]，第1 期矽卡巖分布更廣，由靠近巖體的大理巖與流體交代生成，第2 期由沿裂隙向圍巖流動的流體與圍巖交代生成。

鈣質矽卡巖呈淺褐色，變晶結構，塊狀構造，主要由鈣鋁榴石和透輝石組成。條帶狀石榴子石角巖呈褐綠色、灰綠色，柱粒狀變晶結構，弱定向構造。由石英、斜長石、透輝石、綠簾石、石榴子石與少量金屬礦物組成。

3.石榴子石特征

礦集區石榴子石礦物主要為鈣鋁榴石，鈣鐵榴石較少，在矽卡巖中石榴子石含量變化較大，從含量不足1%到含量超過95%以上，石榴子石角巖中也有一定含量的石榴子石（10%～15%）。

(1)礦物學特征

鈣鋁榴石在鈣質矽卡巖中的含量為5%～95%，一般為褐色、棕色，自形-半自形粒狀，大小一般為2～5 mm，部分0.5～2 mm，少部分0.2～0.5 mm，還有很少部分粒徑可以達到10 mm（如大坪巖體、魚庫巖體附近的矽卡巖中），鈣鋁榴石呈鑲嵌狀或條帶狀集合體分布。石榴石光性特征：淺褐色，高正突起，均質，局部略顯光性異常（局部可見環帶）。大多數具有明顯的環帶結構，少數可見扇狀雙晶（圖4a），一些石榴子石被方解石、石英、綠泥石、陽起石及鐵質交代（圖4a），一些石榴子石礦物顆粒內常見透輝石小包體（圖4b），少部分表現為假象。

圖4 不同巖體交代矽卡巖中的石榴子石顯微特征

鐵鋁榴石比較少見，僅在黃背嶺巖體東西兩側的矽卡巖帶中見到。鐵鋁榴石呈褐紅色，半自形粒狀，大小一般為2～5 mm，部分0.5～2 mm，少部分0.2～0.5 mm，略顯定向分布。在矽卡巖中含量60%～75%，常見光性異常，可見環帶（圖4c），被方解石、石英、透閃石、透輝石交代（圖4d）。

(2)石榴子石地球化學特征

三道莊鎢鉬礦石榴石的電子探針分析結果[5]表明，石榴石為鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列，從早期到晚期，石榴石具從鈣鋁榴石逐漸向鈣鐵榴石過渡，石榴石的環帶從核部向邊緣Fe 含量上升趨、Al 的含量下，指示流體具有多期多階段性，這可能與區內中生代多期中酸性巖漿活動相對應。

(3)工藝礦物學

工藝礦物學研究[6]表明：矽卡巖鉬礦石中的石榴石為鈣鋁石榴石。礦石破碎到-4 mm 以下，鈣鋁石榴石的單體解離度僅為50.69%，連生體中以60%～90%富連生體為主，其含量為42.14%，二者合計92.83%。采用粗粒干式強磁預選-預選粗精礦磨礦-弱磁選除鐵-高梯度磁選-重選原則流程對石榴石進行高效回收，生產出適合細粒磨料等工業用的各類石榴石產品。

4.石榴子石資源量及其開發前景

欒川礦集區內的中生代巖漿活動頻繁，與多金屬成礦有關的中酸性巖漿活動有3 期[7]，表現出不同的成礦特征，構成了礦集區的內生成礦系統[8]，多金屬礦的賦礦巖石均發生了接觸變質，以巖體為中心形成了不同的礦石類型[8]，如角巖型、矽卡巖型鉬（鎢）礦石、矽卡巖型鋅多金屬礦石、斑巖型鉬礦石。

以礦集區評審備案的礦石資源量為基礎（表1），對各礦區內礦區的石榴子石資源量進行估算，計算公式為：

表1 欒川礦集區主要礦床矽卡巖型礦石的石榴子石資源情況一覽表（石榴子石密度取3.6×103 kg/m3）

石榴子石資源量=(矽卡巖型礦石量/礦石密度)×石榴子含量（%）×石榴子石密度

估算區內石榴子石資源量129640 萬噸。工藝礦物學研究表明這些石榴子石可以通過綜合回收利用。按當前石榴石砂的價格通常在500～1200元/噸之間，選礦回收率按60%計算，目前生產礦山的矽卡巖礦石中伴生石榴子石潛在經濟價值為389～933 億元之間。因此，欒川礦集區伴生石榴子石的開發具有很大的經濟效益，而且將大大減少尾礦的數量。

5.結論

（1）欒川礦集區的石榴子石是燕山期中酸性巖體侵入過程中，流體與含鈣質碳酸鹽巖的圍巖發生交代形成的，石榴子石以鈣鋁榴石為主。

（2）欒川礦集區鉬多金屬礦伴生石榴子石資源量規模巨大，通過綜合回收利用，不僅能夠增加礦山效益，而且減少對環境的負面影響。