南召—泌阳金红石矿带金红石赋存规律

王顶明，李 沛，汪慧军，沈敬帆

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南 许昌 461000）

0 引言

河南省南召—泌阳金红石矿带是我国重要的金红石矿带之一，资源量巨大。1974年以来，多家地勘单位和科研院所先后对带内的多个金红石矿区进行了从预查到详查多阶段的地质勘查和不同级别的选矿试验研究工作。但时至今日，仍为呆矿。究其根源，主要有3方面的原因，其一是矿石中的金红石粒度较细，较难选；其二是以往地质矿产评价工作与选矿试验研究工作结合不够紧密，且对本矿带金红石的赋存状态、嵌布特征及易选金红石的赋存规律认识不清，未找到与选矿工艺相匹配的大规模粗粒金红石矿体；其三是选矿工艺落后，用酸洗法提高金红石粗精矿品位造成的环境污染问题难处理等。在河南省国土资源厅地质矿产科技攻关项目“南召—泌阳金红石矿带首采选区与可选性评价”（编号：［2006］26419）的资助下，我们对南召—泌阳风化壳型金红石矿带的金红石赋存规律和选区方法等方面进行了新探索并有所突破；以此为基础，通过研究新的选矿方法，尤其是以微生物提纯金红石粗精矿为亮点的金红石选矿工艺流程的研究成功，既保证了金红石的高回收率、高精矿品位和金红石的高品质（主要是粒度），还符合环保、可持续发展的大趋势。

1 地质背景

南召—泌阳金红石矿带位于栾川—确山—固始断裂与朱阳关—夏馆—大河断裂之间。带内为一套中等变质程度的角闪片岩、斜长片岩、石英片岩、大理岩类岩石。以往称之为中元古界宽坪群（组），近年的区域对比研究将这套地层定为中元古界毛集群和新元古界宽坪群［1］。其中，南召留山以东分布的主要是毛集群，留山以西分布的主要是宽坪群（图1）。毛集群左老庄组一段中、上部（中、北部）为金红石的主要含矿层位。在毛集群左老庄组一段下部、新元古界宽坪群四岔口组也存在金红石的含矿层位。

2 金红石矿基本地质特征

主要矿体位于矿带中段的南召县草店—方城县罗庄间的17 km区段，其分布范围与Ti-20-丙2异常范围基本重合（图1），自东向西有罗庄矿区、五间房矿区、后侯庄矿区（含刘岗矿区）。已累计提交（332）＋（333）＋（334）？资源量1 600×104t。主要矿体均位于左老庄组一段的中、上部地层中，含矿岩性以黑云角闪片岩、黑云斜长角闪片岩为主，次为黑云角闪斜长片岩、角闪片岩、绿帘角闪片岩、黑云斜长片岩和二云片岩。在左老庄组一段下部也有金红石矿体，但规模较小，连续性差。

图1 留山—羊册金红石矿带地质略图Fig.1 Geological sketch of the Liushan-Yangce rutile ore belt

在云阳草店以西矿段仅有一个留山金红石矿点，赋于宽坪群四岔口组，含矿岩性为碳酸盐化角闪片岩，出露宽度大于20 m，金红石（RTiO2）品位为1.93％，该处没有Ti元素异常，资源潜力有限。

方城幽雅庄以东矿段仅对姚庄金红石矿区进行过预查，含矿层位和岩性与南召县草店—方城县幽雅庄区段基本相同。本矿区富矿所占比例较少。另在方城二郎庙有一个金红石矿点，出露宽度40 m左右，含矿岩性为中粗粒近等粒结构的黑云角闪片岩，RTiO2品位1.57％～2.23％。

3 矿石特征

3.1 矿石的自然类型

据含矿岩石特征的不同，可以将南召—泌阳金红矿带的金红石矿划分为5种自然类型。

（1）角闪片岩类金红石矿石：包括角闪片岩、黑云角闪片岩、斜长角闪片岩、黑云斜长角闪片岩、绿帘角闪片岩、阳起石片岩等，是本矿带风化壳型金红石矿的主要矿石类型，该类型矿石约占矿石总量的75％。

（2）斜长片岩类金红石矿石：包括黑云斜长片岩、绿帘斜长片岩、绢云斜长片岩、二云斜长片岩等，多呈层状、似层状夹在角闪片岩类矿石中或分布在角闪片岩类矿石的边部，约占矿石总量的12％。

（3）绿帘片岩类金红石矿石：包括绿帘片岩、角闪绿帘片岩、阳起绿帘片岩、二云石英片岩等，主要分布在柏树岗矿区和罗庄矿区，约占矿石总量的7％。

（4）云母片岩类金红石矿石：包括角闪黑云片岩、斜长黑云片岩、斜长绢云片岩、绿帘黑云片岩等，多呈多呈透镜状夹层出现，主要分布在矿带的中部矿体中，约占矿石总量的5％；

（5）二云石英片岩类金红石矿石：常与斜长片岩呈渐变关系，主要分布在部分矿体的边部，占矿石总量的1％。

3.2 矿石的物质组成

3.2.1 化学成分

原矿化学分析结果表明，南召草店—方城县幽雅庄矿段金红石矿石整体化学成分变化不大（表1）。

3.2.2 矿石矿物

矿石的主要有用矿物成分为金红石，其他含钛矿物有钛铁矿、锐钛矿、白钛矿，脉石矿物为角闪石、斜长石、黑云母、绿帘石、石英、磷灰石等。由于矿石各（自然）类型主要组成矿物分布、嵌布的不均匀性，原矿中矿物相对含量变化较大（表2）。

3.2.3 金红石的化学组分

金红石粒度较大的矿体（刘岗矿区1号矿体），金红石原矿的纯度较低，而金红石粒度较细的五间房矿区Ⅱ号矿体中的金红石纯度较高（表3）。粒度较大的粒状金红石或细粒金红石集合体中的金红石纯度较低，而自形—半自形细小的单体金红石纯度较高。金红石粗精矿经微生物提纯后，精矿品位有较大提高。

表1 草店—罗庄矿段金红石矿石化学组分对比Table 1 Chemical analyses of rutile ore in Caodian-Luozhuang ore section

表2 草店—罗庄矿段金红石矿石矿物体积分数和一般粒度统计Table 2 Volume fraction of rutile ore and grain size statics for Caodian-Luozhuang ore section

表3 草店—罗庄金红石矿段金红石矿物化学组分对比Table 3 Chemical composition of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

3.3 矿石工业类型

依据金红石的粒度特征，可划分粗粒和细粒2种工业类型矿石。粗粒型金红石矿石中的金红石呈他形－半自形粒状、短柱状，以粒径0.08 mm上粒级为主，对应的矿石自然类型主要是角闪片岩类。该类型矿石较易选，以往对其分布规律性认识不清，造成了选矿试验的无的放矢。细粒型金红石矿石中的金红石主要呈自形－半自形柱状，以粒径0.08 mm以下者为主，对应的矿石自然类型主要是斜长片岩和云母片岩类及部分角闪片岩类矿石。南召—泌阳金红石矿带矿石总体上以细粒型为主。

4 金红石的赋存状态

4.1 不同类型矿石中金红石的赋存特征

（1）角闪片岩中的金红石：多数呈棕褐色，棕色，黄褐色，柱状、半自形粒状，单晶粒径一般0.05～0.15 mm，集合体为0.1～0.3 mm，主要分布于角闪石晶体间隙中。柱状、自形短柱状的金红石呈黄褐色、褐棕色，其大小为0.05 mm×0.25 mm或0.05 mm×0.12 mm；粒状或粒状集合体的金红石呈浅黄褐色、浅褐（棕）色，大小0.1～0.25 mm，多数分布于角闪石颗粒或解理缝隙中或在石英颗粒间隙中，可见钛铁矿交代金红石。有的集合体与钛铁矿连晶分布于角闪石颗粒间隙或角闪石微缝隙中，呈明显的定向排列。

（2）黑云角闪片岩中的金红石：呈半自形－自形柱状、粒状，切面大小0.003 mm×0.014 mm～0.092 mm×0.236 mm，多数为0.025 mm×0.072 mm～0.035 mm×0.120 mm。部分金红石被白钛矿交代，长轴大致定向排列，断续定向分布；较大颗粒多与黑云母接触紧密，部分包于黑云母晶体中。

（3）绿帘角闪片岩中的金红石：多数分布于角闪石和绿帘石颗粒之间。呈柱状、自形短柱状的金红石呈棕褐色、黑褐色，大小0.08 mm×0.2 mm～0.05 mm×0.12mm；粒状的金红石，大小0.05～0.2 mm，呈浅黄褐色、浅褐色。分布在角闪石间的金红石呈黄棕色、红棕（褐）色，大小0.04 mm× 0.18 mm，见有钛铁矿交代金红石；分布在绿帘石间的金红石呈黄褐色、红棕色，短柱状，大小0.04 mm ×0.12 mm，部分钛铁矿穿插并交代金红石，多数金红石和钛铁矿具有定向性，偶见有锐钛矿交代金红石。

（4）黑云斜长片岩中的金红石：呈半自形柱状，切面大小0.02 mm×0.04 mm～0.05 mm×0.135 mm，多数在0.03 mm×0.094 mm～0.05 mm×0.135 mm，多呈集合体聚集。长轴定向排列，零星分布。

（5）二云片岩中的金红石：黄褐色、浅褐色、棕褐色，少数呈黑褐色，多呈柱状，其粒径为0.01～0.12 mm之间，以0.03～0.1 mm为主，主要分布在二云母片间，少数分布在石英颗粒间隙中，有的金红石分布在黑云母微缝隙中，呈棕褐色，柱状，大小为0.03 mm×0.15 mm。

4.2 金红石的整体赋存状态、嵌布和粒度特征

金红石多呈半自形柱状，部分呈粒状、柱状，多呈集合体聚集，晶体及其集合体的长轴大致定向排列。集合体中及较大金红石晶体中包嵌有普通角闪石、绿帘石、钠长石、石英等矿物微粒，部分晶体沿边缘及解理缝转变成白钛矿、钛铁矿。金红石的纯度与粒度负相关，与自形程度正相关。

金红石嵌布状态主为粒间金红石，占70％以上，多嵌布在脉石矿物（角闪石、斜长石、绿帘石、黑云母）之间，并以角闪石粒间金红石和角闪石与斜长石粒间金红石为主，其他次之或少量；其余多被脉石矿物包裹，金红石呈零星状散布于角闪石、绿帘石、斜长石或黑云母中；有少部分金红石分布于脉石矿物的微裂隙中。

矿带北部的1号和2号矿层中金红石整体粒度较粗，矿带中部和南部的矿层（3号—6号矿层）金红石整体粒度相对较细（表4）。在同一矿体中，金红石粒度也有一定的变化，其中角闪片岩类和绿帘片岩类矿石中金红石粒度较粗，斜长片岩类和云母片岩类矿石中金红石粒度较细。金红石粒度与脉石矿物的晶粒大小正相关（表2）。

5 富矿层分布特征

金红石矿由地表向下可分为风化矿、半风化矿和未风化矿。

风化矿或风化壳型金红石矿指自然松散或用锤轻击即可散成砂状的矿石。由于其易采易选，为本次研究的对象。考虑到现有采选水平，本次对勘查工作程度较高的中矿段（南召草店—方城幽雅庄矿段）风化矿，按边界品位w（RTiO2）≥1.50％，工业品位w（RTiO2）≥2.00％，矿石可采厚度（水平假厚或宽度）≥15 m，夹石剔除厚度（水平假厚或宽度）≥6 m作为划分富矿层的标准，并参照按岩性进行的地质填图成果（主要矿区比例尺为1∶5 000或者1∶10 000，其他衔接部位为1∶50 000），对中矿段金红石矿层进行了重新划分（图2）。

表4 草店—罗庄金红石矿段金红石原生粒度对比Table 4 Original grain sizes of rutile in Caodian-Luozhuang ore section

图2 草店－罗庄金红石富矿体分布图Fig.2 Map showing distribution of high grade ore bodies at Caodian-Luozhuang section

在南召草店—方城幽罗庄矿段的不同剖面上，金红石富矿一般有3～6层，矿层累计宽度151～541 m，平均宽315 m。矿层产状与地层基本一致，局部有分支复合现象。风化矿厚度（深度）4.30～25.20 m，平均10.98 m。在地形平缓处或沟谷中厚度较大，接近坡顶的陡坎处厚度较小；矿石中黑云母、斜长石、绿帘石、绿泥石含量高时厚度较大，石英、角闪石含量高时厚度较小。

区内有4层金红石矿，矿层展布较为稳定。各层的编号，最大矿体长度、矿体最大厚度和最大矿体加权平均品位见表5。其中1号和2号矿层位于矿带的北部，刘岗矿区矿体宽度最大，向东变薄后断续分布；这2层矿中的金红石颗粒较粗，可将其作为选矿试验重点研究对象及以后开发利用的重点。3号矿层位于矿带的中部，在五间房矿区矿体宽度最大，向两侧变薄后断续分布，其中的金红石粒度较细，可将其作为接替对象。

6 选矿试验结果

本次对刘岗矿区1号和2号矿体4条剖面中的探槽和浅井的混合大样采用“原矿→磨矿擦洗→重选→磁选→重选→微生物提纯”联合工艺流程，取得了良好的选矿效果。首次应用微生物提纯金红石磁选粗精矿，在回收率只降低5.66％的情况下，精矿品位提高了18.92％。矿石入选品位为2.13％，获得最终金红石精矿产率1.65％，精矿品位91.07％，回收率70.55％。

对五间房矿区横8线3号矿体的斜长片岩类细粒金红石矿采用同样的选矿工艺流程，矿石入选品位2.45％，获得金红石精矿的产率为1.71％，精矿品位为91.40％，回收率为63.65％。对细粒金红石选矿也取得了新突破。

7 结论

（1）金红石粒度大小主要受矿体所处位置控制。在位于左老庄组一段（Pt2z1）上部（北部）的矿层中，金红石粒度较大，且其北侧的深灰色石英岩可作为找矿标志层，而其他部位矿层中的金红石粒度较小。在同一矿体中，角闪片岩类矿石和绿帘片岩中的金红石粒度相对较粗，斜长片岩和云母片岩中金红石粒度相对较细。金红石粒度与脉石矿物的晶粒大小正相关。

表5 草店—罗庄金红石矿层基本特征Table 5 Basic feature of rutile ore layer at Gaodian-Luozhuang section

（2）金红石以粒间嵌布为主，多嵌布在角闪石、斜长石、绿帘石、黑云母等之间；其余多被脉石矿物包裹，金红石呈零星状散布于角闪石、绿帘石、斜长石或黑云母中；有少部分分布于脉石矿物的微裂隙中。金红石的纯度与粒度负相关，与自形程度正相关。

（3）主要的金红石富矿体位于南召县草店—方城县幽雅庄矿段内的左老庄组一段（Pt2z1）中、上部。其中金红石粒度较大、品位较高（RTiO2≥2％）、且规模较大的矿体（1号和2号矿体）位于左老庄组一段的上部（北部），其矿体水平厚度自西向东变薄，可作为以后研究和开发利用的重点部位。

（4）首次应用微生物提纯金红石磁选粗精矿，使金红石精矿品位提高18.92％。采用“原矿→磨矿擦洗→重选→磁选→重选→微生物提纯”联合工艺流程，具有金红石的精矿回收率高、品质高且环保的优点。对风化壳型金红石矿的开发利用具有示范作用和借鉴意义。

致谢：参加选矿试验和岩矿鉴定等工作的有河南省岩石矿物测试中心的周新民、王娟、杨艳芳和河南省区调队的裴玉华等，在此一并表示感谢。

［1］王绍龙，赵荣军.东秦岭褶皱带河南段发现超大型金红石矿［J］.前寒武纪研究进展，2002，25（3/4）：170-173.