滇池地区风化磷块岩的地质特性及找矿标志

和丽芳

摘 要:风化磷块岩具有与原生矿不同的性质,为了满足采矿及选矿的需要,在四个矿的勘探中对风化矿作了探索,同时对滇池地区的风化矿进行了分析研究,对风化矿有了一些新认识,查明风化矿的特征及找矿标志,对地质工作具有重要的意义。

关键词:风化磷富集因素找矿标志

中图分类号:P619.213 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0080-02

云南省磷矿资源储量冠居全国,矿层多赋存于下寒武统梅树村组地层中。磷块岩自成矿以来经历了漫长的地质岁月,特别是中生代以来受南方的温湿气候影响,靠近地表的露头被风化形成大量风化矿,地下深部一直保留原始矿层特点。滇池地区的矿石储量丰富,风化矿的数量超过其他省份。风化矿是碳酸盐类磷矿岩经风化作用后形成的一种新的矿石工业类型,与原生矿在矿石的采选及加工利用上有着不同的作用和意义。风化矿的形成受矿床本身的特性和矿体赋存的外部条件制约,形成因素比较复杂,是多种因素的叠加,分内、外、次生淋滤富集,原始沉积特点等因素造成了矿石的富集。

1 风化矿的变化特征

1.1 矿石的化学组成

分布在滇池周围的大中型风化磷块岩矿床约1200平方公里的范围内,风化矿多位于顺向坡地形,有利于地表水体的垂直渗透及地下水体的运移。在风化及水渗溶的作用下碳酸盐类矿物被溶解而流失,留下难溶的磷酸盐、硅质及泥质物,磷含量相对有所富集。P2O5、Al2O3、SiO、F及酸不溶物有所增加,CO2、MgO、CaO等有所减少。如发生矿泥的流失,泥质矿物中的SiO2部分流失。风化矿与原生矿的化学组成上的差异很明显,其比值是判别磷块岩风化程度的一种经验判据。此外,磷块岩中常伴生有稀土元素,风化矿中较富,原生矿中较贫。

1.2 矿石的风化作用形式

风化作用在形式上表现为物理和化学变化,云南磷块岩主要为胶磷矿,多以低碳氟磷灰石形式出现。寻甸以北为碳酸磷灰石,脉石矿物有白云石、方解石、石英、长石、云母、粘土矿物等组成,主要由磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐等三种的盐类构成,化学成分由P2O5、CaO、SiO2、CO2、MgO、Fe2O3、AL2O3、F等8种氧化物组成,约占总成分的96%以上。

当矿层随地表往深部下延时,风化作用逐渐减弱为风化带、过渡带至原生带。 三大盐类在靠近地表的风化带发生淋滤、水解,溶解能力依次为:硅酸盐<磷酸盐<硅酸盐。往深部下延,风化作用略为减少,上部被溶解、淋滤的磷酸盐、硅酸盐等被拆出叠加,碳酸盐继续溶解,磷酸盐含量升高。随着地表深部风化作用的减弱,由风化带进入原生带,碳酸盐溶解能力缓慢减弱,硅酸盐、磷酸盐基本停止溶解。磷酸盐含量相对碳、硅酸盐含量而减低,表现在化学成份上的变:P2O5、R2O3相对逐降,CO2、MgO相对升高,CaO含量主要随P2O5的变化而正相关变化,见多种化学成分的变化趋势图(图1)。

1.3 矿物成分

硅质磷块岩由于抗风化能力较强、孔隙度较小、不利于水体的渗透和淋滤,形成风化矿较少。白云质磷块岩的矿物成分主要是碳酸盐类、白云岩、海绿石、绿泥石、水云母等泥质矿物,形成风化矿较多。碳酸盐类矿物主要是白云石,少量是方解石,这两种矿物因风化程度的增加而减少,有用矿物在原生矿中相对较少,在风化矿中相对较多,为风化次生富集磷矿床。风化带中的粘土矿物主要形态为伊利石,在原生带中几乎不见。此外,风化强烈的矿层中有含水的铁、铝磷酸盐矿物,如银星石、黄磷铁矿、磷铝石等,还有蛋白石、针铁矿、褐铁矿、高岭石等表生风化矿物。

1.4 矿石的结构、构造和矿相

矿石遭受风化后结构疏松,以砂粒和泥质砂屑结构为主,原生矿以晶粒砂屑结构为主。在构造上原生矿常见层状、条带状、条纹状构造,风化矿中除层状、条带状、条纹状外,可见块状、麻点状、土状等构造,裂隙、蚀孔增加。原生矿中多呈球粒状,在风化过程中形成了水溶胶体和胶凝体,多呈鲕粒的同心园或胶结物、皮壳状或短纤维集晶。随着风化程度的加深,体积减少,孔隙率增加,矿物的晶胞参数值a。也有所变化(见表1),表明矿物晶格中的C0减少。

(1)据化工部化工矿山设计研究院资料

(2)据化工部化学矿产地质研究院资料

磷灰石矿物为碳氟磷灰石,在生成过程中磷灰石中的[PO4]3-被CO3·OH或[CO3·F]3-置换。风化过程中取代基被溶蚀,发生矿物相的转变,这在矿物学的研究上很有价值,矿物在风化过程中是从碳氟磷灰石向氟磷灰石演变。风化后碳酸盐类的流失造成孔隙度增加,体重也相应降低,普遍有褪色化,矿泥量也有所增加。据云南省地质矿产局第一地质大队在澄江磷矿进行的现场测定:矿石的湿度也有很大差别,风化矿吸水性强,湿度比原生矿大。

随着风化程度的加深,玉髓、水云母、粘土矿物等呈胶结物出现,尤其是白云石氧化淋滤后生成含铁泥质物。对澄江矿样进行的研究表明,风化带中胶磷矿的比磁化系数值高于原生带中的胶磷矿。

2风化矿的识别标志

暴露于地表或埋藏于浅部的磷块岩比深部的要富,滇池地区大部分磷矿属中低品位的硅钙型或碳酸盐型磷块岩,富矿大多是由原生矿风化富集而成。加强对磷块岩风化富集规律的研究,具有重大的经济和实用价值,风化矿的识别有以下几种标志:

颜色的变化:地表所见的磷矿多为特有的蓝灰色或浅灰色,深部矿外观常具深灰至黑灰色,暴露地表一段时间后颜色变浅呈蓝灰色、浅灰色、灰白色,当矿石暴露在空气中后,碳泥有机物被氧化。顶部的砂质磷块岩多含锰质,经风化后常显咖啡色、褐色。

结构、构造的变化:风化矿节理裂隙破碎发育,锤击之下或受冲击辗压多为沿节理裂隙破碎成为多角形块体,有的变成碎屑状、砂粒状或粉末状矿石,原生的条带构造变得模糊,白云石条带由于风化常由厚变薄,呈层纹状或只残留一线褐色的土状物。在结构上磷质颗粒常呈细小的球粒,略带胶状凸出于矿石表面。白云质胶结物或含白云石的颗粒由于淋滤出现许多孔洞,结构变得疏松,底板含磷砂质白云岩风化较深者呈砂糖状。

矿物成分的变化:风化矿与原生矿有质和量的变化,如原生带中的黄铁矿在风化带被氧化成褐铁矿,仍保留了黄铁矿外部八面体的完好晶形。长石风化变成高岭土等是野外判别矿石是否较直观的标志,白云石被大量流失。

化学成分的变化:风化带含量增加较明显的组分有P2O5、SiO2、F、Fe2O3、AL2O3等；变化不太明显的组分有TiO2、K2O,含量明显减少的组分有MgO、CO2、CaO。P2O5由原生带到风化带可提高5%～10%,原生矿P2O5越低,风化带中P2O5含量增加的幅度相对要大。

3风化矿体的找矿规律

风化富矿主要指P2O5含量大于25%的Ⅰ、Ⅱ品位矿,这类矿体产于上层矿的中、下部,沿走向和倾向延伸较远,厚度变化不大,主要由假状、条带状磷块岩两种矿石类型构成。

风化矿体富集的规律是:在垂直方向,上层矿以上部贫下部或底部富;上、下矿层比较,一、二采区上层矿富,下层矿贫,三采区上、下层矿差别不大。假鲕状,条带状磷块岩较砂质磷块岩富;沿走向、倾向方向,深部贫,浅部露头矿富;浅埋藏的矿体比露头矿和深埋藏的矿体要富;原生矿与氧化矿比较则是原生矿贫、氧化矿富。

风化矿的P2O5含量高、选矿效果好,只需经简单的擦洗就可提供优质精矿,用作热法加工,有害杂质低能耗少,是生产高浓度磷肥的优质原料,风化矿有较好的可选性和加工性能,可以指导采矿和选矿,以便经济合理地利用磷矿石资源。