离子吸附型稀土矿找矿勘查中的工作方法应用

刘小永

（广东省核工业地质局二九二大队，广东广州510800）

离子吸附型稀土矿找矿勘查中的工作方法应用

刘小永*

（广东省核工业地质局二九二大队，广东广州510800）

离子吸附型稀土矿的找矿勘查工作方法是根据其成矿特征而发展起来的，其勘查过程与其它多金属矿产相似，但具有一定的独特性。以八尺大型稀土矿野外地质工作过程中的工作方法运用为实例，介绍了在野外勘查过程中如何提高施工工作效率及节约勘查成本的一些工作方法及经验，对离子吸附型稀土特有的勘查方法[锹孔（洛阳铲）及野外定性分析的应用]在实际工作过程中的意义及可靠性进行探讨。在离子吸附型稀土矿床野外勘查工作过程中，锹孔及野外定性分析的应用，其操作流程简单，但在野外施工的实际工作过程中起到很大的作用，就锹孔的应用及野外定性分析在野外地质勘查过程中的运用方面做一个简单介绍及探讨。

稀土矿；勘查方法；锹孔；定性分析

洛阳铲是揭露风化物松软土质层的一种使用灵活、简单、实用的工具，离子吸附型稀土矿是外生矿床，矿体主要赋存在全风化层中，洛阳铲在该类矿产的勘查工作过程中作为一种特有的且代替了笨重钻机的一种工作手段应运而生。在发展的过程中，为了更好地适应该种矿产的勘查，前人对洛阳铲进行了一定程度的改正，因此我们称之为新式洛阳铲。

定性分析就是对研究对象进行“质”的方面的分析，它主要是解决研究对象“有没有”或者“是不是”的问题。定性分析判断物质的根据在于物质的化学、物理性质，以阳离子与阴离子反应为主线，从而进行物质判断的一种工作方法（朱文聪译，1979）。而本文介绍的定性分析是在离子吸附型稀土矿床勘查过程中进行的一项较为成熟的工作方法，具有适应性强、精确度高等特点。

1 离子吸附型稀土矿的基本特征

离子吸附型稀土矿是我国南方特有的成矿环境下的一种风化矿床，其矿源主要来源于母岩，母岩中稀土元素含量一般在地壳中的平均丰度值约为0.0153%（DZ/T0204-2002，2002），在各类岩石中的分布以花岗岩与碱性岩中的丰度值最高。

1.1 成矿环境

主要是在亚热带湿润炎热气候区，气温高，雨量充沛，海拔低于500m，切割深度一般小于150m，坡度小于30°属低山丘陵缓坡地貌（贺伦燕，1989b）。出露有较高稀土丰度的侵入岩、火山岩。侵入岩中稀土元素主要赋存于易风化的长石矿物中。火山岩中稀土元素呈分散状态存在于玻璃质中。成矿时代为新生代（杨大欢，2011）。

1.2 矿床成因

富含稀土的含矿原岩在湿热气候条件下，逐渐风化分解，长石等造岩矿物一方面次生为高岭石等粘土矿物，成为稀土离子的吸附剂；另一方面从长石等矿物中释出的稀土为粘土的吸附提供了物质来源。在地表植被发育、有机酸丰富的风化壳上部为稀土运移、富集创造了有利条件（陈炳辉，2001）。在地表弱酸性条件下，稀土元素转化为溶液状态，随地表径流和地面水流动和运移(渗透)，遇粘土矿物进一步吸附成矿。

1.3 矿床特征

矿体呈似层状、透镜状、新月形产于硅铝粘土(高岭土)型风化壳中部(主要为全风化层)。矿石矿物组合主要为粘土矿物、长石、石英及云母。粘土矿物主要为高岭石、埃洛石、水云母、蒙脱石、三水铝石，副矿物主要有磁铁矿、赤褐铁矿、钛铁矿、独居石、磷钇矿、褐钇铌矿，矿石保留了原岩结构，常见土状、块状、粉状等构造（温开胜，2012）。

1.4 矿体赋存状态

中山大学陈志澄通过对八尺稀土矿的研究表明，稀土在风化壳中除以原生矿物相存在外，主要赋存状态有以下几种（陈志澄，1994）：①活性态（包括稀土离子和少量活泼的易于洗脱的稀土元素）；②铁铝共沉淀态；③有机结合态。

2 新式洛阳铲在离子吸附型稀土矿产中的应用

2.1 新式洛阳铲的作业方法

新式洛阳铲主要构成有筒头（20～50cm），筒口径110mm，1英寸小型度锌水管（每根长2m）连接进行人工操作，可以随进尺深浅自由拆卸。一般一套工具重约10～15kg。野外施工主要以人力为主，一组2人，一人控竿，保证垂直掘进，另一人负责取样并配合掘进，相互配合。施工要求为垂直掘进，并在每一回次进行取芯，编录人员现场编录并取样。施工进度较快，一般熟练工人一天能施工钻孔3～4个，总进尺在70m左右。

2.2 对矿体的揭露情况

新式洛阳铲对风化壳的揭露位置在全风化层底部、强风化层的顶部2～3m范围，施工的深度跟风化壳的厚度息息相关。在八尺稀土矿勘查过程中，矿区平均孔深11m，单孔最深达42m，基本揭穿了矿体在垂向的延伸，能解决深部矿体未封口的情况。

2.3 在离子吸附型稀土矿勘查中的适用性

在离子吸附型稀土矿产勘查的过程中，用于多金属勘查的钻机一般较为笨重，在山地环境中搬运不方便，且要求操作人员较多，并对粘土类风化物取样不易，容易跨层取样，而新式洛阳铲施工主要有轻便利于搬运、人员少、施工进度快、勘查成本低等特点。根据新式洛阳铲的这些特性及南方多山地的环境特点，我们通过对比分析采用该类工具施工，从根本解决了勘查成本高、难以达到勘查目的问题。

3 定性分析在勘探工作中的应用

3.1 定性分析原理

根据离子吸附型稀土的成矿特点及赋存状态，用电解质作交换剂把已富集在粘土矿物载体上的稀土交换下来，这就是离子吸附型稀土矿化学提取稀土的理论基础（池汝安，2006），其定性分析成果主要是通过盐类电解质溶液淋洗后由浸取液沉淀稀土，其过程主要有以下几点：

（1）浸取解脱：离子吸附型稀土矿床，其离子型矿物被吸附在粘土矿物中，因此很容易被浸取剂解脱。浸取剂有NaCl、(NH4)2SO4、NH4OH、NaOH及柠檬酸等；最常用的是硫铵(NH4)2SO4，因其不会造成三废，危害环境；而NaCl对农田有盐碱化影响，一般被禁用。硫铵溶液浓度，各矿区稍有不同，一般取硫酸铵与水的重量比约为2%～6%（吕世安，1988），经试验证明浸取液浓度高有利于稀土的浸出（贺伦燕等，1989），因此本矿区采用5%硫酸铵溶液，其离子交换反应的方程式可表示为：

式中：s——固相；

aq——水相。

该离子交换反应奠定了离子吸附型稀土矿浸取工艺的理论基础，只要在溶液浓度适当时，均能有效地浸出离子吸附型稀土矿中的离子相稀土（池汝安等，1990a）。

（2）草酸沉淀：离子型稀土矿物在浸取剂解脱成含矿溶液后，再加入沉淀剂——草酸（10%）溶液进行沉淀，其反应方程式表示为：

最后根据试剂与稀土离子共沉淀出来的草酸稀土含量的多少做出初步肉眼判断。

3.2 定性分析的野外地质工作中的应用

以八尺大型稀土矿野外勘探过程中的野外定性分析作为实例，对实际生产过程中取得的成果及存在的问题做简单分析研究。

（1）野外具体操作方法。前期准备：配制草酸（10%）溶液、硫酸铵（5%）溶液，预先对进行过实验室数据对比的前期定性分析结果进行等级判断分类。

野外操作一般是在钻探施工过程中，在编录取样的同时进行定性分析，工具及药品有：小杯、一次性定性滤纸、草酸（10%）溶液、硫酸铵（5%）溶液及量杯等。

首先采集样品长度为2m的混合样样重在50g左右，然后放入预先叠好的滤纸上，滤纸下放小杯子，再以硫酸铵（5%）定量溶液（约30mL左右）为浸取剂逐步加入对样品进行淋浸，淋浸5min后，再以定量的草酸（5%）溶液（约2mL）对小杯子中浸取液进行滴定沉淀，最后观察沉淀结果并根据经验标准的等级进行主观分类。

（2）定性分析可靠性分析。在野外定性分析后，同时我们将该段样品进行取样并及时送实验室进行定量分析。在此，我们对野外定性分析结果与实验室分析结果进行按矿化的富集程度进行可靠性对比。按此要求共做了7695个对比样，对比结果见表1。

表1 草酸沉淀滴定与离子相稀土分析情况

由表1可见，矿化≥0.05%的，在野外定性分级中“较好”以上的吻合率占77%，矿化在0.03%～0.05%之间的，在分级中“显示”以上的占80%，矿化在小于0.03%的,在分级中处于“显示”以下的占95.5%。总之，准确率较高，基本上可作为野外下步工作进展及安排的一个参考及依据。

（3）定性分析在地质勘查工作中的局限性分析。从表1中看出，定性分析结果较为吻合实验室分析数据，主要因为硫酸铵溶液淋浸效果较好且草酸稀土沉淀结晶性能好、颗粒大、易于肉眼判别，但同时也存在着局限性，主要体现在以下几点：

①浸泡不完全：如粘土矿物较多时（主要在残坡积层、原岩长石含量较多位置），野外定性分析的硫酸铵浸泡速度过慢，而野外滴定试验一般是在一定的时间里，也就是稀土矿山开采过程中“烂池”问题（单秀枝，1998），淋浸不完全；风化不均匀段，如半风化及风化球体附近，其残存的小颗粒长石及花岗岩小碎块较多，野外定性分析过程中，硫酸铵溶液淋浸速度过快，也就是稀土矿山开采过程的“沟流”问题（单秀枝，1998），淋浸也不完全；野外淋浸时间及使用浸取液量上有限等因素。从而使单位中的矿体少于一般的标准，造成人为判别较低；

②杂质胶体的形成，干扰人为判定分级：如草酸溶液在与稀土离子反应的同时也在与Al、Fe、Ca、Mn等杂质元素反应，从而造成沉淀液不纯，有杂色，人为判定容易提高标准，影响了肉眼的判别；

③人为主观判断：不同的个体对同一个事物的判断存在着一定的差异性，同样我们的判断标准也是相对性的；

④局部的模糊段：如野外定性分析结果中的“显示”，其判定结果与实验室分析结果存在一定的差距。

（4）定性分析在野外地质勘查过程中的作用。定性分析贯穿了稀土勘查整个阶段，其体现的主要作用有以下几点：

①在初步野外调查工作中可通过取代表样做定性分析，以此结果可作为优选靶区的一个依据；

②钻孔施工可通过对钻孔底部样品定性分析，然后根据结果进行初步判别有无揭穿矿体来决定是否继续施工的野外标准，从而节约了实验室出数据所要等待的时间；

③在通过定性分析后，主要是对连续多个无矿化显示的样品处理上，在单工程控制中的远离“显示”以上级别的定性分析成果中的无矿化显示样品，不送样到实验室分析，从而节约了矿产勘查中的成本。

总之，定性分析贯穿于稀土地质勘查由点到面、由面到点的过程。但由于种种原因，未将其纳入到稀土矿产地质勘查规范中，但在实际野外地质勘查工作过程中发挥了实实在在且其它地质工作方法不可替代的作用。

4 小结

（1）锹孔（新式洛阳铲）勘查施工方法具有简单、搬运方便灵活、施工进度快、成本低等特点；

（2）锹孔（新式洛阳铲）能有效揭穿矿体、且能准确地取到相应风化层位的样品，能真实反映离子吸附型稀土矿形成的淋滤吸附的成矿过程。是一种较为有效且有较强针对性的勘查方法；

（3）定性分析使用试验药品简单，市场易于购买，成本低； （4）定性分析所需时间短，场地要求小，流程简单，易于操作，具同步性；

（5）定性分析结果与实际情况吻合度高，及时性好，其结果对下步工作的安排及进行提供较为准确的依据，很大程度地缩减了工作周期及勘查成本；

（6)同时也存在一些局限性，如人为主观判别标准、浸泡时间短造成淋浸不完全等问题，致使难以达到定量乃至半定量的标准。

总之，锹孔（新式洛阳铲）及定性分析是一项非常实用、有效的野外工作方法，在离子吸附型稀土勘探过程中具有不可替代的优点，同样也有种种不足，如定性分析它不能代替实验室的定量分析，但它们在离子吸附型稀土矿的勘查过程中起到的作用是值得我们大力推广的。

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P618.7

B

1004-5716(2015)02-0137-04

2013-11-28

2014-03-12

刘小永（1985-），男（汉族），江西上饶人，助理工程师，现从事野外一线地质及研究工作。