瓮福磷矿a 矿层矿石工业类型判定新方法研究

陆跃荣，宋普洪，孟庆田，魏世鹏

（贵州省地质矿产勘查开发局 104 地质大队，贵州 都匀 558000）

贵州省瓮福地区是国内外著名的超大型磷矿矿集区，产出两层磷矿工业矿体，由下至上为a 矿层和b 矿层。区内设有磷矿探矿权5 个、磷矿采矿权16 个，其中，大湾磷矿矿床规模最大，截至2021 年底，查明总资源量4.06 亿t，为一超大型磷矿床，有118 个见矿孔。由于其与该区其他矿区或矿段具有相同的成因类型，因此以大湾磷矿作为代表进行研究。在该地区以往勘查中，磷矿组合样的组合方式通常是在各见矿钻孔中以a 矿层圈矿的基本样全部组合为一个组合样，以b 矿层圈矿的基本样组合成一个组合样，即每个钻孔按见一层矿或见两层矿组合出1～2 个组合送实验室测试。根据测试结果计算脉石矿物中的碳酸盐类矿物含量，并根据其含量判定矿石工业类型。在过往勘查中，以该方法评价瓮福地区磷矿的矿石工业类型，即a 矿层的矿石工业类型主要为混合型，b 矿层的矿石工业类型为碳酸盐型。该区开展过的选冶试验和多年矿山生产选矿实践均反映了碳酸盐型磷块岩矿石为易选矿石，为区内主要的开采利用对象，而混合型磷块岩为难选矿石，目前利用适量的混合型磷块岩矿石与碳酸盐型磷块岩矿石进行搭配选矿，或将其部分块矿用于黄磷生产，才能得到较好的经济效益，总体而言，混合型磷块岩矿石利用率较低，因此，a 矿层的开采利用率较低。笔者在针对大湾磷矿进行勘探的过程中，对以往组合样的测试结果进行统计分析发现，极少部分钻孔中的a 矿层矿石工业类型为碳酸盐型磷块岩矿石。因此认为，a 矿层在横向和垂向上应该都有矿层的某部分为碳酸盐型磷块岩矿石，按以往的组合样的组合方法进行评价有可能掩盖了a 矿层存在碳酸盐型矿石的信息，不利于对a 矿层的评价。因此，改进组合样的组合方法，区分出a 矿层中的混合型矿石和碳酸盐型矿石，则可通过钻孔对比，圈出a 矿层中存在的碳酸盐型磷块岩矿石的矿体并估算资源量，对瓮福地区a 矿层的评价与开发利用具有实际意义[1-5]。

1 地质背景

研究区位于福泉市与瓮安县边界一带的瓮福磷矿矿集区，根据《贵州省区域地质志》数据，大地构造位置位于上扬子陆块（二级分区）上扬子地块（三级分区）黔北隆起区（四级分区）之凤冈南北向隔槽式褶皱变形区内Ⅳ-4-1-3（3）（五级分区）。区内出露地层由老至新依次为青白口系、南华系、震旦系、寒武系、石炭系、二叠系及下-中三叠系。区内缺失奥陶纪、志留纪、泥盆纪时期的沉积（图1）。褶皱构造是区内一级构造，总体呈北北东向展布，主要发育有白岩背斜、高坪背斜、瓮安向斜。区域内的断裂构造发育有近南北向、北东向、北西向三组。区内岩浆岩为峨眉山玄武岩（P2-3em），厚度为0～46 m，主要沿瓮安向斜出露，向北逐渐尖灭，未破坏区内磷矿层。

图1 研究区构造纲要图Fig.1 Structural outline map of study area

瓮福地区磷矿的成矿主要受陡山沱期古地理面貌控制，翁招坝海湾和大湾-白岩海湾位于相对半封闭的水体环境，水体较平静和氧分充足有利于生物的生长，对磷质的聚集成矿有利，且相对较深的水体环境为矿石沉积提供了充足的沉积容纳空间，是区内优势成磷带[6]。区内断层主要为成矿期之后的断层，对磷矿体主要起到破坏作用，并未控矿（图2），而区内的背斜构造主要也是起到褶皱隆起使矿体变浅或出露于地表的作用，亦不控矿。

图2 大湾矿区15 号勘查线剖面图Fig.2 Profile of No.15 survey line of Dawan Mining Area

2 代表矿区大湾磷矿地质特征概况

矿区出露及钻孔揭露的地层由老至新为青白口系鹅家坳组，南华系上统南沱组，震旦系下统陡山沱组、震旦系至寒武系灯影组，寒武系第一统至第二统牛蹄塘组、寒武系第二统明心寺组、金顶山组、清虚洞组、寒武系第三统高台组。磷矿赋存于陡山沱组中，其为矿区含磷岩系，由磷块岩、白云岩、硅质岩、砾岩和黏土岩组成，厚度为12.61～65.95 m。具有工业价值的矿体为两层，由下至上为a 矿层和b 矿层（图2）。a 矿层赋存于陡山沱组第二段，b 矿层赋存于陡山沱组第四段，两层矿均呈层状产出，矿层产状与岩层产状大多一致。因后期断层的作用，以及沉积基底起伏程度的不同，局部产状变化较大，但产状总体倾向北西，倾角1°～31°，一般＜15°。

2.1 矿区a 矿层地质特征概况

矿层走向长5 km，倾向宽2.81 km，局部含1 层不稳定夹石，结构简单，总体较为连续，一般埋深为600～750 m，厚度为1.77～29.61 m，平均厚度为8.05 m，厚度较稳定，总体呈东部厚西部薄的变化趋势。P2O5品位为19.52%～33.08%，平均品位为27.83%，品位变化无明显规律，P2O5组分分布均匀。矿石自然类型主要为灰色、深灰色、灰黑色薄至中厚层条纹状、条带状磷块岩，其次为致密块状、团块状磷块岩及炭泥质磷块岩、硅质磷块岩，少量为角砾状磷块岩。磷块岩矿石中的矿石矿物主要为胶磷矿（隐晶质磷灰石），占矿石矿物总量的95%～100%，其次为磷灰石，含量占矿石矿物总量的0%～5%；脉石矿物主要为白云石，次为石英、方解石、碎屑矿物、黏土矿物等，各种矿物含量随矿石类型不同而变化。矿石结构有非晶质胶状结构、隐晶质胶状结构、砂屑结构、砾屑结构、藻团块结构、粉-微晶结构、交代残余结构七种。矿石的构造有致密块状构造、条纹状构造、条带状构造、团块状构造、叠层构造，少量的角砾状构造。磷块岩矿石主要化学成分为P2O5、酸不溶物（H·P）、CaO、MgO、CO2、SiO2，六个组分总量达91%左右，次要组分为枸溶性P2O5、Al2O3、TFe2O3、F 等。伴生矿产为氟、碘。矿石中的益组分主要为P2O5，其次为枸溶性P2O5和伴生氟、碘；有害组分主要为MgO、SiO2、倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）、CaO 和CO2等。

2.2 矿区b 矿层地质特征概况

矿层走向长5.8 km，倾向宽3 km，无夹石，矿层结构简单连续，一般埋深为580～720 m，厚度为1.92～25.88 m，平均厚度为8.16 m，厚度较稳定。总体南东厚呈扇形向南西、北西、北东各方向变薄的趋势。P2O5品位为15.00%～35.54%，平均品位为26.32%，P2O5组分分布均匀，品位变化无明显规律。矿石自然类型以灰色、深灰色中厚层致密块状磷块岩矿石为主，次为条带状、团块状磷块岩，亦有少量角砾状磷块岩矿石。矿石的矿物组成、结构构造、化学成分与上述a 矿层基本一致。

2.3 矿区矿石工业类型

根据组合分析结果计算磷块岩矿石脉石矿物中碳酸盐类矿物含量，并统计其工业类型，见表1。由表1 可知，勘查区磷块岩矿石工业类型分为碳酸盐型磷与混合型磷两种。经上述统计a 矿层碳酸盐型磷矿石占18%，混合型磷矿石占82%。因此按以往组合样组合方法及a 矿层矿石工业类型的判定方法，总体a 矿层为混合型磷矿石。b 矿层碳酸盐型磷矿石占78%，混合型磷矿石占22%，总体b 矿层为碳酸盐型磷矿石。

表1 磷矿石工业类型划分Table 1 Classification of industrial types of phosphate ores

3 以往磷块岩矿石工业类型判别

3.1 矿石工业类型判定标准

磷块岩矿石工业类型可根据脉石矿物中碳酸盐类矿物含量划分或根据CaO/P2O5比值和酸不溶物（H·P）含量划分。后者通常不能同时满足CaO/P2O5比值和酸不溶物（H·P）含量的判定标准，因此瓮福地区一般采用脉石矿物中碳酸盐类矿物含量作为标准。按照《矿产地质勘查规范 磷》（DZ/T 0209—2020）附录E，磷块岩矿石工业类型划分为硅质及硅酸盐型、碳酸盐型和混合型三个亚类，各亚类按脉石矿物中碳酸盐类矿物含量进行划分：硅质及硅酸盐型为＜30%、混合型为30%～70%、碳酸盐型为＞70%。

3.2 以往矿石工业类型判定方法及存在问题

根据上述判定标准，瓮福地区以往的具体判定方法是根据基本分析样测试出矿石中P2O5含量和酸不容物（H·P）含量，再根据测试结果把P2O5含量达到工业品位的样段圈定为矿体，把圈矿的基本样按照比例组合为一个组合样，混合均匀后送到实验室进行测试。根据组合样测试结果中P2O5、MgO、CaO、CO2、SiO2的含量计算出脉石矿物中碳酸盐矿物含量，根据其含量与《矿产地质勘查规范 磷》（DZ/T 0209—2020）所列出的判定值进行对比，进而判断出矿石的工业类型。每个钻孔都进行组合样测试分析，通过统计判断a 矿层、b 矿层主要属于的矿石工业类型。

由上述分析可知，以往组合样的组合方法是在各见矿钻孔中把a 矿层圈矿的基本样按照比例组合为一个组合样，把b 矿层圈矿的基本样按照比例组合为一个组合样。此种组合方式和判定方法能够反映出矿石类型在水平方向上的变化情况，且最后通过统计来判断a 矿层、b 矿层主要属于的工业类型，也客观真实地反映了a 矿层、b 矿层总体的矿石工业类型，操作也较为简单，但不能反映矿石工业类型在垂向上的变化情况，以及矿层中混合型矿石和碳酸盐型矿石的矿体分布特征。b 矿层基本为碳酸岩型磷块岩矿石，混合型矿石极少，该评价方法对于b 矿层而言是可取的。但a 矿层中混合型矿石较多，酸不溶物（H·P）含量较高，该方法掩盖了a 矿层中存在碳酸盐型矿石矿体的情况，也导致a 矿层选冶试验并未分别针对混合型矿石矿体和碳酸盐型矿石矿体单独开展，因此以往的选冶试验样品实为碳酸盐型和混合型两类矿石的混合样，试验结果必然反映a 矿层矿石为难选矿石，经济价值较低。在以往的勘查中a 矿层并未划分出混合型矿石矿体和碳酸岩型矿石的矿体，开采时也没有针对不同类型的矿体进行分采，使得生产过程中的选矿难度提升，效益较低，也导致了a 矿层开采利用较低，因此，研究主要针对a 矿层进行。

4 a 矿层矿石工业类型判定新方法

4.1 新方法研究思路

磷矿中的酸不溶物主要是一些分散性泥质和石英砂[7]，根据磷块岩脉石矿物中碳酸盐类矿物含量的计算公式，SiO2的含量与其应该存在负相关关系，且SiO2是石英的主要组分，而磷矿的基本样分析项目一般为P2O5和酸不溶物（H·P），因此，研究酸不溶物（H·P）与脉石矿物的碳酸盐类矿物含量关系，创新a矿层磷块岩矿石工业类型的判定方法，划分出a 矿层中混合型矿石和碳酸盐型矿石，研究其分布特征，进而圈出混合型矿石的矿体和碳酸盐型矿石的矿体。在进行矿床开采时，可以对a 矿层不同工业类型矿石的矿体进行分采，提高资源的利用率，提升a 矿层的价值。

4.2 磷块岩矿石中酸不溶物与脉石矿物的碳酸盐类矿物含量关系分析

根据组合样测试结果，对106 个组合样的测试数据进行统计分析，选择酸不溶物（H·P）含量为x轴，脉石矿物的碳酸盐类矿物含量为y轴制作散点图（图3）。由图3 可知，二者之间呈负相关关系，具有较好的线性关系，其回归方程为y=-1.701 3x+82.932，求解回归方程可知，当x＜7.60%时，y＞70%，即酸不溶物（H·P）含量＜7.60%时，脉石矿物的碳酸盐类矿物含量＞70%，矿石工业类型为碳酸盐型。

图3 酸不溶物含量与碳酸盐类矿物含量散点图Fig.3 Aid non-soluble substance content and carbonate mineral content scatter plot

4.3 矿石工业类型判定新方法试验

磷矿的界品位（P2O5含量）为12%、工业品位为15%。根据上述磷块岩矿石中酸不溶物（H·P）与脉石矿物的碳酸盐类矿物含量关系分析结果，两者为负相关关系，临界值为7.60%，因此试验性地按照酸不溶物（H·P）含量的高低进行组合样的组合。根据基本样测试结果确定圈矿的样品，在圈矿的样品中选择酸不溶物（H·P）含量＞7.60%的连续样品组合为一个样，酸不溶物（H·P）含量＜7.60%的连续样品组合为一个样。同时为了矿体的连续性，适当考虑个别酸不溶物（H·P）的含量＞7.60%且没有超过10%的样品计入其中，但要保证酸不溶物（H·P）的加权平均含量＜7.60%。具体组合方式见表2。由表2 可知，钻孔ZK602、钻孔ZK604、钻孔ZK2704 中a 矿层的酸不溶物（H·P）含量较低，仅有1 件基本样的测试结果为9.93%，其他均小于7.60%，因此，钻孔ZK602、钻孔ZK604、钻孔ZK2704 中a 矿层每个孔分别组合1件组合样，而钻孔ZK711、钻孔ZK712、钻孔ZK1509中a 矿层的酸不溶物（H·P）含量相对较高，按照上述组合原则，每个孔组合了2 件组合样，最后将混合均匀的样品进行测试。

表2 a 矿层部分基本样测试结果及组合样登记情况Table 2 Test results of some basic samples and registration status of combined samples in ore-layer A

4.4 组合样测试结果分析

根据P2O5、MgO、CaO、CO2、SiO2的含量，按照表1 公式计算出脉石矿物中碳酸盐类矿物含量，结果见表3。由表3 可知，钻孔ZK602、钻孔ZK604、钻孔ZK2704 组合样的脉石矿物中碳酸盐矿物含量均大于70%，说明这三个孔中a 矿层矿石工业类型为碳酸盐型，而钻孔ZK711、钻孔ZK712、钻孔ZK1509 中的组合样2020ZH12、2020ZH38、2021ZH44 脉石矿物中碳酸盐矿物含量均大于70%，为碳酸盐型，组合样2020ZH13、2020ZH39、2021ZH45 脉石矿物中碳酸盐矿物含量介于30%～70%，为混合型，即这三个孔a矿层的上部为碳酸盐型磷块岩矿石，下部为混合型磷块岩矿石。对比表2 和表3 中基本样测试结果、组合样测试结、组合样脉石矿物中碳酸盐矿物含量可知，a 矿层在酸不溶物（H·P）含量＜7.60%时，其矿石工业类型为碳酸盐型；酸不溶物（H·P）含量＞7.60%时，其矿石工业类型为混合型，此结果与统计分析所得结果一致，说明该试验组合样组合方法较为合理。

4.5 a 矿层中碳酸盐型矿石的矿体圈定

根据上述分析，a 矿层可能存在矿体上部、中部或下部的某一部分矿石类型为碳酸盐型矿石的情况。为此，在a 矿层中对矿石的工业类型进行倾向和走向的对比研究。以a 矿层的底界为对比界面制作对比图（图4），把酸不溶物（H·P）含量＜7.60%的样段圈定为碳酸盐型矿体，酸不溶物（H·P）含量＞7.60%的样段圈定为混合型矿体。图4 中A-A′、B-B′倾向对比图显示了在倾向上能够圈出碳酸盐型磷块岩矿石的矿体，C-C′则显示了在走向上也能圈出碳酸盐型磷块岩矿石的矿体。图4 中也显示了a 矿层碳酸盐型磷块岩矿石的矿体在矿区南西部主要分布在矿层下部，在矿区中部主要分布在矿层的中部和上部，在矿区北东部则主要分布于矿层的下部。这充分反映了a 矿层中能圈出碳酸盐型磷块岩矿石的矿体，且矿体较为连续，根据统计厚度在1.00～7.46 m 之间可以进行资源量估算。同时，按照厚度占比来看，图4 还反映了a 矿层中碳酸盐型磷块岩矿石的矿体的资源量占有较大比例。

5 讨论

在以往的勘查工作中，瓮福地区a 矿层矿石工业类型的判定方法与b 矿层相同，即在每个见矿钻孔中把所有圈矿的基本岩组合为一个组合样进行测试分析，根据分析结果计算出脉石矿物中碳酸盐类矿物的含量，将其与《矿产地质勘查规范 磷》（DZ/T 0209—2020）中各矿石工业类型的判定值进行对比，确定矿石的工业类型属于哪一类，最后在对矿区见矿钻孔的判定结果进行统计，确定矿层矿石的工业类型。按照以往的判定方法，a 矿层的矿石工业类型主要为混合型，而按照上述研究结果，以往的判定方法掩盖了a 矿层中存在易选矿石碳酸岩型磷块岩矿石的情况。

新的判定方法的判定流程与以往判定方法的流程大致相同，但是在组合样的组合方法上进行了创新，将酸不溶物（H·P）含量＞7.60%和酸不溶物（H·P）含量＜7.60%的连续基本样分别组合成组合样进行测试。根据试验的结果可知，新的判定方法划分出了a 矿层中的碳酸盐型矿石，可以进行对比连接圈定矿体，并估算资源量，且a 矿层中碳酸盐型磷块岩矿石矿体的资源量占比较大，说明了a 矿层具有较大的经济价值。而以往因矿石工业类型判定方法的原因导致a 矿层没有圈出易选矿石碳酸盐型磷块岩矿石的矿体，并进行资源量估算，致使一直认为其经济价值较低。按照新的判定方法，在a 矿层中圈定碳酸盐型矿石的矿体后，在开采时对a 矿层中的碳酸盐型磷矿磷块岩矿石的矿体和混合型磷块岩矿石的矿体实行分采，将提高a 矿层矿石的选矿效益，以及磷矿资源的利用率。

6 结论

1）首次提出以a 矿层中的酸不溶物（H·P）含量＞7.60%和酸不溶物（H·P）含量＜7.60%的连续样品分别组合为组合样进行测试，根据测试结果计算脉石矿物中碳酸盐类矿物含量，确定其矿石工业类型。该矿石工业类型判定新方法对于a 矿层而言具有一定合理性，有利于评价a 矿层经济价值。

2）a 矿层中存在碳酸盐型磷块岩矿石，并可以圈定矿体和估算资源量。

3）a 矿层的勘查工作中应圈出碳酸盐型磷块岩矿石的矿体，并估算其资源量才能更好地对其进行评价，有利于矿山的开发利用。