莫桑比克楠普拉省锆钛砂矿资源地质特征

彭 程，周迎春，李国杰，吴梦晓，吉榆师

（1.海南国际资源（集团）股份有限公司，海南海口 570100；2.海南省海洋发展有限公司，海南海口 570100）

0 引言

锆被广泛应用于耐火材料和铸造等领域，被称为“21 世纪最具潜力的产品”及“原子能时代第一号金属”（任军平等，2021）；钛还被广泛应用于航天航空和武器装备等领域，被称为“太空金属”和“第三金属”（刘艳花和孙湘莉，2017）。近年来，锆钛等矿产资源被中国、日本和美国等列为关键性矿产资源，其战略意义提升（彭程，2023）。随着国内环境保护政策加强，国内以海南为主的锆钛砂矿资源大幅度减少，形成我国88%的锆资源和34%的钛资源依赖进口的现状，其中从非洲、特别是从莫桑比克锆钛资源进口量长期名列前茅（董津蒙等，2022）。

非洲锆矿资源研究主要集中在东南部非洲的莫桑比克等地区（张振芳等，2021），该地区矿产资源丰富，勘查与开发条件优越，尤其是投资风险低、周期短的锆钛砂矿资源（徐涛等，2022）。但多数学者对莫桑比克滨海锆钛砂矿资源的研究主要集中在地质特征和矿床成因等方面（孟令华等，2015；邓宇涛等，2017；张领军等，2017；李家庆等，2019），缺乏对矿体形态、原矿砂粒度与品位及主要矿物特征等方面的半定性或定量研究。本文以莫桑比克楠普拉运营十余年的锆钛矿矿山实际经验和数据为基础，在分析成矿地质条件和成因的基础上，对矿体空间变化规律、原矿砂粒度特征及其与主要矿物含量之间关系进行定量评价，并详细叙述了主要重矿物的矿物特征，为国内外锆钛矿企业的矿区勘探、采矿、选矿和贸易全流程实践提供参考数据。

1 成矿地质条件

1.1 区域地质条件

莫桑比克三分之二地层为前寒武纪地层，主要分布在西部和北部，该地层是以东非冈瓦纳古大陆核为基础演化而来的，由太古代至古元古代的岩浆岩和变质岩组成（陈喜峰等，2021；徐涛等，2021）；地层中三分之一的地层为显生宙地层，主要由卡罗超群、侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪沉积岩和岩浆岩组成，其中侏罗纪和更新世岩层在赞比西峡谷以南和东北部出露（梁胜跃等，2015；韩孝辉等，2018）。其境内地块按构造分四个部分：一是与津巴布韦毗邻的中部太古宙-古元古代的津巴布韦-马尼卡克拉通；二是与坦桑尼亚接壤的北东部中元古代和新元古代-早古生代的泛非造山构造带；三是莫桑比克西北部的中元古代与新元古代-早古生代的泛非赞比西构造带；四是莫桑比克内部盆地以及东部滨印度洋渐变带的显生宙中新生代覆盖层（刘高峰等，2021）。莫桑比克地势从西北至东南大致分为三级阶梯：西北部以多山地带和高原为主，海拔在500 m 以上，其中泛非造山运动的多山地带1200 m 以上，东非大裂谷事件同期的高原地带海拔在1200 m 以下（曾勇杰等，2021）；中部地台区以低山丘陵和各种流水地貌为主，海拔从500 m 降至200 m；东部沿海为长条状的莫桑比克平原，海拔在100 m 以下，由北向南，平行于海岸线呈带状分布，北窄南宽（梁胜跃等，2015）。

莫桑比克海岸线长约2600 km（杨海兵等，2012；陈喜峰等，2021），研究区域主要为侏罗纪和更新世地层，属于显生宙中新生代覆盖层的东部滨印度洋渐变带，位于长条状莫桑比克平原的楠普拉东部滨海区。区域地势是北西高、南东低，河流发育、水网密布；该区出露第四系、侏罗系、白垩系和前寒武系。第四系（Q）主要为分布在安戈榭-三加沙沿海地带及安戈榭西南部河口地带的滨海相沉积，为海湾I 级阶地、红树林沼泽、河漫滩、洪冲积、滨海砂堤-潟湖地貌，为棕红-褐红色、桔黄-棕黄色和灰白色的松散砾石、含砾砂、中粗细粉砂、砂质粘土、有机质粘土、海滩岩及粘土夹层等。侏罗系（J）分布在安戈榭北部东向深断裂以南一带，主要为暗灰红色杏仁状玄武安山岩、安山岩、凝灰岩及下覆泥岩等，该火山岩为矿区的基底岩石。白垩系（K）分布在安戈榭北部，岩性为含硅化木层状粗砂岩，该地层亦为矿区基底岩石。前寒武系（PreЄ）为前寒武系B 构造层楠普拉超群，主要呈整合接触的片麻岩与片岩组合（PreЄam）和不整合的大理岩组合（PreЄal）组成，其中以角闪片麻岩和基性片麻岩为主的岩性组合（PreЄam）主要在矿区西北出露。

区域构造不发育，主要由一组北东向断裂和一组南西向断裂组成。区域内岩浆岩主要有辉绿岩、辉长岩和花岗片麻岩。

1.2 矿区地质条件

矿区大面积被第四系松散沉积物覆盖，构造不明显，仅东北部的滨海边缘出露有白垩（K）系层状粗砂岩和侏罗纪（J）暗灰红色杏仁状玄武安山岩。粗砂岩为灰白色、灰黄色，致密坚硬、层状构造，主要为钙硅质胶结的粗粒石英砂，含少量贝壳、珊瑚等生物碎屑，见少量钛铁矿。暗灰红色杏仁状玄武安山岩已局部强烈风化，呈灰黄色的粘土状，但原岩结构和构造尚可辨认；其微风化岩石呈暗灰红色、灰黑色，杏仁状结构，块状构造，主要矿物成分为长石和橄榄石，其次为石英，见少量绢云母，微量褐铁矿、钛铁矿等。

矿区内出露的第四系全新统为莫埃巴塞组，主要出露河湖混合相沉积（Qbl）、滨海相的海岸砂丘沉积（Qd）和浅滨海相沉积（Qm）：河湖混合相分布在冲沟及干涸潟湖内，主要为灰黄色、灰白色、灰褐色或黄褐色的含土细砂和粉质粘土，半固结状，含矿性较差，厚度≤4 m，在冲沟口的海潮区有灰黄色含砾细砂层，局部含矿，构成矿体的底板和围岩；浅滨海沉积在矿区东部的海岸砂堤（沙丘和滩涂）中出露，为中细砂、卵砾石层，含少量长石颗粒和生物碎屑，不含矿，厚度3～7 m；海岸砂丘沉积大面积出露在平坦和起伏的砂地上，是矿区主要出露地层，为灰黄-黄色含贝壳碎屑的中细砂，含少量长石和生物碎屑及粘土等，细砂含量50%～60%、中砂含量30%～40%，揭穿钻孔揭露的厚度主要在3～8 m 之间，局部厚度>8 m。

1.3 矿床赋存与成因

矿区的第四系沉积物呈条带状与现代海岸线平行展布，矿床韵律层特征明显，机械沉积作用清晰，呈似层状、条带状产出，分布空间、形态、产状严格受地层控制，矿层厚度总体连续且较稳定、宽度相对较不稳定。矿层裸露地表，东南部以海岸线为界，矿体底板和围岩主要为第四系全新统莫埃巴塞组的河湖混合沉积（Qbl），主要为含粉细粒半固结颗粒。矿体从地表到底部的所有层位均含矿，矿体中基本无夹石（层），有用矿物为钛铁矿、锆英石、金红石、磁铁矿等。

锆钛矿资源的形成受物源、气候与水动力、台地变化、地形地貌和沉积作用等多因素影响（潘燕俊等，2017；周娇等，2020）。研究区域广泛分布的泛非构造带上古界片麻岩是锆钛矿的主要成矿母岩，是重矿物主要物质来源；莫桑比克楠普拉省地处气候炎热多雨的亚热带气候，使该地区母岩在强烈风化作用下产生大面积的含矿风化物质，在季节性雨水和南部河流等水动力共同作用下进行风化、搬运、分选和沉积；区域第四纪早期-全新世地层曾经历了从台地-浅滨海-台地外缘滨海的变迁过程，为矿床形成提供有利条件；在地形地貌、水动力和风化颗粒特征的相互作用下，锆钛矿矿物最终在滨海的海岸砂堤（沙丘和滩涂）中沉积，在受滨海环境的水动力进一步影响下，粉细粒重矿物随着中细粒石英砂同步沉积形成富含锆钛矿的沉积地层。

2 矿体特征

2.1 矿区地貌特征形态特征

矿区内地势较平坦，西部相对较高、东部略低；矿区大部分地形海拔标高在7.0～15.0 m 之间，地形标高极值为0 和35.0 m，分别位于矿区东部的沿海潮间带和西南部的起伏砂丘。矿区位于滨海地带，处于海成砂堤后缘，地貌以平坦砂地为主，有少量起伏砂地、干涸或残余潟湖、古砂地残丘等地貌。矿体（层）赋存于中细粒石英砂中，与地貌及第四纪沉积关系密切（图2）。

2.2 矿体形态特征

矿床形态分布受地形地貌影响明显，主要由2条矿体组成，矿体长度分别为15.20 km和11.20 km，平均宽度分别为812 m和1269 m。矿体宽度和厚度变化表现为正相关关系，即宽度增大或减小时，矿体厚度相应增大或减小，但增减幅度存在差异（图3）。

对36 条勘探线、288 个钻孔控制的矿体宽度和厚度进行统计（表1），数据表明矿体宽度和厚度分布呈平峰近似正态分布，宽度和厚度稳定系数分别为50%～100%和小于50%，是宽度相对不稳定、厚度较稳定的矿体。两条主要矿体在平面上表现为透镜状，两端窄、中间宽，在垂向上呈现为北东端矿体厚度略大、南西端宽度略小。

3 矿砂质量特征

矿石类型以中细粒石英砂为主，主要含粉细粒的锆英石、钛铁矿等重矿物，松散状结构，似层状构造，矿石沉积韵律特征明显。

3.1 矿石矿物组成

对原矿砂进行自动矿物定量测定（表2），原矿砂主要矿物成分以石英为主，其次是钛铁矿、锆英石、金红石和独居石等重矿物，含少量电气石、磁铁矿、白钛矿和石榴石，有微量的锐钛矿、蓝晶石、绿帘石、磷钇矿、透闪石和菱铁矿等矿物。

表2 原矿砂主要矿物成分测定Table 2 Determination of main mineral components of raw ore sand

3.2 矿石矿物粒度特征

原矿砂筛析结果（表3）与莫桑比克滨海锆钛砂矿（张建文等，2022；李宁和姚建军，2022）、印度尼西亚（张敏等，2014；杨涛等，2016）中原矿砂的锆钛矿矿物的粒度分布特征一致。粒度筛析结果表明中细粒（0.10～0.50 mm）原矿砂占比91.45%，0.075～0.25 mm粒级中TiO2和ZrO2的分布率分别为87.51% 和82.84%；0.075～0.10 mm粒级中TiO2和ZrO2含量分别为4.60%和2.32%，是全粒级的6.13倍和21.06倍；在0.10～0.25 mm 和-0.075 mm 粒级中TiO2和ZrO2含量均大幅度下降，但0.10～0.25 mm 粒级中TiO2含量和-0.075 mm粒级中ZrO2含量仍高于全粒级平均含量；+0.25 mm 粒级中TiO2和ZrO2含量均低于全粒级含量，+0.5 mm 粒级中TiO2和ZrO2分布率均低于1%；TiO2含量与ZrO2含量比值随着粒度降低先增加、后降低，中砂是钛矿物富集区，粉砂是锆矿物的富集区。

表3 原矿砂筛析结果表Table 3 Sieve analysis results of raw ore sand

根据滨海锆钛矿选矿原理，对原矿砂进行螺旋重选可获得锆钛粗精矿产品（江共养等，2018；廖乾等，2019）。对锆钛矿粗精矿进行筛析（表4），结果表明0.076～0.15 mm 粒级的锆钛粗精矿占比93.07%，比原矿砂粒度更集中；0.076～0.15 mm 粒级中TiO2分布率为95.41%，-0.125 mm 粒级中ZrO2分布率为90.45%，0.076～0.125 mm 粒级中TiO2和ZrO2分布率分别为72.18%和74.94%。

表4 锆钛粗精矿筛析结果表Table 4 Sieve analysis results of Zr and Ti coarse concentrate

根据锆钛矿的理化特征和选矿工艺特点，对锆钛粗精矿进行重选、磁选和电选可获得钛铁矿和锆英石的精矿产品（张建文等，2020；彭程等，2021）。对钛铁矿和锆英石精矿进行筛析（表5），结果表明钛铁矿在0.096～0.18 mm 粒级占比92.09%，锆英石在0.075～0.15 mm 粒级占比86.02%；精矿粒度分布特征与锆钛粗精矿矿物对比，表现为粒度变粗，以粗粒回收效果好。

表5 精矿粒度分布特征表Table 5 Particle size distribution characteristics of concentrate

3.3 主要矿物赋存状态

通过岩矿鉴定和能谱分析等方法查明矿物的理化特征，为确定选矿工艺和推测产品质量提供依据。

锆英石多数呈无色，少数铁染棕色，四方双锥、柱状，晶体部分碎裂（图4），次棱角状-次圆状为主，典型自形晶，莫氏硬度7.5～8，密度4.4～4.7 g/cm3，比磁化系数0.60×10-6～1.10×10-6cm3/g，因含钛或铁而具备弱磁选，非导体（金自钦等，2013；校韩立等，2015）。锆英石大部分呈单体，常有裂纹和细小包裹体或孔隙（图5）。锆英石中ZrO2理论含量为67.10%，实际受Zr 与Hf类质同像和混入少量Ti、Fe和稀土等元素而发生变化，其能谱分析见表6。

表6 锆英石的能谱分析结果Table 6 Energy spectrum analysis results of zircons

钛铁矿呈铁黑色，条痕为黑色，晶体呈不规则粒状、板状、次棱角状-次圆状，晶体上有蚀痕，莫氏硬度5～6，密度4.72g/cm3，比磁化系数0.220×10-3～1.170×10-3cm3/g，大部分在0.24～0.45 T 场强下进入磁性产品，具备导电性（李丽匣等，2018；赖翔等，2020）。大部分钛铁矿以单体产出；少量钛铁矿与石英和榍石形成镶嵌或包裹结构（图6），部分钛铁矿中Fe2+与Mg2+完全类质同像，形成红钛锰矿（图7），极少量钛铁矿中钛和铁发生固溶分离或氧化蚀变（彭程等，2021；彭程等，2022），发生赤铁矿化，蚀变为金红石化或白钛石化（图8）。钛铁矿中TiO2理论含量为52.66% ，实际形成过程中，由于与红钛锰矿、赤铁矿、磁铁矿、金红石、钽铁矿和铬铁矿等形成固溶体结构，或含Na、Mg、Si、Al 等地壳高丰度元素氧化物杂质而变化，其能谱分析见表7。

表7 钛铁矿能谱分析结果Table 7 Energy spectrum analysis results of ilmenite

金红石呈褐色、黑色、褐红色，颜色随铁含量增加而变深，金刚光泽-半金属光泽，莫氏硬度6～6.5，密度4.2～4.4 g/cm3，比磁化系数1.11×10-5～1.45×10-5cm3/g，大部分在1.60～2.00 T 场强下进入磁性产品，有导电性（金自钦等，2013；韩立等，2015）。金红石多以单体形式存在，颗粒中常有孔洞，部分颗粒中有硅铝质脉石、榍石和黄铁矿包裹体（图9）。金红石中TiO2理论含量为100%，实际金红石中的Ti会与Fe、Nb 和Cr 等元素类质同像，或发生杂质的机械混入。

独居石呈黄绿色、铁染时变褐黄色，具备透光性，偏光镜下呈高突起，反光镜下反射率较石英及硅铝脉石矿物高，扫描电镜背散射图像较锆钛矿明亮（图10），莫氏硬度5.0～5.5，密度4.90～5.50 g/cm3，比磁化系数1.78×10-5～2.04×10-5cm3/g，大部分在0.70～1.10 T 场强下进入磁性产品、非导体（金自钦等，2013；校韩立等，2015）。绝大多数独居石呈单体颗粒，粒度与锆石相当，其成分复杂，主要为镧、铈、钕、镨等轻稀土，镧系元素存在类质同象，络阴离子部分有［SiO3］4-代替［PO4］3-，其能谱分析见表8。

表8 独居石的能谱分析结果Table 8 Energy spectrum analysis results of monazite

图1 楠普拉省安戈榭区区域地质图Fig.1 Regional geologic map of Angoset，Nampula Province1-第四系全新统莫埃巴塞组河流阶地相沉积；2-第四系全新统莫埃巴塞组现代海滩、潮间带流动砂体；3-第四系全新统莫埃巴塞组河湖混合相沉积；4-第四系全新统莫埃巴塞组滨海相沉积；5-第四系全新统莫埃巴塞组浅滨海相沉积；6-第四系全新统莫埃巴塞组潮下砂坝；7-第四系全新统莫埃巴塞组滩涂相沉积；8-第四系更新统托必托组；9-第四系更新统托必托组中局部富含基底粘土的深红棕色砂；10-白垩系；11-侏罗系；12-前寒武系角闪片麻岩及基性片麻岩；13-前寒武系大理岩；14-花岗岩岩脉；15-地质界线；16-断裂；17-矿床；18-安戈谢市；19-矿区范围1-Quaternary Holocene Moebasa Formation river terrace facies sedimentation；2-Quaternary Holocene Moebasa Formation modern beach，intertidal flow sand bodies；3-Quaternary Holocene Moebasa Formation mixed facies sedimentation of rivers and lakes；4-Quaternary Holocene Moebasa Formation coastal sedimentation facies；5-Quaternary Holocene Moebasa Formation shallow coastal sedimentation；6-Quaternary Holocene Moebasa Formation sub-tidal sandbars；7-Quaternary Holocene Moebasa Formation mudflat facies sedimentation；8-Quaternary Pleistocene Tobito Formation；9-Quaternary Pleistocene Tobito Formation localised basal clay-rich dark reddish brown sand；10-Cretaceous；11-Jurassic；12-Precambrian hornblende gneiss and other mafic gneisses；13-Precambrian marble；14-granitic veins；15-geological boundaries；16-faults；17-deposits；18-Angoche City；19-mining area

图2 地貌与第四系地质剖面图Fig.2 Geomorphology and Quaternary geological profile

图3 矿体宽度（左轴）与厚度（右轴）关系Fig.3 Relationship between ore body width（left axis）and thickness（right axis）

图4 锆英石碎裂形态特征（扫描电镜像）Fig.4 Fragmentation morphology characteristics of zircons（scanning electron microscopy）

图5 锆英石中石英包裹体（油浸单偏光）Fig.5 Quartz inclusions in zircons（oil-immersed single polarization）

图6 钛铁矿镜下特征Fig.6 Microscopic characteristics of ilmenites

图7 钛铁矿中金红石Fig.7 Rutiles in ilmenites

图8 红锰钛矿能谱成分图Fig.8 Energy spectrum composition diagram of pyrophanite

图9 金红石中黄铁矿和石英包裹体（背散射像）Fig.9 Pyrite and quartz inclusions in rutiles（backscattered image）

图10 独居石和锆英石（背散射像）Fig.10 Monazite and zircon（backscattered image）1-独居石成分分析区域；2-锆英石成分分析区域1-analysis area of composition for monazite；2-analysis area of composition for zircon

含铁类矿物以褐铁矿为主，存在少量赤铁矿，微量的磁铁矿、黄铁矿和铌铁矿。褐铁矿多不规则，偶见脉石交生结构和黄铁矿残余结构，黄铁矿残余结构表明褐铁矿为黄铁矿氧化生成；黄铁矿含量甚微，微粒状，粒度常在0.03 以下，多包裹在褐铁矿、金红石和钛铁矿等矿物中，偶见单体颗粒出现（图11）；赤铁矿为圆粒状，少量在赤铁矿中以微晶形式析出，其能谱分析见图12；磁铁矿以次棱角状为主，普遍有风化孔洞；铌铁矿含量极少，铁黑色，半金属光泽，薄板状为主，莫氏硬度6，密度5.0 g/cm3，在外加磁场0.40～0.70 T 时可进入磁性产品，易混入钛铁矿中，Nb2O5的理论含量为78.88%，铌与钽可完全类质同像，硬度和密度随钽含量增高而增加，其能谱分析结果见表9。

表9 铌铁矿能谱分析结果Table 9 Energy spectrum analysis results of columbite

图11 褐铁矿与石英和硅酸盐等脉石交生Fig.11 Phenomenon of limonites alternating with gangues such as quartz and silicate

图12 赤铁矿能谱分析图Fig.12 Energy spectrum analysis results of hematite

石榴石呈黑色、褐红色、黄色、白色，玻璃光泽，莫氏硬度6.5～7.5，密度3.60～4.20 g/cm3，比磁化系数1.50×10-5～3.00×10-5cm3/g、大部分在0.70～1.10 T场强下进入磁性产品、极弱磁选，非导体。

角闪石呈黑色、褐色和绿色，莫氏硬度5.0～6.5，密度3.10～3.40 g/cm3，比磁化系数2.13×10-5～2.89×10-5cm3/g，极弱磁选，非导体。

3.4 矿石矿物化学成分和物相分析

原矿砂的化学多元素分析见表10，原矿砂中主要化学成分为地壳高丰度元素的氧化物，含钛、锆和稀土等有用元素。

表10 原矿砂化学多元素分析结果Table 10 Chemical multi-elements analysis results of raw ore sand

对主要有用元素的氧化物进行物相分析（表11和表12），结果表明钛铁矿和金红石形态钛元素分布率分别为88.14%和7.55%，在锆英石形态锆元素分布率为94.73%。

表11 TiO2的化学物相分析结果Table 11 Chemical phase analysis results of TiO2

表12 ZrO2的化学物相分析结果Table 12 Chemical phase analysis results of ZrO2

4 矿石矿物含量特征

4.1 矿石品位的统计特征

沉积型锆钛矿中，钛铁矿品位与金红石品位之间呈较明显的正相关，实践中两者之间品位根据矿区内钛元素在钛铁矿与金红石之间固定分布率计算（何云等，2023）；锆英石和钛铁矿品位根据锆钛矿品位的换算公式进行换算（彭程，2023），其中原矿砂中TiO2和ZrO2含量为样品化学分析结果，钛铁矿和锆英石分布率为钛铁矿和锆英石物相分析结果（表11 和表12 中的82.14%和94.73%），矿石为实测实方体重（取值1549 kg/m3），钛铁矿中TiO2和锆英石中ZrO2含量为矿物能谱分析结果（表6 和表7中52.89%和65.35%）。

对1232 个钻探样品中锆英石和钛铁矿品位统计，见图13 和图14，其中钻孔样中不小于锆英石（0.5 kg/m3）和钛铁矿（7.5 kg/m3）边界品位的样品占比为91.73%和86.29%，不小于锆英石或钛铁矿边界品位的样品占比93.26%，特高品位的锆英石和钛铁矿样品（大于平均品位的6 倍）占比0.89%和0.81%。

图13 钻探样中锆英石品位的频数分布曲线Fig.13 Frequency distribution curve of zircon grade in drilling samples

图14 钻探样中钛铁矿品位的频数分布曲线Fig.14 Frequency distribution curve of ilmenite grade in drilling samples

对1232个钻探样品和目标区域钻探样（不小于边界品位、不大于特高品位）的品位分布特征统计，见表13。数据表明钛铁矿品位分布呈尖峰左偏态分布，目标区域的最值、平均数、峰度和偏度等均小于全部钻探样品品位的数据，钻探样中锆英石和钛铁矿品位变化系数分别为78.18%和74.42%，属于品位较均匀的砂矿层。

表13 钻探样中钛铁矿和锆英石品位统计表Table 13 Statistical table for grade of ilmenite and zircon in drilling samples

对288个单孔工程样的锆英石和钛铁矿品位统计，见图15 和图16，其中不小于锆英石（1.0 kg/m3）和钛铁矿（12.5 kg/m3）边界品位的单孔工程分别占比75.00%和66.67%，不小于锆英石或钛铁矿边界品位的单孔工程占比77.08%，单孔工程中锆英石和钛铁矿的特高品位（大于平均品位的6倍）分别占比1.04%和0.35%。

图15 单孔工程中锆英石品位频数分布曲线Fig.15 Frequency distribution curve of zircon grade in single hole engineering

图16 单孔工程中钛铁矿品位频数分布曲线Fig.16 Frequency distribution curve of ilmenite grade in single hole engineering

对288 单孔工程和目标区域单孔工程（不小于最低品位）的品位分布特征统计，见表14。数据表明钛铁矿单孔工程样品位分布呈尖峰左偏态分布，目标区域的最值、平均数、峰度和偏度等均小于全部工程样品品位的数据，单孔工程中锆英石和钛铁矿的品位变化系数分别为80.21%和67.30%，属于品位较均匀的砂矿层。

表14 单孔工程中钛铁矿和锆英石的品位统计表Table 14 Statistical table for grade of ilmenite and zircon in single hole engineering

4.2 锆钛矿之间品位关系特征

对1233 个钻探样中锆英石品位和钛铁矿品位对应关系进行验证：用线性公式表示为y=7.52xi+6.03（xi和y分别表示锆英石和钛铁矿品位，下同），相关系数R为0.93；用多项式公式表示为y=-0.075xi2+11.25xi-0.33，相关系数R为0.96，因此采用多项式表示对应关系的相关系数更高（图17）。对目标区域中1136 个钻探样的锆英石品位和钛铁矿品位对应关系进行验证，用线性公式（图18）和多项式公式表示分别为y=9.80xi+1.86 或y=0.038xi2+9.52xi+2.18，相关系数R均为0.92。因此，钻探样中锆英石品位与钛铁矿品位相关系数均大于0.90，呈强相关性。

图17 全部钻探样品中锆钛品位对应关系Fig.17 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in all drilling samples

图18 目标区域钻孔样中锆钛品位对应关系Fig.18 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in drilling samples of the target area

对288个单孔工程和目标区域单孔工程的锆英石品位和钛铁矿品位对应关系进行验证（图19和图20），数据表明单孔工程锆英石与钛铁矿品位用线性关系式表示时相关系数最高，线性关系式分别为y=8.25xi+4.51 或y=7.86xi+6.50，相关系数R分别为0.93和0.92，表现为强相关性。

图19 全部单孔工程中锆钛品位对应关系Fig.19 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in all single hole engineering

图20 目标区单孔工程中锆钛品位对应关系Fig.20 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in single hole engineering of the target area

4.3 矿石品位的空间特征

鉴于钻孔样和单孔工程中锆英石品位与钛铁矿品位之间均呈现强相关关系，本文采用钛铁矿品位代表矿石品位进行空间特征分析。

对288个单孔工程的深度和钛铁矿品位关系进行统计（图21），数据表明单孔工程的深度与钛铁矿品位之间呈强相关的多项式关系，相关系数R为0.89，单孔工程的品位随着钻孔深度增加先增大、后减小，钻孔深度为8 m时单孔工程的品位最高。

图21 单孔工程的深度与钛铁矿品位对应关系Fig.21 Corresponding relationship between depth and grade of ilmenite in single hole engineering

288 个钻孔中，不同深度的钻探样数量随钻探深度增加逐步减少（图22），深度超过11 m的钻孔仅1 个；钻探样中钛铁矿品位随着钻探深度增加先增大后减小（图23），相关系数R为0.80，钻探深度为4 m至7 m时，钻孔样中钛铁矿品位最高。

图22 钻探样的深度与数量对应关系Fig.22 Corresponding relationship between depth and quantity of drilling samples

图23 钻探样的深度与钛铁矿品位对应关系Fig.23 Corresponding relationship between depth of drilling samples and grade of ilmenite

将36 条勘探线控制矿体的钛铁矿品位分别与矿体宽度（图24）和矿体厚度（图25）之间关系进行统计。表明钛铁矿品位与勘探线平均厚度的线性相关式为y=-0.003xi+25.27，相关系数R为0.48；钛铁矿品位与勘探线平均深度的线性相关式为y=-5.98xi+60.31，相关系数R为0.65；钛铁矿品位与矿体宽度和厚度均成反比，且两个矿体均表现为北东部品位高、宽度和厚度小。

图24 勘探线上的品位与宽度的对应关系Fig.24 Corresponding relationship between grade and width in the exploration lines

图25 勘探线上的品位和厚度对应关系Fig. 25 Corresponding relationship between grade and thickness in the exploration lines

5 讨论

5.1 地质条件与矿体特征

莫桑比克境内广泛分布前寒武纪基岩，主要包含片麻岩、角闪岩和中基性岩浆岩等岩体（邓宇涛等，2017；曾勇杰等，2021），该岩性富含锆钛矿矿物（路凤香等，2002）。在亚热带气候影响下，前寒武纪母岩强烈风化后，锆钛矿随雨水和河流顺着地势向海洋方向搬运、分选，在海洋和河流等水动力条件下再次搬运和分选，在第四纪全新世的海岸砂丘（Qd）中沉积，形成锆钛矿重砂矿床。莫桑比克锆钛矿成因特征、实践经验和锆钛矿床特征研究表明莫桑比克锆钛矿主要位于第四系全新统莫埃巴塞组海岸砂丘（Qd）中（杨学军等，2012；孟令华等，2015；邓宇涛等，2017；张领军等，2017；李家庆和刘彭江，2019），一般距离海岸带0～5 km范围内，呈条带状平行于海岸展布，长度为5～30 km，宽度为0.5～3 km，平均厚度为3～18 m。

非洲东部滨海锆钛砂矿的矿石矿物研究表明（校韩立等，2015；张建文等，2022；李宁等，2022），莫桑比克锆钛矿中钛铁矿矿石特征基本一致（表15）：钛铁矿主要赋存在中细粒石英砂中，0.10～0.50 mm粒级原矿砂占比89.34%；-0.25 mm 粒级原矿砂中钛铁矿相对品位高于平均品位，其中0.075～0.10 mm粒级的原矿砂中相对品位高达4.95，0.10～0.25 mm粒级的原矿砂中TiO2分布率高达73.93%。

表15 莫桑比克及邻区的钛铁矿筛析结果统计表Table 15 Statistical table of sieve analysis results of ilmenites in Mozambique and neighboring areas

5.2 工艺矿物学研究

对莫桑比克锆钛矿的矿物特征研究表明（张华，2013；孟令华等，2015；李乔松，2016；单连军，2016；邓宇涛等，2017；李家庆和刘彭江，2019；廖乾等，2019；张建文等，2020；张建文等，2022；李宁等，2022），莫桑比克锆钛矿主要有用矿物为钛铁矿、锆英石、金红石和独居石四种矿物，脉石矿物以石英和磁（赤）铁矿、褐铁矿等铁质矿物为主；莫桑比克锆钛矿中矿物的物化特性差异较小，其中钛铁矿矿物差异相对较大，如个别矿床中存在Cr 含量高（廖乾等，2019）、钛铁矿粒度粗大（单连军，2016）和钛铁矿赤铁矿化（张华，2013）等现象，这些差异大幅度增加选冶难度和运营成本，对矿山的建设投资和运营产生较大影响。因此，为了提升资源综合利用效率和经济效益，工艺矿物学研究十分必要。

锆钛矿工艺矿物学研究一般采用化学分析、粒度分析、光谱分析、X射线衍射相分析和能谱分析等方法查明物质组成和矿物特征，为选矿工艺研究提供依据（单连军，2016；彭程等，2021；马崇振等，2021；彭程等，2022；王越和王婧，2022）。锆钛矿的化学元素主要针对原矿砂、锆钛粗精矿、锆英石和钛铁矿的中矿和精矿，分析主要以基本分析和多元素分析为主。基于样品品位和矿石储量计算的需要，大多数样品仅开展主要有用元素的基本分析，通过基本分析可以查明锆钛矿之间品位关系特征。为了查明矿石矿物的组分，选择少数有代表性的样品开展多元素分析或全元素分析（表10）。锆钛矿矿砂粒度分析一般采用筛析法和水析法，其中筛析法是将矿砂通过一些列不同规格筛孔的标准筛后称重方法，水析法又叫沉降法，是利用颗粒沉降速度来划分粒级分布（蒋明丽等，2009）；筛析法和水析法分别适用于2.00～0.075 mm 和0.075～0.001 mm粒级，粒度分析经常与化学元素基本分析结合（表3～表5），以查明钛铁矿品位与粒度之间关系特征（表15）。光谱分析通常是X 荧光光谱分析（XRF），采用布拉格定律，利用高能X 射线或微粒子激发不同结构和组分的原子产生不同的能量和强度荧光辐射，检测下限可到达0.15×10-6（章连香和符斌，2013）；X荧光光谱分析误差较大，是半定量分析，通常与定量的化学多元素分析结合，以达到确定矿石化学组成的目的（表10）。X射线衍射相分析（XRD）是利用高速电子流轰击金属靶产生X射线照射到晶体，由于矿物晶体的原子间距与X射线波长相当，导致不同原子散射的X射线相互干涉在某些特殊方向上被加强形成X 射线衍射图，而每种矿物晶体的衍射线方位和强度空间分布与晶体结构密切存在一一对应关系（屈晓田，1998；王存勇等，2014）。通过X射线衍射相分析查明锆钛矿中矿物组分（表2），与矿石化学组分（表10）进行核对验证。能谱分析主要X 射线光电子能谱（XPS），利用X 射线激发样品电子能量谱，分析样品表面元素及其价态（陈兰花和盛道鹏，2018）。钛铁矿、锆英石、独居石和赤铁矿等主要矿物的能谱分析结果一般是一组数据，取该组数据的平均值作为最终结果（表6～表9），该分析结果一般与钛铁矿精矿和锆英石精矿产品中主要组分含量（表5）基本一致。锆钛元素氧化物的化学物相分析结果（表11～表12）一般可通过物相分析、能谱分析和化学基本分析结果计算，能为查明主要有用元素分布状态、矿石品位计算和选矿综合回收利用情况提供参考。

6 结论

（1）莫桑比克楠普拉锆钛矿主要赋存于海岸砂丘中，以灰黄-黄色含贝壳碎屑的中细砂为主，中细砂占比91.45%，原矿砂中TiO2和ZrO2含量分别为0.77%和0.11%；锆钛元素氧化物在0.075～0.25 mm粒级内分布率为82.84%～87.51%，钛矿物粒度比锆矿物粗。

（2）矿床是由区域泛非构造带的上元古界片麻岩在炎热多雨的亚热带气候条件下风化，受以滨海水动力为主的作用力而在沙丘和滩涂中沉积形成的；矿体受地层控制，矿层厚度总体连续且较稳定、宽度较不稳定，北东端矿体厚度略大、南西端宽度略小，矿体厚度与宽度变化表现为正对应关系。

（3）锆钛矿原矿砂中主要重矿物为钛铁矿、锆英石、金红石和独居石，钛铁矿和金红石形态钛元素分布率分别为88.14%和7.55%，锆英石形态的锆元素分布率为94.73%；重选获得锆钛粗精矿中含43.86%TiO2和5.58%ZrO2，精选获得54.35%TiO2的钛铁矿精矿和65.92%ZrO2的锆英石精矿，钛铁矿和锆英石的精矿在0.15～0.096 mm 粒级内分布率为62.24 %～66.54%。

（4）钻探样和单孔工程样中锆英石或钛铁矿品位大于边界品位的样品占比分别为93.26% 和77.08%，锆英石和钛铁矿的品位变化均匀，均为尖峰左偏态分布；钻探样和单孔工程样中锆英石品位与钛铁矿品位均呈强相关性，相关系数均不低于0.92。

（5）钻探样和单孔工程样的品位与深度之间相关系数分别为0.89 和0.80，两者的品位随着钻孔深度增加先增大、后减小，其中单孔工程深度为8 m 时品位最高、钻探样在深度4～7 m 时品位最高；勘探线控制矿体的品位与矿体宽度和厚度变化成反比，相关系数分别为0.48和0.65。