河南省栾川矿集区石榴子石资源及其开发前景

＊武志军 杜程远 韩江伟

（1.河北泥河湾国家级自然保护区管理中心 河北 075000 2.河南省地质局生态环境地质服务中心 河南 450011 3.河南省地质研究院 河南 450001）

石榴子石矿被世界多个国家列为“战略性矿产”“危机矿产”或“关键矿产”。除了做宝石，研磨、抛光和檫洗材料、滤水材料外，还可以做存储材料、轴承、建筑饰面材料、橡胶、油漆的填料及石油钻井泥浆加重剂。我国石榴子石基础储量仅占查明资源储量的4.86%[1]，限制了石榴子石高端利用产品结构的发展。“中国钼都”栾川的钼多金属矿目前仅回收Mo、W、Cu 和萤石，采选副产品之一石榴子石未回收利用，造成资源浪费和经济损失。本文综合分析了钼多金属矿石中石榴子石的含量、矿物特征、资源量，并结合石榴子石化学分析、工艺矿物学研究，对栾川矿集区石榴子石开发利用前景进行了评价，对区内石榴子石的综合开发利用具有重要意义。

1.区域地质概况

栾川矿集区（图1）位于华北陆块南缘与北秦岭造山带结合部位的栾川断裂和马超营断裂之间，区内具有明显的二元地质结构特征—结晶基底为新太古宙太华岩群中深变质岩系组成，盖层岩系为中元古界熊耳群、官道口群、新元古界栾川群、宽坪岩群、古生界陶湾群。

图1 栾川矿集区地质简图

区域构造主要受华北陆块南缘逆冲推覆构造带控制[2]，北西西和北北东向两组主要方向构造控制了矿集区内的燕山期中酸性小岩体和钼多金属矿体的分布。区内岩浆岩发育，其中燕山期中酸性侵入岩（小岩体）与区内钼多金属矿在空间、时间和成因上存在密切的联系。

2.钙质矽卡岩分布及成因

燕山期中酸性小岩体侵入有关的气化热液作用，与碳酸盐岩围岩发生交代形成不同的矽卡岩，碎屑岩发生接触变质形成不同的角岩。在郭店、上房岩体接触带，煤窑沟组交代反应形成镁质矽卡岩[3]，在南泥湖、马圈、黄背岭、鱼库、石宝沟、大坪、火神庙等岩体附近，三川组上段大理岩通过交代作用形成钙质矽卡岩，矽卡岩的产状与围岩一致（图2），多呈似层状和透镜状，含有石榴子石矿物的岩石包括钙质矽卡岩和条带状石榴子石角岩。

图2 南泥湖-三道庄矿区横09 勘查线剖面图

图3 骆驼山硫多金属矿区横28 勘查线简化图

区内与钨钼成矿关系密切的矽卡岩形成存在2期[4]，第1 期矽卡岩分布更广，由靠近岩体的大理岩与流体交代生成，第2 期由沿裂隙向围岩流动的流体与围岩交代生成。

钙质矽卡岩呈浅褐色，变晶结构，块状构造，主要由钙铝榴石和透辉石组成。条带状石榴子石角岩呈褐绿色、灰绿色，柱粒状变晶结构，弱定向构造。由石英、斜长石、透辉石、绿帘石、石榴子石与少量金属矿物组成。

3.石榴子石特征

矿集区石榴子石矿物主要为钙铝榴石，钙铁榴石较少，在矽卡岩中石榴子石含量变化较大，从含量不足1%到含量超过95%以上，石榴子石角岩中也有一定含量的石榴子石（10%～15%）。

(1)矿物学特征

钙铝榴石在钙质矽卡岩中的含量为5%～95%，一般为褐色、棕色，自形-半自形粒状，大小一般为2～5 mm，部分0.5～2 mm，少部分0.2～0.5 mm，还有很少部分粒径可以达到10 mm（如大坪岩体、鱼库岩体附近的矽卡岩中），钙铝榴石呈镶嵌状或条带状集合体分布。石榴石光性特征：浅褐色，高正突起，均质，局部略显光性异常（局部可见环带）。大多数具有明显的环带结构，少数可见扇状双晶（图4a），一些石榴子石被方解石、石英、绿泥石、阳起石及铁质交代（图4a），一些石榴子石矿物颗粒内常见透辉石小包体（图4b），少部分表现为假象。

图4 不同岩体交代矽卡岩中的石榴子石显微特征

铁铝榴石比较少见，仅在黄背岭岩体东西两侧的矽卡岩带中见到。铁铝榴石呈褐红色，半自形粒状，大小一般为2～5 mm，部分0.5～2 mm，少部分0.2～0.5 mm，略显定向分布。在矽卡岩中含量60%～75%，常见光性异常，可见环带（图4c），被方解石、石英、透闪石、透辉石交代（图4d）。

(2)石榴子石地球化学特征

三道庄钨钼矿石榴石的电子探针分析结果[5]表明，石榴石为钙铁榴石-钙铝榴石系列，从早期到晚期，石榴石具从钙铝榴石逐渐向钙铁榴石过渡，石榴石的环带从核部向边缘Fe 含量上升趋、Al 的含量下，指示流体具有多期多阶段性，这可能与区内中生代多期中酸性岩浆活动相对应。

(3)工艺矿物学

工艺矿物学研究[6]表明：矽卡岩钼矿石中的石榴石为钙铝石榴石。矿石破碎到-4 mm 以下，钙铝石榴石的单体解离度仅为50.69%，连生体中以60%～90%富连生体为主，其含量为42.14%，二者合计92.83%。采用粗粒干式强磁预选-预选粗精矿磨矿-弱磁选除铁-高梯度磁选-重选原则流程对石榴石进行高效回收，生产出适合细粒磨料等工业用的各类石榴石产品。

4.石榴子石资源量及其开发前景

栾川矿集区内的中生代岩浆活动频繁，与多金属成矿有关的中酸性岩浆活动有3 期[7]，表现出不同的成矿特征，构成了矿集区的内生成矿系统[8]，多金属矿的赋矿岩石均发生了接触变质，以岩体为中心形成了不同的矿石类型[8]，如角岩型、矽卡岩型钼（钨）矿石、矽卡岩型锌多金属矿石、斑岩型钼矿石。

以矿集区评审备案的矿石资源量为基础（表1），对各矿区内矿区的石榴子石资源量进行估算，计算公式为：

表1 栾川矿集区主要矿床矽卡岩型矿石的石榴子石资源情况一览表（石榴子石密度取3.6×103 kg/m3）

石榴子石资源量=(矽卡岩型矿石量/矿石密度)×石榴子含量（%）×石榴子石密度

估算区内石榴子石资源量129640 万吨。工艺矿物学研究表明这些石榴子石可以通过综合回收利用。按当前石榴石砂的价格通常在500～1200元/吨之间，选矿回收率按60%计算，目前生产矿山的矽卡岩矿石中伴生石榴子石潜在经济价值为389～933 亿元之间。因此，栾川矿集区伴生石榴子石的开发具有很大的经济效益，而且将大大减少尾矿的数量。

5.结论

（1）栾川矿集区的石榴子石是燕山期中酸性岩体侵入过程中，流体与含钙质碳酸盐岩的围岩发生交代形成的，石榴子石以钙铝榴石为主。

（2）栾川矿集区钼多金属矿伴生石榴子石资源量规模巨大，通过综合回收利用，不仅能够增加矿山效益，而且减少对环境的负面影响。