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稀有和稀土金屬礦物

1)鋰

作為最輕的稀有親石元素,鋰通常富集於巖漿作用後期的殘余巖漿中。可以出現在多種巖石中。此外,鹽湖鹵水、地熱鹵水、油田鹵水都含有大量的鋰。鋰礦按地質成因可分為四種類型:花崗偉晶巖型、鹽湖鹵水型、雲英巖化花崗巖型和富鋰粘土型。其中,前兩種是目前工業技術條件下最具經濟價值的鋰礦。

(1)花崗偉晶巖型鋰礦。這類礦床分布廣泛,主要產於相對穩定的地質構造單元如古結晶盾、塊體中。成礦時代主要為前寒武紀,但也有海西期和燕山期。含礦偉晶巖可分為:①帶狀偉晶巖型鋰礦。該類礦床礦物組成復雜,鋰輝石是優質低鐵鋰精礦的主要來源。這類礦床又可細分為復雜(鈹、鋰、銫、鉭)稀有金屬偉晶巖礦床(如加拿大巴尼卡湖礦床、津巴布韋比基塔礦床、納米比亞卡裏比布礦床,也是世界上最大的銫礦床,中國新疆可可托海的特大型鋰、鈹、鉭、稀有、雲母礦床分帶性好)和鉭錫鋰偉晶巖礦床(如澳大利亞格林布斯礦床,也是大型鉭礦床)。②偉晶巖礦床,無條帶狀構造。這種偉晶巖基本上是單相均質巖體,這種鋰礦通常是獨立的鋰礦或伴有少量鈹、鉭的鋰礦。如美國北卡羅來納州錫石-鋰輝石帶的許多偉晶巖礦床,如金斯山礦床和貝塞麥城礦床,加拿大的巴尼卡湖和我國的江西、湖南、四川等地。

(2)鹽湖鹵水鋰礦。這是壹種重要的鋰礦床。鹽湖鋰資源占世界鋰儲量的66%,占世界鋰儲量的80%以上。在封閉盆地,特別是高原幹旱地區,鋰可富集在鹽湖鹵水中,形成具有開采價值的鋰礦床,鋰、鉀、鈉、鎂、溴、碘可綜合提取。目前,正在開發和生產的重要含鋰鹽湖有智利的阿塔卡馬、Hombre的Mu Eirto、美國的銀豐鹽湖和中國青海的柴達木鹽湖等。尚未開發的重要鹽湖有玻利維亞的烏龍尼和中國西藏的紮布耶鹽湖。

總的來說,全球鋰資源極其豐富。據美國地質調查局統計,1998年已探明全球鋰資源儲量為340×104t,儲量基數為940×104t。按照1997的產量估算,世界產量可以保證309年。世界鋰儲量和儲備基數集中在南美和北美,還有玻利維亞、智利、美國、加拿大、澳大利亞、津巴布韋等多個國家。其中玻利維亞和智利約占世界儲量的89.3%,中國資源前景巨大。

2)鈹

鈹是典型的前石元素,在巖漿結晶過程中能置換Si4 ++進入許多矽酸鹽礦物。鈹主要分布在斜長石、白雲母、霞石等造巖礦物中。鈹可被富集並形成獨立的鈹礦物(綠柱石、水鋁石、綠柱石等。)在殘余巖漿、高溫氣液和中溫液體環境中,從而形成具有工業意義的鈹礦床。鈹的成礦作用主要與酸性巖漿作用有關。種類很多,大致可以分為五類:

(1)含綠柱石的偉晶巖鈹礦床。這些礦床分布廣泛,根據礦物組合可分為綠柱石-白雲母偉晶巖和復合稀有金屬偉晶巖。前者廣泛分布於巴西、印度、阿根廷和美國。後者分布於阿根廷的巴尼卡湖、津巴布韋的比基塔、納米比亞的卡裏比布、紮伊爾、馬達加斯加、前蘇聯和中國新疆的阿勒泰等地。沈積物含有許多有益成分,如鋰、鉭、鈮和銫。綠柱石常被用作復雜稀有金屬礦床如鋰礦床和鈮鉭礦床的產品和副產品。

(2)含綠柱石的堿性交代鈹礦床。這是80年代初在加拿大索爾湖稀有金屬礦床圈出鈹礦體後建立的新礦床類型。索爾虎正長巖體位於壹個巨大的花崗巖體內,構成壹個堿性雜巖體。在正長巖體與花崗巖體的接觸帶和正長巖體內發現了五個富含鈮、鉭、鋯、釔、稀土元素和鈹的礦化帶。

(3)貝氏體火山熱液鈹礦床。墨西哥北部的斯波山、塞拉-布蘭卡和阿瓜奇利的鈹礦床都屬於這種類型。主要的鈹礦物是貝氏體。鈹在礦石中的分布極不規則。除鈹外,還含有鋰、鈮、鉭、錫、鉬、鎵、釔和釔稀土元素。

(4)含綠柱石的白雲石礦床。這種礦床通常與鎢、鉬、錫和鉍的礦化有關。根據產狀特征和礦物組合,可分為兩個亞類:含綠柱石的交代蝕變花崗巖礦床和含綠柱石的應時脈礦床。前者具有重要的工業意義,巴西博阿維斯塔的鈹礦可能屬於這壹子類。後者為含鎢、錫、鉬、鈹的復合礦床,綠柱石易選,具有壹定的工業意義。

(5)接觸碳酸鹽鈹礦床。這些礦床產於花崗巖外接觸帶的接觸碳酸鹽中,包括含鈹矽卡巖礦床和螢石-硼鐵礦層狀礦床。前者礦床規模大,鈹含量高,但礦物顆粒細,難選。在新墨西哥州和阿拉斯加州已經發現了這樣的礦床。後壹種礦層產於地質結構極其復雜的花崗巖與沈積地層的接觸帶,鈹礦化疊加在矽卡巖上。用浮選法很容易分離出硼鐵礦-綠柱石精礦和螢石精礦。

世界上鈹資源豐富。巴西是最大的鈹資源國,印度第二。澳大利亞壹半以上的鈹儲量集中在布羅克曼綠柱石稀有金屬礦床,基本探明於1985。加拿大的鈹儲量主要集中在西北部的索爾湖綠柱石稀有金屬礦床,投產後將成為西方國家最大的鈹礦。美國的鈹儲量主要集中在猶他州斯波山的bertrandite礦床。1988年,挪威發現了Hegetiv礦床,被認為是歐洲第壹個具有商業價值的獨立鈹礦床。可見鈹資源豐富,不斷有新的發現。按照年產600噸鈹計算,鈹儲量足夠全世界開采600多年。

3)鈮

據美國地質調查局統計,1998年世界鈮儲量為350×104t,儲量基數為420×104t。其探明儲量高度集中,90%以上分布在巴西,其次是加拿大、紮伊爾、尼日利亞等國。近年來,許多國家,特別是非洲國家,發現了大量可供開采的鈮儲量。世界鈮儲量有很高的保障,可以滿足世界幾百年的需求。在自然界中,鈮幾乎總是以氧化物的形式與其他礦物共生,尤其是與鉭共生。鈮礦床的主要工業類型有:

(1)碳酸鹽風化殼礦床。這是壹種高礦石含量的稀有金屬礦床,其中稀有金屬高度富集。在世界鈮原料中占有重要地位,占鈮資源的90%以上。根據風化殼的發育程度和發育階段,風化殼型礦床可進壹步分為三類:①水雲母中的風化殼型礦床,如俄羅斯的別洛濟米斯科耶礦床和巴西的安吉鈷礦床;②紅土風化殼礦床,如巴西阿拉沙礦床、卡塔拉奧地利礦床;(3)晚期後生蝕變風化殼礦床,如俄羅斯的Tomtor礦床。最後,該類礦床成礦過程復雜,成礦物質經歷了多次再生富集,容易形成高品位大型稀有金屬礦床。這些礦床主要產於巴西、澳大利亞、俄羅斯和加蓬,主要含鈮礦物為燒綠石。

(2)含鈮鉭鐵礦的花崗巖和花崗巖偉晶巖礦床。鈮儲量在這些礦床中所占的比例很小,約為1%。礦石中主要的鉭鈮礦物為鈮鈦酸鹽,常與錫石伴生,目前壹般作為錫石開采的副產品回收。這類礦床在非洲中南部許多國家都有,如尼日利亞北部焦斯高原的含鈮鐵礦花崗巖及其斜坡礦床和殘積礦床。此外,在巴西、馬拉西亞、泰國、莫桑比克和紮伊爾也有這種礦床。

(3)砂礦。含鈮的砂礦壹般規模較小,但易采易選,常與鉭鐵礦、錫石共生,因此具有壹定的經濟意義,主要產於美國、剛果民主共和國、泰國、馬來西亞、澳大利亞等國。

由於鈮礦床的特殊性,如礦石品位低,大部分鈮礦物比重大,理化性質穩定,因此重砂法是壹種經濟、簡便、有效的原生礦床找礦方法。放射性測量和磁法測量是碳酸鹽巖及其風化殼礦床非常有效的找礦方法。近年來,西澳大利亞維爾德山碳酸鹽巖風化殼中大型高品位稀土-釔-鈮-鉭-磷酸鹽礦床;在古西特、切斯拉、巴西和加蓬發現了大量的鈮礦床。我國鈮礦床主要分布在內蒙古、湖北、廣東等地。鈮鐵礦是主要礦石,質量相對較低,不到巴西品位的1%,伴生礦物多。

4)鉭

據美國地質調查局統計,1998年世界鉭儲量約為14000t,儲量基數為24000t,主要分布在澳大利亞、尼日利亞、剛果民主共和國、加拿大和巴西。我國鉭資源較少,主要分布在江西、新疆、廣西、湖南等地。鉭礦物多為與酸性花崗巖有關的復合氧化物,壹般在外源條件下穩定。鉭礦床的成礦時代主要為寒武紀,其次為加裏東期、海西期和奇米爾期。前蘇聯的學者將鉭礦床分為三種主要類型:

(1)綜合稀有金屬偉晶巖礦床。該類礦床可分為三個系列:①與堿性花崗巖有關的鈹鋰偉晶巖系列;②與雲母花崗巖有關的鈹鋰銫鉭偉晶巖系列;③與超酸性花崗巖有關的F-Ta-Li偉晶巖系列。最大的成礦規模是第壹系列鋰輝石-鈉長石和鈉長石偉晶巖礦床。這種類型分布在巴西、澳大利亞、中非、南非、加拿大和前蘇聯。這類礦床的儲量約占鉭儲量的34%,占西方世界產量的30%。加拿大的巴尼卡湖礦床是世界上最大的礦床之壹。

(2)花崗偉晶巖風化殼鈮鐵礦-鉭鐵礦礦床。這種花崗偉晶巖上的線性風化殼礦床在紮伊爾、巴西和澳大利亞均有發育。它們是中小型礦床,鉭含量不高,但容易開采,相對經濟,是鉭的重要來源,約占西方世界產量的53%。

(3)鈮鐵礦-鉭鐵礦床。由於鈮鐵礦-鉭鐵礦非常脆,這類礦床離原生礦床的運輸距離不到7公裏,大多為2 ~ 3公裏。壹般堆積在花崗巖母巖或偉晶巖地區的坡積物中,有時富集在風化殼中。最大的砂礦是紮伊爾盧古盧北部山谷。巴西、澳大利亞、尼日利亞和前蘇聯也有這種砂礦。

次生鉭礦床及可能的來源有:①鈉長石-雲英巖型鈮鉭鐵礦床;(2)鈉長石稀有金屬的綜合網狀脈狀礦床;③堿性花崗巖風化殼中的鈮鐵礦礦床;④碳酸鹽鈾焦綠石礦床;⑤碳酸鹽風化殼中的含鈾燒綠石-弗格石礦床。

5)鋯

1992年世界鋯(ZrO2 _ 2)儲量為4900×104t,儲量基礎為5800×104t。此外,還發現了6000×104噸的鋯石資源。世界鋯資源豐富,包括澳大利亞、南非、前蘇聯、美國、印度和巴西。

鋯是典型的親石元素派。鋯礦床包括內生礦床和外生礦床,其中砂礦最為重要,占世界鋯儲量的53%,95%以上的鋯精礦來自砂礦。海岸砂礦床是最重要的外生礦床,還有殘積和沖積砂礦床和碳酸鹽風化殼礦床。鋯的內生礦床主要是巖漿礦床,與堿性巖有關。這些礦床大多產於古地臺區和顯生宙地槽區的前寒武紀中間塊體中,礦床儲量壹般只有幾十萬噸,地臺區鋯礦床儲量可達上百萬噸。鋯礦床的主要成因類型有:①含鋯石的堿性花崗巖;②含斜鋯石的堿性巖;③各向異性巖石;④霞石正長巖中的斜鋯石脈;⑤含斜鋯石脈的留下正長巖風化殼;⑥沿海砂礦(少量內陸鋯石砂礦)。

劉滿華認為世界著名的外源性和內源性鋯礦床及新發現的新類型鋯礦化有:①澳大利亞東西海岸的砂礦床;②巴西馬孫州皮廷加的內陸沖積和殘積砂礦床;③與超基性-堿性-碳酸鹽雜巖有關的斜鋯石礦床,如南非的ParaBeauroy礦床和俄羅斯的Kovdor礦床;④與稀土、鈮、鉭、磷酸鹽共生的碳酸鹽風化殼型鋯礦床,如西澳大利亞維爾山碳酸鹽風化殼礦床;⑤堿性雜巖中的脈狀和浸染狀鋯礦床,如巴西的Bossus-Das含鈾鋯礦床;⑥與低溫熱液作用有關的新的鋯礦化,如低溫下膠體溶液沈積形成的鋯礦化,近年來在哈薩克斯坦中部和俄羅斯阿爾丹發現。綜上所述,超基性巖堿碳酸鹽雜巖(包括堿性巖體)不僅是次生鋯礦(風化殼)的礦源,也是遠離與成礦物質化學帶有關的雜巖的鋯礦的礦源。因此,在尋找與這類雜巖體有關的鋯礦床時,不僅要註意雜巖體本身,還要註意遠離雜巖體可能成為鋯富集的有利區域。

6)稀土金屬

世界稀土儲量豐富。據美國地質調查局統計,世界稀土(REO)儲量和儲量基數分別為10000×104t和11000×104t。其儲量高度集中,中國、前蘇聯、美國、澳大利亞和馬來西亞占總儲量的83.2%。目前工業上使用的輕稀土(鈰稀土)主要從氟碳鈰礦和獨居石中提取,約占世界稀土氧化物(REO)產量的99%,而重稀土(釔稀土)產量很少,主要從磷釔礦和綠柱石中提取。世界上稀土礦物的主要生產國是中國、美國、澳大利亞和印度。這些國家的稀土礦產量占世界總產量的78%。中國稀土礦產量現居世界第壹。約95%的精礦來自內蒙古包頭的白雲鄂博鐵礦,其余來自南方的離子吸附稀土礦和混合稀土精礦以及四川冕寧的牦牛坪稀土礦。前蘇聯是歐洲最重要的稀土生產國,居世界第三。稀土主要來自科拉半島的磷灰石礦床、哈薩克斯坦的切夫琴科礦床和庫熱奇昂礦床。澳大利亞、印度和馬來西亞的稀土產量來自沿海砂礦中的獨居石,其中澳大利亞占世界獨居石總產量的1/3以上。磷釔礦是釔的主要來源,是澳大利亞、馬來西亞和中國錫礦開采的副產品,還有壹部分是從埃利奧特湖丹尼森的含鈾浸出渣中提取的。世界稀土工業正從生產稀土精礦、混合稀土等初級產品向生產高純度、單壹稀土的深加工產品發展。

稀土礦床種類繁多,按成因可分為內生型、外生型和變質型礦床,再按與礦床有關的侵入巖和礦化作用的不同可分為六種類型:

(1)與堿性巖和碳酸鹽巖有關的稀土礦床。世界上大部分稀土儲量都產自這類礦床。目前,美國加利福尼亞州的帕斯山礦床和中國內蒙古的白雲鄂博礦床具有最大的經濟意義。爬山礦床REO探明儲量約500×104t,平均品位7%,是世界上最高品位的碳酸鹽巖。這種碳酸鹽的獨特特征是缺乏Ti-Nb礦物。白雲鄂博礦床是壹個富含稀土的大型鐵礦床,稀土礦物可作為鐵礦開采的副產品回收。這個礦區的稀土儲量巨大。此外,布隆迪的Kalonge礦床和馬拉維的Kangankunde礦床都屬於這種類型。

(2)堿性花崗偉晶巖稀土礦床。這些礦床分布很廣,但具有經濟意義的卻很少。加拿大魁北克的怪湖礦床是壹個大型稀土-稀有金屬綜合礦床,也是稀土元素(釔和重稀土)的潛在來源。在前蘇聯的科拉半島和美國的科羅拉多州也發現了類似的礦床。

(3)非碳酸鹽熱液脈狀稀土礦床。除稀土礦物外,釷在礦床中也很豐富。最典型的例子是南非開普省的Steenkamp Sclar礦床,這是國外發現的最早的獨居石礦床。

(4)稀土磷灰石礦床。磷礦中的磷灰石往往富含稀土元素,可在磷肥生產中回收。這些礦床雖然分布廣泛,但很少有高稀土品位的大型礦床,如前蘇聯科拉半島西賓堿性雜巖中的稀土磷灰石礦床;芬蘭錫林哈韋碳酸鹽礦床中的磷灰石和瑞典北部基律納鐵礦床中的磷灰石是潛在的含稀土磷灰石資源。中國貴州紫金是壹個含稀土的磷塊巖礦床。

(5)風化殼型稀土礦床。這類礦床是由富含稀土元素的原生礦床風化形成的,具有重要的經濟意義。典型礦床有巴西阿拉沙堿性雜巖和中國南方花崗巖風化殼礦床。前者最高稀土含量約為6%,紅土富含稀土元素,是上部堿性巖的5 ~ 15倍。後者也叫離子吸附稀土礦床。

(6)泥沙沈積。現代和古代砂礦中的獨居石曾經是稀土氧化物的主要來源,現在只占次要地位。澳大利亞、巴西、印度和馬來西亞的稀土氧化物主要來自獨居石砂礦床。澳大利亞獨居石砂礦床產量居世界第壹。

20世紀80年代在澳大利亞南部發現的特大型奧林匹克壩銅鈾礦床是稀土元素的巨大潛在來源。近年來,在前蘇聯沿海地區的壹個新生代坳陷中發現了特殊的稀土礦化,我國山西石炭紀鋁土礦層中也有高含量稀土礦物的報道,但尚未發現有工業價值的礦床。

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