我国钒矿资源的地质特点

2010-03-15

 

一、矿床时空分布及成矿规律 

 

在世界范围内，钒矿床的主要成因类型有：

 

1、岩浆成因矿床：包括产于辉长岩体、辉长辉绿岩与大型超基性岩中及产于斜长岩与辉长斜长岩中的晚期岩浆分异钒钛磁铁矿矿床。其中的钒均呈类质同象产于钒钛磁铁矿或含钒磁铁矿中。如南非、俄罗斯、美国与加拿大等国都有此类矿床。

 

2、沉积矿床：包括杂色岩系的钾钒铀矿、黑色岩系、磷块岩和石油沥青岩矿床。其中黑色岩系与磷块岩中的钒矿在美国占相当重要的地位。

 

3、火山－侵入岩型矿床：主要与富碱性火山－侵入岩有关。

 

4、其他：包括沉积变质矿床、岩浆变质矿床、滨海砂矿、红土型粘土矿、残积－坡积矿床与现代火山渣中的钒矿等等。

 

中国的钒矿床有岩浆型、沉积型和火山岩（玢岩）型。

 

岩浆型矿床在大地构造上位于地台区、地台边缘或地槽褶皱带中，呈带状分布，受区域深大断裂控制。在成因和空间上总与各个时代的基性－超基性岩密切有关。见于天山－阴山成矿带、陕南－鄂西成矿带与川滇成矿带。如川西的攀西地区、河北承德地区、陕西汉中地区及湖北郧阳、襄阳地区都有岩浆型钒矿床产出。这一类型矿床又分为晚期岩浆分异型和晚期岩浆贯入型。

 

沉积型钒矿则受某一定层位地层与岩性的控制。我国这类矿床主要是指黑色岩系中的钒矿。它们多分布于中朝地台、扬子地台与秦岭－祁连地槽褶系两侧，在塔里木地台、华南褶皱系也有分布。岩性上受震旦纪－早寒武世、志留纪和二叠纪的硅质－碳质岩、铝（粘）土岩和磷块岩的控制。目前发现有经济价值的沉积型钒矿床多产于扬子地台和秦岭－祁连褶皱系的所谓“下寒武统黑色岩系”（即广义的“石煤”）中。空间分布上，除了北方的陕、晋、豫诸省有少量出露外，主要见于南方：横跨川、黔、桂、湘、鄂、浙、皖、赣、粤等省区，特别是浙江－皖南－赣西南－湖南至桂西北一线，分布着连绵1600多km的黑色岩系层。

 

火山－侵入岩中的钒矿主要见于长江中下游宁芜地区。成因上与侏罗系－白垩系火山侵入岩（玢岩）有关。

 

二、矿床的成因类型

 

中国已探明的具有经济意义的钒矿成因类型有岩浆型、沉积型和火山岩（玢岩）型。其他类型矿床工作甚少，尚未发现有经济意义的矿床。

 

（一）岩浆型  包括晚期岩浆分异型与晚期岩浆贯入型两类，均与基性－超基性岩有关，分布于攀西地区和河北承德地区。攀西地区的钒钛磁铁矿产于晚期岩浆分异的辉长岩－橄长岩－橄榄辉长岩组合或辉长岩－辉石岩－橄榄岩组合的层状岩体中。承德大庙的钒钛磁铁矿则产于斜长岩与辉长岩接触带或斜长冉破裂带中。

 

晚期岩浆分异型矿床又分为辉长岩型（攀枝花与太和钒钛磁铁矿矿床）、辉长岩－橄长岩－橄榄辉长岩型（白马、巴洞钒钛磁铁矿矿床）、辉长岩－辉石岩－辉橄岩型（红格钒钛磁铁矿矿床）、辉长岩－苏长岩型（陕西毕机沟、望江山钒钛磁铁矿矿床）及辉绿岩型（陕西铁佛寺－桃园钒钛磁铁矿矿床）。河北大庙与黑山的斜长岩－辉长岩－苏长岩型钒钛磁铁矿矿床则是晚期岩浆贯入型的代表性矿床。这两类矿床中的钒都产于钒钛磁铁矿之中。

 

（二）沉积型  主要产于下寒武统黑色页岩中。黑色页岩系由黑色碳质页岩、黑色碳泥质硅质岩和黑色碳质硅岩组成。以含较高的有机碳为特征，含碳量一般为8%～12%。黑色岩系根据成分可细分为石煤层、磷块岩层、钒矿层和镍钼多元素富集层；通称为“石煤”。五氧化二钒在各层中含量相差悬殊，一般为0.13%～1.00%，低于0.50%者占60%（见表1）。钒矿层的岩性序列自下而上为：黑色碳质硅岩－黑色碳质粉砂质页岩－钒矿层－黑色碳质页岩。按不同元素组合，可分为含钒、钒钼、钒镍、钒镓、钒铀、钒钼铀、镍钼、镍钼钒和钒镉等类型。钒（钡）硅酸盐相是海盆中的粘土物吸收钒的产物，与开阔的浅海盆地环境有关；含矿层中的元素来源，既有来自大陆风化壳的陆源碎屑，也可能有热卤水或海底火山喷发物质（中国科学院地球化学研究所，1981）；钒的成矿作用开始于沉积阶段，但主要完成于成岩阶段（梁博益，1990）。

 

在目前技术经济条件下，碳质页岩含五氧化二钒达到0.80%～0.85%以上才具有开采利用价值。

 

黑色岩系中还含有Mo、Co、Ni、Cd、Ag和铂族金属等多种元素，因此这些“石煤”既是发热量低的劣质煤，又是一种低品位的多金属－贵金属矿石。

 

钒在黑色岩系中被碳质或粘土矿物所吸附，或呈单矿物（钒云母）形式存在。

 

（三）火山岩（玢岩）型  产于中－基性玢岩中，矿石以角砾状、脉状为特征。五氧化二钒含在磁铁矿和赤铁矿中。

 

三、典型矿区

 

（一）四川红格钒钛磁铁矿矿床 

 

位于四川市盐边县（原属会理县），离攀枝花市仅30km。曾称路枯钒钛磁铁矿矿床。分南、北两矿区，南矿区又分为铜山、马松林和路枯三个矿段。

 

钒钛磁铁矿矿体赋于海西早期基性－超基性岩体中，属晚期岩浆分异矿床。截止1991年底探明铁矿石储量26.7亿t。其中工业储量13.4亿t，二氧化钛储量3亿t，五氧化二钒储量647万t，V2O5品位0.25%。

 

含矿岩体依岩性和含矿性的差异，自上而下分为辉长岩、辉岩和橄辉岩三个含矿带及辉长岩中含矿层、辉长岩下含矿层、辉岩上含矿层、辉岩中下含矿层与橄辉岩五个含矿层。矿体主要赋存于辉岩的两个含矿层中，其次是橄辉岩含矿层。矿层产状与岩体产状一致。

 

矿石物质成分包括金属氧化物、硫砷化物及脉石矿物三大类。金属氧化物主要为钛磁铁矿、钛铁矿、钛铁晶石等，其次有镁铝尖晶石、钒磁赤铁矿、钙钛矿、锐钛矿、金红石、铬尖晶石等。硫砷化物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿等，次为硫钴矿、辉钴矿、紫硫镍铁矿、砷铂矿、毒砂等。脉石矿物主要为辉石、橄榄石、斜长石，次为角闪石、黑云母、磷灰石。蚀变矿物有绿泥石、蛇纹石与伊丁石等。

 

矿石主要为海绵陨铁结构与包含结构，浸染状构造、块状构造及斑杂状构造。从铁矿的角度看，本矿区是中贫矿，但铁矿储量巨大。

 

矿石除含铁、钛、钒外、还有钴、镍、铜、铬、锰、镓、硒、碲、铌、钽、磷、硫及铂族金属等。但品位都很低。

 

铁矿石经磁选扩大连续试验，可获得TFe49.7%～52%、回收率为72%～84%的钒铁精矿。铁（钒）精矿中V2O5品位：南矿区为0.52%～0.58%（平均为0.54%），北矿区为0.65～0.69%（平均为0.66）。回收率达70%以上。含Cr2O3 0.25%～1.19%，有79%的Cr2O3富集于钒铁精矿中、磁选尾矿还可获得二氧化钛、镍和钴。

 

（二）湖北白果园钒银矿床 

 

位于湖北省兴山县。构造上位于黄陵背斜的西北端。赋矿地层为震旦系陡山沱组顶部，岩性为黑色页状白云质泥岩夹泥质粉晶白云岩。矿体形态简单，呈层状与围岩整合产出。含矿层中同时有富钒层和富银层，间或在钒矿层中有似层状或透镜状的银矿体。矿体走向与地一致，倾角缓。矿石呈泥质结构，毫米级韵津构造。

 

钒主要含在含钒水云母中，未见钒的单独矿物。银主要含在黄铁矿中，也有含在辉硒银矿、辉银－螺状硫银矿、硒银矿及硫银锗矿的含硒变种中。矿石中含硒为0.005%～0.007%。

 

该矿床，目前已勘探完毕，尚未开采。

 

（三）河北大庙钒钛磁铁矿床 

 

在河北承德市。位于内蒙古地轴东端的宣化－承德－北票深断裂带上。基性－超基性岩侵入于前震旦纪地层中；由晚期含矿熔浆分异出的残余矿浆贯入构造裂隙而成矿。

 

50多个钛磁铁矿矿体呈透镜状、脉状或囊状产于斜长岩中或斜长岩接触部位的破碎带中，与围岩界线清楚；辉长岩中的矿体多呈浸染状或脉状，与围岩多呈渐变关系。矿体一般长10～360m，延深数十米至300m。矿石有致密块状和浸染状两类。矿石主要成分和钒的品位见下表2。

 

主要矿石矿物有磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿与金红石等。磁铁矿与钛铁矿呈固溶体分离结构。钒呈类质同象存在于钒钛磁铁矿中。矿石平均品位为0.16%～0.39%。铁精矿中V2O5为0.77%。

 

（四）甘肃方山口钒磷铀矿床 

 

这是一个大型的沉积钒矿。位于甘肃省敦煌县县城北124km。位于阴山－天山东西向复杂构造带之北山褶皱带西端。区内构造呈短轴背斜，背斜核部为蓟县系，两翼为寒武系。矿体呈透镜状、层状、似层状产于寒武系地层中，展布稳定，长100～300，厚1～2m。含钒矿体分为含钒碳质粘板岩和含钒碳质千枚岩两类。V2O5平均品位为0.826%。钒在各类矿物中的分配率：含钒云母为74.9%，含钒电气石为11.5%，含钒高岭石为18.2%，针铁矿、赤铁矿为4.1%，其他为1.3%。

 

该矿床既是大型钒矿，又是中型的磷矿和小型的铀矿：钒（金属量）125.87万t，磷矿石1628.21万t，铀（金属量）82.7t。

 

（五）湖北杨家堡钒矿床 

 

在湖北丹江口市。为下寒武统浅海（海湾）相沉积矿床。大地构造上位于扬子地台内。区内为杨家堡－唐家山倒转向斜的北翼，单斜构造由寒武系地层组成，向南倾斜，倾角15°～30°。寒武系地层为一套硅质－粉砂质建造，已变质为板岩。矿层位于下寒武统的中部（见下图），层位稳定，含矿层厚20～40m,工程控制矿层长5000m。

 

 

含矿层自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿层：Ⅰ矿层厚0.9～10m，为硅质岩－粉砂质板岩含矿，V2O5品位为0.7%～1.3%。Ⅱ矿层为主矿层，厚1.4～22.4m，为石煤、硅质岩含矿，V2O5品位0.8%～1.3%。Ⅲ矿层厚1～8m，为碳质板岩含矿，V2O5品位0.7%～1.3%。

 

主要矿石矿物有含钒水云母、钡钒云母、钙钒榴石、砷硫钒铜矿等。V2O5在单矿物中的含量及V2O5的分配率见下表。伴生有益组分有铜、镍、钼、钴、金、银、铂、钯、钇和铀等。钒在矿石中呈不同的赋存形态产出；其中50%的钒与伊利石结合，20%的钒含在钒云母、铬钒石榴子石中，其余30%分别有各半与有机质相结合及呈可溶性含钒盐被吸附（蔡晋强等，1993）。铀含量一般低于0.003%。

 

 

表3  我国部分地区石煤中钒的赋存状态

石煤产地	含钒矿物		矿石中所含矿物重量（%）	矿物中V2O5含量（%）	V2O5分配率（%）
湖北	有机质  沥表A			17.45	15
	硅铝酸盐类物	伊利石		7.00	50
		含钒云母		1.98	1
杨家堡	硅酸盐类矿物	钛钒石榴子石		16.00	16～18
		铬钒石榴子石		21.538
	硫化物类矿物	砷硫钒铜矿		6.59	2
		赭石		9.37
	水溶性盐类				2
	吸附态	钒阳离子			2
		钒铬阴离子			10
湖北 广石崖	含钒水云母		12.55	3.97	89.29
	碳  质		53.02		6.7
	石  英		17.16	0.006	2.1
	长  石		2.13
	霞长石、方解石、白云石		6.81	0.005	0.05
	黄铁矿		3.33	0.003	0.02
浙江诸暨	含钒云母		17.0	5.66	89.9
	含钒高岭石		12	6.5	7.4
	含钒石榴子石		0.5	3.6	1.7
浙江安仁	钒云母		1.0	12.85	16.4
	粘土		20.4	3.23	83.6
浙江塘坞	伊利石		41.2	3.34	100
浙江鸬鸟	破碎风化粉样	橙钒钙石	1	59.6	20.8
		钙钒榴石	0.5	24.86	4.5
		钒铁矿	2.9	49.5	50.3
		粘土	33.7	1.48	17.4
	块状石煤	钙钒榴石	2.1	24.86	57.7
		钒钛矿	1.0	33.66	37.1
		粘土	31.2	0.61	5.4
湖南岳阳	高岭石为主的硅铝酸盐				70
	游离氧化物				10～20
	碳质				少量
甘肃 方山口	含钒云母类矿物		10	5.5	79.6
	含钒高岭石		2	2.79	10.9
	含钒氧化铁矿物		6	0.48
	含钒电气石		1	8.42	9.5
江西皈大	钒云母		0.78	37.5	33.91
	含钒水白云母		8.53	4.41	43.52
	含钒钡水云母		17.01	0.65	12.85
	磷铝石		0.73	0.90	0.81
	褐铁矿		5.21	0.26	1.62
	石英		51.65	0.0075	0.46
	碳质		5.22	0.65	3.94
四川某地	粘土类矿物				52.38
	碳质				27.62
	硫化物				12.38
	硅酸盐类矿物				7.62

资料来源：王永双、李国良、我国石煤提钒及综合利用综述.钒铁.1993，9（4）：21～30。

 

    截止1974年底，累计探明V2O5储量为：C1级9.25万t，C2级33.24万t，C1＋C2级42.49万t。其中东区C1＋C2级18.93万t，V2O5平均品位0.902%；西区储量C2级23.56万t，V2O5平均品位：地表0.805%，深部0.833%。截止1991年累计探明储量为85.23万t，V2O5平均品位为0.84%；另有地质储量3.6万t。

 

    碱法水冶试验使矿石中钒的总回收率达60.5%～63%，产品达到国家二级品要求。目前该矿床为县办企业，碱法水冶土法生产。总回收率达25%～30%，年产1t左右。

 

    矿床已惧中型规模。钒矿层层位稳定，纵向和横向变化不大。区内寒武系下统地层分布广泛，皆为找诚征远景区，有望成为大型钒矿床。

 

  （六）凹山含钒磁铁矿矿床 

 

    位于马鞍山地区，是该区一系列产于火山岩（玢岩）的含钒磁铁矿矿床中的钒矿之一。含矿岩体为侏罗纪－白垩纪的火山－中基性侵入（次侵入）岩体。闪长岩岩体内的含钒矿体长700～900m，宽500m，垂深约400m，走向北东，倾角40°～65°矿石以角砾状、脉状为特征。围岩蚀变普通，金属矿物有磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿。脉石矿物有阳起石、石榴子石、磷灰石、石英与碳酸盐矿物。探明钒储量42.29万t，平均V2O5品位0.22%。

 

    长江中下游南京－马鞍山－当涂地区是我国火山岩－次火山岩（玢岩）型铁矿集中产出的地区，这里有大大小小20多个类似的铁矿，其中都含有一定量的钒；而由它们供应矿石的马鞍山钢铁厂也有一定的选冶钒的技术基础，钒的品位虽然低，但有条件予以综合利用。