我国铅锌矿床的共伴生矿综合勘查评价指标探讨

刘正军 周厚祥 赵亚辉 海俊杰 李成 张林
摘 要 本文从元素的地球化学亲和性着手,说明铅锌矿共伴生组分组合的基本特点。笔者结合若干综合勘查评价的典型矿床,介绍了我国铅锌矿床综合勘查评价的现状。在此基础上,在研究共生矿产综合勘查评价方法时,分共生矿产(分同体共生、异体共生)和伴生矿产研究,提出同體共生矿床应以综合工业指标代替单一指标的建议;对典型矿床的综合勘查评价伴生元素和采用的指标进行归纳、分析与综合,建议铅锌矿伴生元素的综合勘查评价指标以值域为宜,并提出具体综合勘查评价参考元素和指标建议。
关键词 铅锌、共伴生矿、综合勘查评价、规范、现状、指标
中图分类号:P624.6 文献标识码:A
Abstract: Starting from the geochemical affinity of the elements, the basic characteristics of the associated composition of lead-zinc deposits are explained. Based on some typical mineral deposits with comprehensive exploration and evaluation, the author introduces the present situation of comprehensive exploration and evaluation of lead-zinc deposits in China. On this basis, the study of symbiotic minerals (consubstantiality symbiosis, allogenic symbiosis) and associated minerals is studied in the study of the comprehensive exploration and evaluation method of symbiotic minerals. It is proposed that the consubstantiality symbiotic ore deposit should replace the single index with the comprehensive industrial index, and the associated elements of the comprehensive exploration and evaluation of the typical ore deposits and the indexes adopted are classified. It is suggested that the comprehensive exploration and evaluation index of the associated elements of lead-zinc mine should be on duty, and the specific reference elements and indicators for comprehensive exploration and evaluation are put forward.
Keywords: lead and zinc; symbiosis and associated mine; comprehensive exploration and evaluation; index
0 引言
中国铅锌矿资源丰富,储量居世界前列,主要集中在云南、内蒙古、广东、甘肃、湖南、四川、山西、青海、广西、福建等省(区)。我国独特的地质环境导致形成大量的复合性矿床,单一成分的矿产少,共、伴生矿产多。铅锌共伴生有铜、铁、硫、金、银、锡、锑、钼、钨、镉、铟、镓、锗、硒等元素,共计多达50多种。尤其是银,许多铅锌矿床实为铅锌银矿床或银铅锌矿床,其储量占全国银储量的60%以上[1]。在选采冶过程中综合回收银的产量,占全国银产量的70%~80%,共伴生金的储量和产量也相当可观[2]。
我国现行铅锌矿综合勘查评价主要依据规范——《矿产资源综合勘查评价规范GB/T 25283—2010》(以下简称《综合勘查规范》)和《铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范DZ/T 0214—2002》。而现在很多共伴生矿产综合利用技术手段日新月异,勘查新技术、新方法、新理论经过不断改进,原本无法综合利用的资源变得可以利用;加之社会发展和国家政策对矿产资源综合利用提出了更高的要求,原本不需要综合利用的资源,也因为国家资源战略和生态文明建设战略变得需要综合利用。综合勘查评价指标也需要及时跟进,进行进一步细化、规范化、标准化。加强对共伴生资源合理的综合勘查综合评价和综合利用,是我国加强矿产资源管理、资源节约利用和环境保护的必然趋势[3]。
因此,有必要研究我国铅锌矿床共伴生矿产资源赋存情况,查清其综合勘查评价现状,探讨评价元素及其评价指标,以便更准确、科学评价铅锌矿床的共伴生矿产资源。
1 铅锌矿床常见的共伴生矿产
元素的地球化学亲和性决定了元素共伴生结合规律,研究共伴生组分组合特点,可从矿物的主要元素的亲和性着手。铅锌元素具有亲硫性的地球化学特征,铅锌通常与硫元素结合形成PbS(方铅矿)和ZnS(闪锌矿),这也是铅锌矿最常见的两种矿物。
根据戈尔德施密特的分类,地壳中的元素在其特定的温度、压力和酸碱环境中,部分元素互相组合,形成了特定的共生结合规律。其中亲硫元素(亲铜元素)的金属离子具有8-18过渡型结构,与硫亲合力强,易于极化而与易极化的硫离子形成共价键,易熔于硫化铁熔体的元素。方铅矿和闪锌矿中,除了Pb和Zn元素,以S元素为主。而主要亲硫元素有Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、In、Tl、Ga、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Fe等。在300℃条件下,对硫亲和力最强的为Zn2+,依次降低的系列为:Zn2+>Mo4+>Sn2+>Fe2+>Pb2+>Cu+>Ni2+>Co2+>Fe4+>Sb3+>Hg2+(斯米尔诺夫,1985)。铅锌矿床常见的共伴生组分有:Cu、Co、Ni、Hg、Bi、W、Sn、Mo、Sb、Ag、Au、Cd、In、Tl、Ga、Ge、As、Se、Te、Fe等。铅锌矿床中的共伴生组分,几乎全部都是上述这些常见的亲硫元素[4]。
2 铅锌矿床综合勘查评价工作现状及相关讨论
我国铅锌矿床共伴生矿产资源的综合勘查评价工作参照规范执行,主要规范有《综合勘查评价规范》和《铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范DZ/T 0214—2002》,这两份规范中,铅锌矿各主要礦床类型共伴生矿产和铅锌矿伴生组分综合勘查评价最低品位参考指标等要求都基本一致,此处不再列举。
近十多年来,我国铅锌矿的勘查工作中,大部分都对铅锌矿的共伴生组分进行了综合勘查评价,勘查评价基本参照《综合勘查评价规范》,部分进行适当调整。笔者按照《综合勘查规范》中的矿床类型分类,选择大型及以上规模的代表性矿床,结合矿床共伴生矿种综合勘查评价的情况,每类型选取了1~4个大型矿床作为综合勘查评价的典型矿床[5],研究每个综合勘查评价典型矿床的共生矿产(分同体共生、异体共生)和伴生矿产的矿种、综合勘查评价指标、评价方法等方面的内容。
2.1 同体共生矿产综合勘查评价现状及讨论
2.1.1 综合勘查评价现状
根据本次研究的典型矿床同体共生矿综合勘查评价情况表(表 1),同体共生矿产的评价指标大部分采用共生矿产的原勘查规范进行评价,也有个别特例,如湖南桃林矿床,综合勘查评价萤石采用的是综合工业指标。
2.1.2 综合勘查评价方法和指标讨论
因同体共生矿产资源通常可以一同开采、综合利用,综合开采时所需成本较分别开采要少得多,这种有同体共生矿的综合性矿床中,除有一种或几种主要组分外,还有各种可供综合开发利用的共生矿石、矿物或元素,它们在地质、技术、经济方面都是紧密联系不可分割的,应进行整体研究,综合圈定和计算储量。这种情况下,建议采用综合工业品位指标取代单一品位指标。而现今的矿床进行勘查评价时,仅个别矿山综合考虑主矿种和共生矿种的关系,制定了综合工业指标。共生矿产评价的综合工业指标,在《综合勘查评价规范》附录R中提出了计算公式。
例如桃林铅锌矿,矿区为综合性的铅锌萤石综合矿体。在后期储量圈定和估算时,以铅为主组分,锌和萤石作为共生组分评价,矿区采用2007年湖南省国土资源厅下达的新工业指标估算资源储量,新工业指标内容为:①边界品位:综合铅当量1.2%,②矿体最小圈出厚度2 m,③夹石最小圈出厚度8 m。锌和萤石全部换算成铅当量进行评价,不单独设立工业指标。综合铅当量的计算公式为:综合铅当量(%)=铅品位+锌品位乘系数0.573+萤石品位乘系数0.057。此项指标从1986年1月1日起,经长沙公司(85)中色长生字第072号文批准[6]。
2.2 异体共生矿产综合勘查评价现状及讨论
2.2.1 综合勘查评价现状
铅锌矿床的异体共生矿产(表 2),进行综合勘查评价时,主要有两种情况。第一种,若主矿种的矿体与共生矿种的矿体在平面上不在同一位置,其评价指标基本上互相不影响或影响较小,评价指标采用各自的规范。如湖南宝山铅锌矿、兰坪金顶的铅锌和石膏矿。第二种,若主矿种矿体和共生矿产的矿体在平面上重叠,产出关系呈现上下重叠、平行排列,则主矿种与共生矿产的工业指标应是互相有一定影响的,勘查工程布置也会因此发生变化。鉴于此类实例极少,本文未开展相关研究,不予讨论。
2.2.2 综合勘查评价方法和指标探讨
对于以上介绍的一种情况,笔者认为,评价指标基本上互相不影响或影响较小,评价指标采用各自的规范是合理的。湖南宝山铅锌矿中异体共生的Cu、Mo的边界品位分别为0.3%和0.04%,工业品位分别为0.5%和0.08%,铜矿工业指标都取工业指标一般要求的上限值,钼矿工业指标高于一般要求(边界品位0.03%,工业品位0.06%),显然其工业指标的选取未综合考虑铅锌矿产共生的影响而降低。对于第二种情况,他们在开采技术条件和经济因素等方面互相影响,笔者以为,两个矿种的工业指标可适当降低,但本次并未找到相关典型矿山进行例证。
另外,本次研究的典型矿床中,在湖南宝山铅锌矿中发现上部铅锌矿体,下部铅锌铜钼矿体,勘查过程中,并未适当调整各矿种的品位指标和勘查工程间距,但会综合考虑控制程度,对控制不够的异体共生矿产资源储量级别予以降级处理。
2.3 伴生矿产综合勘查评价现状及讨论
2.3.1 综合勘查评价现状
经总结,现有矿山的伴生矿产进行综合勘查评价,评价方式大体有以下三种情况:
第一种,严格按照规范,评价规范中指出的可能存在的元素,按照规范中的参考指标。采用此种方式评价矿床共伴生组分的典型矿床有:
云南会泽矿山厂伴生Ag、Ge、Cd;湖南宝山伴生S、Au、Cd;甘肃厂坝伴生S、Tl、Ag、Cd(另有伴生Ga、Ge、In后文讨论);广西泗顶伴生Cd、S、Ag;广西拉么伴生Sn、S、Ag、As、Cd;湖南黄沙坪伴生Ag、Cu、S;湖南水口山(康家湾)伴生Au、Ag、S、Cu、Cd、As、Ga、Ge、Te、In、Tl。湖南东坡伴生F(CaF2)、Au、Cu、S、In、As、Bi;甘肃白银厂小铁山伴生S、Au、Ag、Cd、Tl;青海锡铁山伴生Au、Ag、S、Cd、Sn、In、Ga、Cu、As;湖南桃林伴生Cu、Ag。
第二种,参照规范中指出的可能存在的参照指标,适当进行调整,包括适当调整评价指标(升高或降低)和不设置指标限制。不设置伴生矿产的指标限制的作法,是在勘查阶段对其品位进行测定后,根据实际品位估算伴生矿产资源量,按照有多少算多少的原则估算,对于此类伴生矿产的综合勘查评价,笔者认为实际上是将指标降低为0的作法,实是大大降低了规范中的评价指标。采用第二种方式评价矿床共伴生组分的典型矿床有:
广东凡口[7]伴生Cu、Sb、Bi、Hg、Au、Ag、Ga、Ge、Cd、In,甘肃厂坝部分矿产伴生Ga、Ge、In,云南兰坪金顶[8]伴生Ag、Cd、Sr、Tl、S进行综合勘查评价时,都未设置指标,按照实际品位进行资源量估算,有多少算多少;甘肃白银厂小铁山[9]In的评价指标为0.0005,Se的评价指标为0.0015;湖南桃林同体共生萤石CaF2进行综合勘查评价时,采用的是计算综合工业品位的方法,而伴生Ga、V进行综合勘查评价时,未设置指标,有多少算多少。
第三种,规范并未给出综合勘查评价的参照指标。如伴生钴的评价指标尚无统一规定,而德尔尼铅锌矿床、江西七宝山铅锌铁钴矿床、甘肃白银厂小铁山,矽卡岩型矿床、砂砾岩型矿床中,均有共伴生Co的存在。一般选冶性能好的矿石,含钴品位大于0.01%。钴精矿的品位0.2%便有价值,如果金属矿床规模大、矿石综合回收效果好。
另外,有部分矿床评价的有害元素,并未在《综合勘查规范》中提出,如甘肃厂坝有害元素Sb;湖南黄沙坪有害元素Mn、P、Ca、SiO2;湖南东坡有害元素Mn、P、Ca、SiO2;甘肃白银厂有害元素Sb、Co。
2.3.2 综合勘查评价指标探讨
从铅锌矿床的伴生组分综合评价现状来看,多数是直接利用相应规范提供的参考指标。但存在不合理的现象:第一、评价组分确定不全面,如伴生钴的评价尚无统一规定;第二、有些矿种规范中确定伴生矿产的综合评价指标偏高,如伴生硫,有些矿床评价时确定的综合评价指标偏高,有时可达到或超过该矿种的边界品位甚至接近一般最低工业品位的要求。二者均不利于减排增效。第三、环境政策对综合指标确定提出了新要求。有些对人居环境影响严重的伴生组分,如镉、汞、砷、铊等的指标,不利于减排防污。第四、对伴生组份综合评价指标的应用差别大。有些严格按照主矿种规范要求,有些依据矿石质量和选冶工艺进行了调整,有些不考虑指标要求,采取有多少算多少的简单办法,如铟、镓、锗、硒等。
基于目前对伴生指标的研究,无法判断对伴生矿产的综合勘查评价指标进行的调整是否更合理,因此,本文更倾向于将指标设置成值域更为合理(周厚祥、刘正军等,2017),也更符合目前规范指标的主流作法,因此本文建议此类伴生矿产的指标修改为值域。
基于以上讨论,笔者主要对以下几个伴生矿产的指标进行讨论:
In、Ga和Ge:广东凡口和甘肃厂坝等矿床在对In、Ga、Ge进行综合勘查评价时,均未设置指标,湖南桃林评价Ga也未设置指标,而甘肃厂坝中Ga、Ge的实际平均品位分别为0.000726%、0.000084%,甘肃白银厂小铁山的Ge实际平均品位为0.00065%,低于评价指标0.001%;甘肃白银厂小铁山铅锌矿床中的In采用的指标为0.0005%。建议适当降低指标,建议伴生In、Ga和Ge规范指标均0.001%改成0.0005%~0.001%。
Se:甘肃白银厂小铁山铅锌矿中评价Se所采用指标为0.0015%,建议伴生硒矿规范指标0.001%改成0.001%~0.0015%。
S:部分礦山对S的综合利用较普遍,且利用的品位较低,已达到2%,而云南兰坪金顶实际估算S资源量时并未设置指标限制,有多少就估算多少,因此,建议伴生硫矿规范指标4%改成2%~4%。
F(CaF2):萤石在铅锌矿中普遍伴生,且由于其价格稳定趋高,在铅锌开采中的经济意义较大,加强回收可以增加经济效益,还可以减少氟污染。建议伴生萤石矿规范指标由5%改为2%~5%。
第三种,规范并未给出综合勘查评价的参照指标。如伴生钴的评价指标尚无统一规定。钴精矿的品位0.2%便有价值,如果金属矿床规模大、矿石综合回收效果好。建议增加铅锌矿床伴生组分Co的评价指标,指标参照铜、金、硫铁矿中伴生Co的指标——0.01%,暂定为0.01%。
另外,根据环境保护部发布的公告 2012年 第18号“铅锌冶炼工业污染防治技术政策”中的“二、清洁生产:(一)为防范环境风险,对每一批矿物原料均应进行全成分分析,严格控制原料中汞、砷、镉、铊、铍等有害元素含量。……(四)应提高铅锌冶炼各工序中铅、汞、砷、镉、铊、铍和硫等元素的回收率,最大限度地减少排放量。”严格控制有害元素汞、砷、镉、铊、铍的含量,提高其回收率。因此,综合考虑环境保护的因素和部分矿床对Cd、Tl进行综合勘查评价时不设置指标的作法,建议适当降低部分元素的综合勘查评价指标:Cd:0.01%改成0.005%~0.01%;Hg:0.005%改成0.003%~0.005%;Tl:0.001%改为0.0005%~0.001%;As:0.2%改为0.1%~0.2%。
3 综合勘查评价建议
3.1 铅锌矿床的共伴生矿产
通过上文分析、讨论,认为同体共生矿产资源进行综合勘查评价时,建议采用综合工业品位指标取代单一品位指标。建议主要铅锌矿床各类型可能存在的共伴生矿产需要新增,具体建议见表3。
3.2 铅锌矿伴生组分的综合勘查评价指标
通过对每种伴生元素的综合勘查评价现状进行整理、研究,提出铅锌矿伴生组分综合勘查评价最低品位参考指标建议,建议其中S、Cd、In、Ga、Ge、Se、As、Hg、Tl、CaF2等伴生组分的综合勘查评价指标由固定的单一指标,改成范围值指标,具体见表 4。
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