控制桂西堆积型铝土矿品质优劣因素探究

摘要：广西对堆积型铝土矿的勘查已进行了许多年，许多地质工作者运用各种理论和方法，对堆积型铝土矿矿床地质特征、矿石物质组分、矿化富集规律、控矿因素及成矿模式进行了详细研究。根据多年的铝土矿工作经验，本文主要对控制桂西堆积型铝土矿品质优劣的主要因素进行探讨。

关键词：沉积型铝土矿；堆积型铝土矿；岩层倾角；地形地貌

1.矿区地质概况

1.1区域地质

桂西堆积型铝土矿成矿带位于华南加里东时褶皱系右江印支褶皱带靖西一田东隆起区，处亚热带季风气候。该隆起区是右江盆地的水下隆起区，晚古生代至早三叠世长期处于浅水台地环境，沉积了厚达6000多米的碳酸盐岩建造。早二叠世末经东吴运动上升为陆地，遭受风化剥蚀，晚二叠世又逐渐下沉，使上二叠统与下伏茅口阶呈平行不整合接触，在不整合面上形成了层状沉积型铝土矿层。早三叠世逐步发展为深水、半深水相盆地，形成一套类复理石、复理石沉积。印支运动使本地区隆起，进入了大陆边缘活动带陆相盆地发展的新阶段，新生代地壳运动处于相对平静时期，以总体抬升为特点。

1.2区域地层

桂西地区地层出露有寒武系上统、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、第三系、第四系。

1.3区域构造

桂西区内褶皱、断裂构造发育，构造较为复杂。褶皱构造控制着矿床的分布，褶皱构造较为平缓、宽阔，以NW向最为发育，次为NE向。断裂构造按走向大致分为三组，以NW向为主，次为NE向、EW向。NW向断层遍布桂西地区，大多数为正断层，少数为逆断层，其中右江大断裂规模最大，长度达500km。NE向断层发育晚于NW向断层，并切割、错断了NW向断层。

1.4岩浆岩

桂西地区内岩浆活动较弱，以中三叠世及二叠世小规模海底火山喷发为主，主要岩性有火山凝灰岩及闪长玢岩。

2.沉积型铝土矿的形成

桂西地区于早二叠世末经东吴运动上升为陆地，茅口阶灰岩经过长时间的风化溶蚀，已准平原化，形成红土风化壳。地壳中遭受风化剥蚀物中的铁、铝和硅等物质在酸的作用下形成胶体溶液，悬浮于水中，随河水流向最低处一大海，部分则停留于滨海泻湖中，由于pH的改变、Eh的不同、异性电解质的中和、海水中的氯化镁、氯化钠、氯化钾对微细粒子的凝结作用，加之沉积的基底为茅口阶的石灰岩（碳酸氢钙凝结剂的来源），使得大量析出铁铝硅钛并絮凝沉淀成矿。首先是部分二氧化硅的析出，在底部形成一层薄的泥岩，然后沉淀硫铁矿及部分铝，形成铁铝层；随着稍加深，半封闭的泻转为弱还原环境，出现菱铁矿，铝铁质凝聚成假豆鲕状因重力作用而沉淀至湖底成矿；尔后海侵扩大，沉积了浅海相的灰岩、燧石灰岩。

1958年广西的质局四三九队开展对沉积型铝土矿普查，由于沉积型铝土矿中含较高的有害物质硫和其它杂质，到目前止暂难以利用。

3.堆积型铝土矿的形成

在存在沉积型铝土矿的区域中，背斜构造的形成，为堆积型铝土矿的形成创造了条件。背斜构造中由于轴部地层拱起，地层受到挤压破碎，处于亚热带季风气候使得较多的降雨，雨水、地表水的易于渗透，促使化学风化作用的进行。由于沉积型铝土矿层上部地层是性脆、易溶蚀的碳酸盐岩石，仅在矿层顶部有一层厚度不太大的炭质页岩及煤线，所以矿层顶部岩层比较容易风化剥蚀掉，而耐风化的矿层地表。由于沉积型铝土矿层底层富含黄铁矿，在氧气、地表水双重作用下，黄铁矿氧化成强酸溶液，这些溶液沿矿层破碎裂隙渗滤，一方面溶蚀矿石内的部分硅质及其它杂质呈液态流走；另一方面对矿层下部的茅口阶灰岩溶蚀、溶解作用。所以，黄铁矿的氧化不仅促使原生矿的去硅作用，同时对矿层下部灰岩溶洞的形成也起促进的作用。这样的化学风化作用地质年代中的进行，位于矿层底部的灰岩很快形成大小不等的溶洞。而富含C02的水溶液也对茅口阶灰岩进行碳酸化作用，产生易溶于水的重碳酸钙随水流走，对灰岩也起溶蚀作用。由于溶洞的形成，支撑原生矿层的作用力不存在，铝土矿石就往灰岩洞内坠落。随着地表的剥蚀，形成了如今分布在灰岩溶蚀凹地和坡地中的堆积铝土矿。

堆积型铝土矿初期，堆积矿体中由铝土矿、褐铁矿、铝土矿岩和铁铝质粘土组成的风化残余物，这些风化残余物在其后的氧化条件下进入红土化作用过程。化学上不稳定的碳酸盐岩被溶解，其残余物就地或异地堆积并逐渐泥化；化学上稳定，即难以溶解的铝土矿、褐铁矿等矿物则就地保存或就近再堆积在相对低洼地带，从而成为现今所见的高铝、高铁岩溶型堆积铝土矿矿层。

1974年，广西冶金地质勘探公司二七队首次以堆积型铝土矿为对象开展调查工作，揭开了堆积型铝土矿的勘查序幕。

4.影响堆积型铝土矿品质的因素

在桂西地区各地分布的堆积型铝土矿床，其矿石品质是不一样的，有些矿体与矿体的矿石品位相差也很大，即使同一背斜中各矿体由于分布位置不同其品位也有较大的差别。矿体中矿石的品质与沉积型铝土矿在崩塌前被淋滤程度有很大关系，淋滤得彻底，堆积型铝土矿的矿源――改造后的沉积型铝土矿（又称残积矿）则品位很高；淋滤程度低，则改造后的沉积型铝土矿其品质改变不大，有些甚至达不到最低工业品位而致非矿。现在生产单位都己对改造得好的沉积型铝土矿在一定深度进行开采冶炼。

沉积型铝土矿底部的黄铁矿的在水和氧作用下发生氧化反应，产生腐蚀性很强的硫酸溶液，因黄铁矿底部为粘土岩，起阻隔作用，硫酸溶液主要向沉积型铝土矿扩散，由于沉积型铝土矿矿石结构致密，开始时发生溶蚀作用也只在靠近黄铁矿一侧的沉积型铝土矿的表面，部分硫、磷、钙、镁、硅等物质流失后，沉积型铝土矿该表面就会形成微小的空隙，空隙的形成，使硫酸溶液利于与未被溶蚀的铝土矿石内部接触，促使铝土矿石内部溶蚀作用的发生，溶蚀作用周而复始，铝土矿石形成许多的微小孔洞；而铝土矿石内部的裂隙更加快了硫酸溶液的到达而更快地在矿石的其它部位发生溶蚀作用，直至底部的碳酸盐灰岩因溶蚀形成溶洞而崩塌，硫酸溶液对沉积型铝土矿起溶蚀作用的主要阶段停止。这就是沉积铝土矿石的淋滤过程。淋滤过程的时间越长，淋滤作用越彻底，硫、磷、钙、镁、硅等物质流失越多，甚至部分铝、铁也溶蚀流走，孔洞的空隙就越大，矿石结构越疏松，硬度更低，目视可见溶蚀针孔，锤击易碎；时间短，淋滤作用不彻底，孔洞空隙就小，矿石结构紧密，硬度高，目视无孔隙。

在每一次大气降水中，随着水的开始渗入至流失蒸发，沉积型铝土矿矿石内部水溶液的硫酸溶液浓度会有由低至高这一过程，随着大气降水的不断渗入，水溶液中的硫酸溶液浓度开始是低的，其溶蚀作用较低，大气降水停止后，随着水溶液停止补充和蒸发，水溶液中的硫酸浓度随之升高，其溶蚀作用增强，随着水溶液完全流失和蒸发，其溶蚀作用也停止。在下一次降水中，由于水的流动和冲刷，水将上次降水后溶蚀产生的残留物带走，露出沉积铝土矿石新鲜面，等到硫酸溶液浓度升高到一定浓度，其溶蚀又开始了。这一过程周而复始，沉积型铝土矿石淋滤得是否理想至少要满足两个条件：①富含二氧化碳和氧的水与沉积型铝土矿石及其底部的黄铁矿接触必须是“接触-停止-接触-停止”不断循环；②流水与沉积型铝土矿石接触时要有一定的压力。桂西地区为亚热带季风气候，适合条件①，条件②即要求沉积型铝土矿发生淋滤的位置必须距潜水面位置有一定高度并在降水过程中有一定的水量汇聚至该处。

4.1岩层倾角

沉积型铝土矿所处位置的岩层倾角，是影响堆积型铝土矿品质的主要因素。

（1）岩层倾角不同，在相同的高度内水溶液所通过的路程不一样，如表1。由于矿石结构密集矿石中必须溶蚀一部分杂质后才能向内部或其它方向溶蚀，因此路程越长，在路程内全部溶蚀到则需更多的时间，如图（a）和（c），倾角为60°的沉积型铝土矿与倾角为10°的沉积型铝土矿相比，图内沉积型铝土矿石全部溶蚀到位的话，图（c）明显比图（a）要快，在相同的时间内图（c）的淋滤得较彻底，因此岩层倾角越大，矿石淋滤得越彻底。

岩层倾角不同，沉积型铝土矿跨度不一样，岩层倾角越小其跨度越大，底部的灰岩溶蚀造成沉积型铝土矿坍塌就越容易，坍塌后，由于起淋滤作用的前提条件的物质一水很快往低洼处流走，其起淋滤作用的主要阶段所起的作用就非常小了。

（2）岩层倾角不同，水形成的内部压力和流速不一样。水经地表渗入，流经己溶蚀的矿石部位再通过裂隙流走，将已溶蚀出来的杂质一起带走。在己溶蚀的杂质中，干涸后凝结的物质需要水流有一定的冲刷力才能将其带走。岩层倾角越大，水流的阻力越小，流速则快，冲刷力则强；岩层倾角越小，水流的阻力越大，流速则慢，冲刷力则弱。

据4个矿区的综合统计，除少量品位特高和特低的工程外，绝大多数工程的矿石品位与岩层倾角的关系如表2。

从表2中可看到，岩层倾角由小到大，矿体中铝土矿石三氧化二铝含量和铝硅比有由低到高的趋势，其中有的变化较大是受到地形地貌等其它因素影响较大。

对矿区内露出地表的沉积型铝土矿矿石采样检测结果显示，岩层倾角陡，矿石品质则高，高出很多其对应的堆积型铝土矿矿体的平均水平；岩层倾角缓，矿石品质则低，其对应的堆积型铝土矿矿体的品质也很差，岩层倾角低于10°的基本达不到边界品位。

4.2地形地貌

沉积型铝土矿所处位置的地形地貌，也是影响堆积型铝土矿品质的主要因素。

沉积型铝土矿石要产生淋滤，必须要有富含二氧化碳和氧气的水接触，并且接触必须是“接触-停止-接触-停止”不断循环，这就要求沉积型铝土矿的位置必须高于潜水面一定的高度；稍高于潜水面的话，由于虹吸作用，沉积型铝土矿则时时保持湿润，硫酸浓度不够高，无法溶蚀矿石中的杂质，潜水面下则更谈不上硫酸浓度了。

没有与水接触，沉积型铝土矿底部就不会产生硫酸，就不会对矿石中杂质的溶蚀，也就是矿石无法淋滤。因此沉积型铝土矿所处的位置在大气降水时必须有水汇过来，为了使矿石中的硫酸浓度升高，降水过后不能有水一直补充；在大气降水水汇过来时，必须有一定的水量，形成一定的压力，有利于冲刷带走上次溶蚀留下的杂质。

5.结论

（1）坍塌前沉积型铝土矿所处位置的岩层倾角是控制桂西堆积铝土矿品质的主要因素，倾角越陡，矿石品质越好。

（2）地形地貌也是控制桂西堆积型铝土矿的品质因素之一，影响表现在水存在于沉积型铝土矿中的过程。

参考文献

[1]万兵，周文宣，杨承格.广西上二迭统底部沉积铝土矿物源探讨.有色地质动态，1989（6）.

收稿日期：2013-4-19

作者简介：陈业余（1966-），男，大专，矿产资源勘查工程师，现从事矿产资源勘查工作。