钪冶金
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2.3 钪资源分布

全世界钪的储量约为200万吨,拥有钪资源较多的国家依次为中国、美国和俄罗斯。我国钪的储量约为65.7万吨,占世界储量的32.5%。

2.3.1 世界钪资源

目前,全世界的钪90%~95%赋存于铝土矿、磷块岩及铁钛矿中,少部分在铀、钍、钨和稀土矿石中。钪主要分布在俄罗斯、塔吉克斯坦、美国、马达加斯加和南非等国家。

已有资料表明,含钪矿床分为内生矿床和外生矿床两大类。其中,内生矿床包括基性超基性岩型、花岗伟晶岩型以及气成热液型;外生矿床包括沉积型砂矿床、风化淋滤沉积型以及沉积吸附型(表2.4)。

表2.4 含钪矿床的分类

其中,重要的伴生钪矿床类型可分为以下六类:沉积型铀(Sc)矿床、铝土(Sc)矿床和磷块岩(Sc)矿床;风化淋滤型磷酸盐岩(Sc)矿床;碱性-超基性岩型(Sc)矿床、稀土、稀有(Sc)矿床;伟晶岩型铍、铌(Sc)矿床;碳酸盐岩型铌(Sc)矿床;热液型铀(Sc)、钨、锡、钼(Sc)矿床。

2.3.1.1 东欧国家的钪资源

科拉半岛和俄罗斯地区是钪资源的重要分布区,科拉半岛希宾碱性杂岩磷矿床的磷灰石中,Sc2O3含量为16×10-6,整个矿床钪储量达1.6万吨;与碱性-超基性岩有关的风化淋滤型稀土(Sc)磷酸盐矿石(Sc-Ta-Y-Nb)中,Sc2O3含量高达1300×10-6

俄罗斯地区北部托姆托尔的稀有金属(Nb、Ta、Y、Sc)矿床,矿石类型复杂,包括内生稀有金属矿石、残余风化壳型矿石和再沉积风化壳型矿石,后两者属于风化壳淋滤型磷酸盐岩(Sc)矿床,Sc2O3平均含量为650×10-6,最高达1400×10-6

北乌拉尔和乌克兰地区与超基性岩有关的铁钛矿石和辉石岩中亦含有较高的钪含量。人们系统地研究了各种类型伴生钪矿床后发现,沉积型铝土矿矿床、与碱性-超基性岩有关的风化淋滤型稀有、稀土磷酸盐岩(Sc)矿床以及某些铁钛(Sc)矿床是钪的主要来源。

2.3.1.2 北美洲的钪资源

美国同样是钪资源丰富的国家。在科罗拉多高原的含铀砂岩矿床中,Sc2O3含量为100×10-6;新墨西哥州安布罗斯湖区沉积型铀矿床中,Sc2O3含量为15×10-6;犹他州含磷酸盐泥质页岩矿床中,Sc2O3含量为(10~500)×10-6;Fairfield含磷铝石矿床中,Sc2O3含量为(300~1500)×10-6,其中的水磷钪石和磷铝锶石,已作为提取钪的原料加以开采。

加拿大安大略省铀矿床和魁北克奥卡碳酸盐型铌矿床的岩石中,Sc2O3含量为(25~103)×10-6

2.3.1.3 其他地区的钪资源

马达加斯加、挪威的钪资源主要集中在富含钪钇石的花岗伟晶岩中。希腊的帕尔纳斯-基欧纳沉积型铝土矿虽然钪含量仅为19×10-6,但矿床规模很大。南非的维特互特斯兰德含铀石英砾岩具有较高的钪含量,其中钛铀矿中Sc2O3含量为(60~100)×10-6。澳大利亚的雷山热液铀钛磁铁矿中,Sc2O3含量达3000×10-6,可实现铀、钍和钪的共同回收。

2.3.2 我国钪资源

我国是钪资源非常丰富的国家,含钪矿产储量巨大,其中包括铝土矿、磷块岩矿、华南斑岩型和石英脉型钨矿、华南稀土矿、内蒙古白云鄂博稀土铁矿和四川攀枝花钒钛磁铁矿等。其中,铝土矿和磷块岩矿优势明显,其次是钨矿、钒钛磁铁矿、稀土矿和稀土铁矿等。我国主要含钪矿物与分布见表2.5。

表2.5 我国主要含钪矿物与分布

2.3.2.1 铝土矿和磷块岩矿

我国铝土矿和磷块岩矿十分丰富,估计二者合计钪的储量为29万吨,占总储量的51%。其他类型含钪矿床的钪储量约为26万吨。我国华北地区(主要包括山东、河南和山西)和扬子地区西缘(主要包括云南、贵州和四川)是我国铝土矿和磷矿(包括风化淋滤型磷矿)十分丰富的地区。华北地区铝土矿的Sc2O3含量为(110~150)×10-6,华南地区铝土矿的Sc2O3含量为(66~100)×10-6,西南地区铝土矿的Sc2O3含量为(40~80)×10-6,贵州林夕铝土矿的Sc2O3含量为(41~75)×10-6,广西平果铝土矿的Sc2O3含量为75×10-6

上述资料表明,我国铝土矿的Sc2O3含量是世界铝土矿钪平均含量(按Sc2O3为38×10-6计算)的2~5倍。

目前,关于磷矿的钪资料甚少,贵州开阳磷矿、瓮福磷矿、织金新华磷矿磷块岩的Sc2O3含量为(10~25)×10-6

(1)黔中铝土矿的钪资源 黔中铝土矿及伴生的硬质黏土岩的主要化学成分列于表2.6和表2.7,二者均含有较丰富的Sc2O3和稀土元素。黔中铝土矿及伴生的硬质黏土岩的总的分布特点是:铝土矿含Sc2O3和稀土的量大于硬质黏土岩,在小山坝和乌栗矿区尤为明显(表2.8);矿区之间钪和稀土含量有一定差异,小山坝和麦格两矿区含稀土高;稀土含量比Sc2O3含量波动大;铝土矿中稀土和Sc2O3有一定的相关性,相关系数为0.693,而硬质黏土岩不存在这种相关性。

表2.6 黔中铝土矿的主要化学成分、Sc2O3和稀土含量

表2.7 黔中硬质黏土岩的主要化学成分、钪和稀土含量

表2.8 铝土矿和硬质黏土岩的钪和稀土含量对比

(2)重庆南川-武隆铝土矿的钪资源 重庆南川-武隆铝土矿属于渝南-黔北铝土矿成矿带,为喀斯特型铝土矿床。经过X射线衍射分析仪、矿物自动分析仪和扫描电子显微镜等对矿床矿物学的研究,发现组成铝土矿的主要矿物为一水硬铝石、高岭石、绿泥石,次要矿物为伊利石、一水软铝石、三水铝石、鲕绿泥石、菱铁矿、赤铁矿、针铁矿、黄铁矿、锐钛矿、金红石、磷灰石、石英、锆石、方解石和长石等;铝土矿是稀土元素和稀散元素的重要来源,其中,钪含量为(18.6~79.4)×10-6,平均为36.68×10-6,镓含量为(24.6~146)×10-6,平均为67.55×10-6。重庆南川-武隆铝土矿中矿物组成见表2.9。

表2.9 重庆南川-武隆铝土矿中矿物组成

主量元素和微量元素的XRF和ICP-MS技术分析结果见表2.10。

表2.10 重庆南川-武隆铝土矿主量元素、微量元素和稀土元素组成

重庆南川-武隆铝土矿属于渝南-黔北铝土矿成矿带的北部(图2.1),目前已发现1个大型铝土矿床和5个中型铝土矿床。

图2.1 重庆南川-武隆铝土矿分布

1—石炭系含矿岩系沉积区;2—二叠系含矿岩系沉积区;3—石炭系非含矿岩系沉积区;4—未沉积区;5—无矿带发育区;6—铝土矿床

2.3.2.2 稀土矿

(1)内蒙古白云鄂博稀土矿 白云鄂博矿是世界罕见的大型稀土元素共生的综合矿床,显著富集的元素有铁、铌、铈、镨、钕、铕、钇、钪、氟、钠、碳、钙、镁、钡和磷等,形成独立矿物而存在的元素有铁、稀土、铌、钛、锰、钙和镁等。白云鄂博矿现已发现175种矿物和71种元素,具有综合利用价值的元素有26种。

白云鄂博矿含有丰富的钪资源,各类矿石中都不同程度地含有钪,是一个巨大的伴生钪矿床。经过几十年的研究,铁、稀土和铌相继得到开发和利用,但对钪的综合回收研究刚刚起步,相关文献资料还在完善中。

钪在白云鄂博矿的各类矿石和岩石中普遍存在,矿床中的铁矿物、稀土矿物及其他脉石矿物普遍含有钪。研究发现,稀土矿和硅酸盐矿钪含量相对较高。

矿区内岩石中Sc2O3平均含量为50×10-6,矿区内矿石的Sc2O3含量为(40~160)×10-6,单矿物的Sc2O3含量一般为(100~450)×10-6,个别单矿物高达2000×10-6。如果钪品位按平均100×10-6计算,白云鄂博矿中钪储量在14万吨以上。

钪在白云鄂博矿床中分布有以下特点。

①几乎所有的矿物中都不同程度地含有钪,但是没有独立的工业矿物存在。

②铌铁金红石钪含量较高,但矿床中该矿物含量极少。

③矿床中的稀土矿和硅酸盐矿钪含量相对较高。

(2)华南地区的风化壳淋积型稀土矿 20世纪70年代,在我国华南地区发现了储量巨大的离子吸附型稀土矿。离子吸附型稀土矿属于风化壳矿床,主要矿物为石英、长石、高岭土和云母等,稀土主要以离子形式赋存在高岭土等黏土矿物上。

但长期以来,华南地区离子吸附型稀土矿中的钪资源一直被忽略。研究发现,有些风化壳淋积型稀土矿中的伴生钪矿床的Sc2O3含量为(20~50)×10-6,而独立钪矿床中Sc2O3含量大于50×10-6

2.3.2.3 钛铁矿

攀枝花钒钛磁铁矿是我国大型的钒钛铁矿床,其超镁铁岩和镁铁岩的Sc2O3含量为(13~40)×10-6。对于钒钛磁铁矿中钪的赋存状态研究表明,钛普通辉石、钛铁矿、钛磁铁矿是钪的主要载体矿物。攀枝花钒钛磁铁矿中矿石的化学成分见表2.11,原矿中Sc2O3含量为0.0039%。

表2.11 矿石的化学成分

(1)攀枝花钒钛磁铁矿的矿物组成 经过对原矿进行光学显微镜、粉晶X射线衍射和电子探针分析表明,矿石的矿物组成以铁、钛氧化物和硅酸盐矿物为主,尚有少量硫化物。

主要金属氧化物为钛磁铁矿、钛铁矿、钛铁晶石和镁尖晶石,另有少量磁赤铁矿、褐铁矿、针铁矿等。

硫化物以磁黄铁矿为主,同时有少量黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、钴镍黄铁矿和硫钴矿等。

硅酸盐矿物以钛普通辉石、斜长石为主,其次为绿泥石、蛇纹石、橄榄石、钛角闪石、绢云母、伊丁石、高岭石、葡萄石、龙息石、透闪石、绿帘石、磷灰石和方解石等。

用磁力分选、重砂分离等手段,对矿石中的主要矿物钛磁铁矿、钛铁矿、钛普通辉石、斜长石及硫化物(以磁黄铁矿为主),分别提取了单矿物,并结合显微镜定量分析获得矿石中主要矿物的含量,见表2.12。

表2.12 矿石中主要矿物的含量

(2)攀枝花钒钛磁铁矿中钪的赋存状态 单矿物的化学分析认为,钛普通辉石、钛铁矿和钛磁铁矿是钪的主要载体矿物,斜长石和硫化物中含有微量钪。

①钪分布在钛普通辉石、钛铁矿和钛磁铁矿中的分配率分别为65.92%、14.88%和16.95%。斜长石和硫化物中钪的分配率分别为1.96%和0.29%。

②钪为亲石元素,亲氧性强,在周期表中虽位于第四周期铁族之首,但亲铁性弱,同时也不形成S、Se或Te化合物,缺乏亲铜性。在自然界中钪恒为+3价。

③岩浆作用中钪的地球化学行为,主要与铁、铝、锆及稀土等元素相关,间接地受SiO2含量的影响。由于钪在岩浆中的低含量,同时钪与Fe2+和Mg2+的晶体化学性质的近似性,促使它在岩浆岩中广泛分散,在岩浆作用的基本阶段不形成独立矿物,而多赋存于暗色造岩矿物中。

在岩浆作用后期,因钪能进入的矿物数量不多,故使钪堆积于残余熔液及气成热液中。这里钪一方面表现为痕量元素存在于各种副矿物中,同时也发生某些富集,个别场合下还可形成钪的独立矿物。

从岩浆演化的早期到晚期,总的趋势是钪的绝对量下降,但相对来说,钪在岩浆作用的早期阶段主要是分散的,而在晚期有明显的富集。攀枝花钒钛磁铁矿属于早期岩浆矿床,矿体产于基性辉长岩体中。

(3)攀枝花钒钛磁铁矿中钪的晶体化学 Sc3+与矿物中其他离子的相互替代首先要满足离子半径相近、电价总和平衡及化学键性相近等基本条件,此外,能量条件和热力学条件对类质同象替代也有很大影响。

由钪及有关元素的晶体化学参数可知,Sc3+与Fe2+、Mg2+的离子半径最为接近。已知,,而。从离子半径的大小来看,Sc3+最易于与Fe2+和Mg2+发生类质同象替代。

Sc3+半径大于Fe3+半径但与Fe2+半径相近,同时,Sc3+电荷数与Fe3+相同而高于Fe2+。所以,Sc3+的极化力应高于Fe2+而低于Fe3+。因此,Sc3+更容易替代晶格中的Fe2+,难以替代Fe3+。从离子极化因素考虑,有利于Sc3+替代Mg2+、Ca2+,而不利于替代Ti4+和Al3+。Sc3+的离子电位和能量系数高于Fe2+、Mg2+,低于Fe3+、Al3+和Ti4+

对比钪与其他元素的电离势和电负性,Sc3+的碱度比Fe2+、Mg2+和Ca2+弱,而较Fe3+、Al3+和Ti4+强。钪的晶体化学性质与Fe2+、Mg2+最为接近,Sc3+与Fe2+、Mg2+间的类质同象替代最易进行。单矿物的化学分析结果表明,钛普通辉石、钛铁矿、钛磁铁矿是钪的主要载体矿物。

(4)钛普通辉石中钪的赋存状态 钛普通辉石是钪的最主要的载体矿物。对钛普通辉石进行多点离子探针分析表明,钪不存在局部富集,而呈现均匀分布。钪的离子图像与铁的离子图像形貌相近,以此判断钪在钛普通辉石中是以类质同象形式存在的,且与铁关系密切。

根据单矿物分析资料,计算出钛普通辉石的晶体化学式为:

钛普通辉石为链状基型,属于C2/C型结构。辉石链是由硅(包括部分铝)氧四面体共两个顶角构成直线型单链,每个重复单位有四个活性氧。活性氧有两种指向,大致成直角。

链与链之间通过活性氧与阳离子相连接,阳离子在结构中有两种位置MⅠ和MⅡ。由上述钛普通辉石的晶体化学式可知,MⅠ位主要为Mg、Fe2+所占据,Ti、Fe3+、Al和Mn等为六次配位,呈较规则的MⅠ—O八面体。

MⅡ位主要为Ca所占据,其余Mg、K和Na为八次配位,呈不规则的MⅡ—O配位多面体。四面体位主要为Si所占据,部分Si被Al所替代。成分中Fe2+、Mg2+以类质同象替代形式存在。

由钛普通辉石的成分及结构特点可知,该矿物的成分和结构都比较复杂,晶格中存在着广泛的类质同象替代,有利于钪进入晶格。根据钪的晶体化学性质,Sc3+与Fe2+、Mg2+的类质同象替代最易进行,而Fe2+及大部分Mg占据MⅠ位置,所以Sc3+应主要以类质同象方式替代占据MⅠ位置的Fe2+和Mg2+。同时,Se3+半径与Fe2+更为接近,应优先置换晶格中的Fe2+

电价平衡可通过Al3+替代Si4+实现,类质同象置换关系可表示为:

(5)钛铁矿中钪的赋存状态 钛铁矿是钪的主要载体矿物之一,离子探针分析结果表明,钪在钛铁矿中同样没有局部富集,呈均匀分布,钛铁矿中的钪也以类质同象方式赋存。根据钛铁矿的单矿物化学分析资料计算,钛铁矿的晶体化学式为:

钛铁矿属于简单配位基型,三方晶系。晶体结构与刚玉类似,特点是O2-作六方最紧密堆积,堆积层垂直于三次轴,Fe2+、Ti4+相同排列呈六次配位充填于由O2-所组成的八面体空隙数的2/3。[FeO6]和[TiO6]八面体以共棱、共顶角和共面方式相互连接形成菱面体晶胞。由钛铁矿的晶体化学式可知,结构中的Fe2+部分被Mg2+、Ca2+、Fe3+、Mn2+所替代,Ti4+部分被Fe3+和Al3+所替代。

由以上钛铁矿的成分和结构特点及钪的晶体化学特性,Sc3+能够以异价类质同象方式替代钛铁矿中的Fe2+、Mg2+,电价平衡依靠Fe3+、Al3+替代Ti4+实现。类质同象置换关系可表示为:

(6)钛磁铁矿中的钪赋存状态 离子探针分析结果表明,钪在钛磁铁矿中呈不均匀分布状态,其分布特征与Mg、Ti和Al的分布特征相似,而与Fe的分布特征有一定的差异。Mg、Ti和Al在钛磁铁矿中的分布的不均匀与钛磁铁矿中的镁尖晶石、钛铁晶石和钛铁矿出熔物有关。

磁铁矿的单矿物分析结果表明,除主量元素Fe外,尚有较高的TiO2、Al2O3和MgO等。Mg和Al主要赋存于镁尖晶石中,少量呈类质同象置换磁铁矿中的Mg和Al的离子图像显示出不均匀的分布特征。

钛磁铁矿中Sc2O3含量为18×10-6,钪在其中的富集不显著,而钛铁矿中的Sc2O3含量达到61×10-6。离子探针分析结果显示,镁尖晶石和钛铁晶石中的钪的浓度较磁铁矿中高,说明钪在磁铁矿中的产出是困难的。这主要是由于磁铁矿的结构和成分所决定的。

磁铁矿属于立方晶系,具有反尖晶石结构。根据钪的晶体化学性质,在尖晶石矿物中,Sc3+应优先替代离子半径相近并占据四面体位的Fe2+、Mg2+等离子。因此,与磁铁矿相比,Sc3+更易于进入具有正尖晶石结构的镁尖晶石和钛铁晶石中,导致镁尖晶石和钛铁晶石中钪的浓度高于磁铁矿。

分析发现,钛磁铁矿中钒含量很高,分配率达95.45%。这说明钒在钛磁铁矿中发生了相对富集。钒在钛磁铁矿中是以补偿类质同象的方式赋存:

由氧化物结构的四面体和八面体配位体中过渡金属离子的晶体场稳定性可知,Sc3+、Cr3+比Ti4+优先进入磁铁矿晶格并占据八面体位,以替代Fe3+、V3+在钛磁铁矿中的富集,一方面限制了Ti4+Fe3+,同时也使异价置换Sc3+Fe2+的电价平衡变得困难。

2.3.2.4 钨矿和锰矿

我国的锰矿资源伴生钪品位可达到180×10-6,钪主要以离子吸附形式不均匀地赋存于锰矿物中。

华南斑岩型和石英脉型钨矿具有较高的钪含量,黑钨矿的Sc2O3含量为(78~377)×10-6,最高含量达到1000×10-6

在通常情况下,将钨矿溶解于碱性溶液中形成钨酸盐,杂质钙、铁、锰等形成沉淀,钪会富集在加工钨矿生成的残渣中。

广西贫锰矿中,钪含量在181×10-6左右,钪以离子吸附形式赋存于锰矿物中。目前,国内主要利用钛、锰矿物作为提取钪的原料,其他含钪物料,包括镁铝矿、铁废料、工业赤泥、钨矿、锡矿和铀矿等正逐步被开发利用。

2.3.2.5 铀矿

据统计,世界上含钪的铀矿石约有6亿吨,钪含量为0.0001%~0.001%,每年在铀矿石加工过程中有50~500tSc2O3,但回收量极少。分析发现,褐钇钽矿含Sc2O30.02%,钛铈铁矿含0.02%,黑稀金矿含0.075%,钇铀烧绿石含0.08%~0.2%。

2.3.2.6 近年来我国新的含钪资源

(1)云南牟定二台坡特大型钪矿 2010年,中国国土资源网报道,云南省有色地质局首次发现特大型钪矿床。矿区位于牟定县城,牟定二台坡基性超基性岩体原是一个低品位小型铁矿床,储量1006.3万吨,TFe平均品位9.14%。伴生Pt391.11kg,平均品位0.034g/t;氧化钪(Sc2O3)资源量750t,Sc2O3平均品位66.08g/t,规模已达到特大型矿床要求。

二台坡基性超基性岩体位于元谋绿汁江基性超基性岩带南段,隶属川滇新裂谷带,形成于晚二叠世,与攀枝花岩体年龄接近,多呈陡倾岩墙及岩盆侵位于中元古界龙川群变质岩系中。

分析未见岩石中Sc的独立矿物,Sc主要以类质同象的形式分布于单斜辉石、角闪石、斜锆石和锆石中,其在各种矿物中的含量变化较大。所以基性超基性岩体赋存的独立钪矿体具有较大研究意义。

二台坡岩体中的钪主要赋存于磁铁辉石岩和橄榄辉石岩,总体来看,与攀枝花铁矿石中Sc的赋存状态类似,但钪含量高于攀枝花铁矿石。

①二台坡岩体地质 其走向西北55°,长轴长360m,宽100~300m。平面上似梨形。磁测圈定面积0.151km2。岩体总体向东南侧伏,侧伏角30°~40°,微向东北倾斜。岩体边沿倾角陡,中下部倾角相对较缓,立体不规则喇叭状岩盆产出,具明显的岩相分带。从下到上由超基性—基性—碱性演化,即橄榄辉石岩—磁铁辉石岩—辉长岩—正长辉长岩—二长辉长岩,各带间均为过渡接触,互不穿插。磁铁矿及伴生组分氧化钪、钛和铂产于磁铁辉石岩带、橄榄辉石岩带中。

磁铁矿体产于岩体边沿或中下部,有两个赋存于磁铁辉石岩、橄榄辉石岩带中。矿体产状与岩相分带或围岩的接触面产状相一致。

1号矿体位于磁铁辉石岩上部与辉长岩接触带附近,粗粒结构,块状构造,磁性强且均匀。矿体长280m,宽45~310m,厚12~23m。TFe7.88%~17.41%,平均13.72%;伴生Pt0.0043~0.23g/t,平均0.047g/t;伴生Sc2O3平均63.24g/t。

2号矿体位于下部细粒磁铁辉石岩及橄榄辉石岩中。磁铁矿化弱,磁性弱且不均匀。矿体长280m,宽45~330m,厚12~97m。TFe6.01%~10.67%,平均8.28%;伴生Pt 0.0042~0.52g/t;伴生Sc2O3平均66.71g/t。

3号矿体位于岩体东南闪长岩中,细粒结构,致密块状构造,显不均匀弱磁性。矿体长80m,宽40~70m,厚30m。TFe9.06%~13.14%;伴生Pt0.0067~0.029g/t;伴生Sc2O3 30.17~57.6g/t,平均43.89g/t。

钪是二台坡岩体中最重要的伴生元素,各类岩石都含Sc2O3,含量为4.73~79.97g/t。

②二台坡岩体钪的富集规律 选择1号矿体样品(TFe13.4%)和2号矿体样品(TFe 8.17%),分析二者的Sc2O3含量分别为55.2g/t和67.8g/t,平均含量为61.5g/t。又选择矿体中夹石(TFe<7%),Sc2O3含量为60.3~79.97g/t,平均72.67g/t。

显然,矿体中夹石的钪含量远高于铁矿体,这说明Sc2O3的矿化范围已经超过铁矿体本身,涵盖了整个磁铁辉石岩相带及橄榄辉石岩相带。

磁铁辉石岩和橄榄辉石岩中TFe与Sc2O3均呈反消长关系,即TFe品位相对较高,则Sc2O3含量相对较低,而TFe品位相对较低者,Sc2O3含量相对较高。矿体中夹石更明显,但Sc2O3与Pt没有对应关系(表2.13)。二台坡稀土及钪的分析统计见表2.14。

表2.13 磁铁辉石岩和橄榄辉石岩Sc2O3组合分析

表2.14 二台坡稀土及钪的分析统计

无论是基本分析还是组合分析,磁铁辉石岩和橄榄辉石岩中Sc2O3含量基本一致,远高于二长辉长岩和辉长岩。原因是二长辉长岩和辉长岩的K2O+Na2O含量高于8%,碱性环境不利于Sc2O3的富集。

Sc2O3在垂向上是由磁铁辉石岩向橄榄辉石岩变富的趋势,横向上是由地表(岩体边部)向深部(岩体中心)变富的趋势。

矿石经磁选后,铁精矿含Sc2O3平均值分别为10.83g/t、24.2g/t,而尾矿含Sc2O3平均值分别为61.13g/t、74.1g/t,说明Sc2O3主要富集在尾矿中。尾矿是提取Sc2O3的主要对象。

单矿物分析结果表明,Sc2O3富集于暗色硅酸盐矿物中,钛普通辉石含Sc2O393.6~112g/t,钛磁铁矿含Sc2O316.9~21.5g/t,黑云母平均含Sc2O316.6g/t。

二台坡各矿物中同时存在稀土和Sc2O3,Sc2O3与稀土元素含量呈反消长关系。

③二台坡岩体矿床成因 根据二台坡岩体、磁铁矿体综合研究分析,矿体位于特定的相带中,即磁铁矿体产于岩体边部或中下部的磁铁辉石和橄榄辉石岩带中。

矿石中金属矿物包括:氧化物矿(磁铁矿、钛磁铁矿和钛铁矿);少量硫化物矿(黄铁矿和微量黄铜矿);伴生元素(均未见单矿物出现,钪、铂和钯)。

磁铁矿、钛磁铁矿、钛铁矿、钪及铂、钯与橄榄石、辉石同是岩浆早期结晶分异、熔离的产物,矿床应属于岩浆早期矿床。

④二台坡岩体矿钪的含量 二台坡岩体中钪主要赋存于磁铁辉石岩、橄榄辉石岩中,总体来看,与攀枝花铁矿石中Sc的赋存状态类似,但钪含量高于攀枝花铁矿石(表2.15)。

表2.15 Sc在各种主要矿物中的分配率

Sc主要以类质同象的形式分布于单斜辉石、角闪石、斜锆石和锆石中,Sc在各种矿物中的含量变化较大(表2.16)。

表2.16 二台坡岩体及围岩部分样品的钪含量

注:数据(Ⅰ)由北京矿业研究总院测定;数据(Ⅱ)由中国地质科学院地球物理化学勘察研究所测定。

(2)云南大型独立钪矿床 2010年6月,中国国土资源网报道,云南省有色地质局首次发现两个大型独立钪矿床,估算钪资源量可达到726t,Sc2O3的含量为1×10-6,达到大型独立钪矿规模。预计此矿床远景资源量将超过5000t,潜在经济价值达数百亿元。

(3)浙江浙西地区超大型钪多金属矿床 2011年3月,浙江省浙西地区发现一个超大型钪多金属矿床,其中每吨矿石含钪14g左右,初步探明钪资源量超过70t,价值约为700亿元。同时发现,钪多金属矿约含银800t,含铅、锌13万吨,含镉3000t。此外,还伴有中型规模的锡、镓和铼共生矿床,其中约含锡7000t、镓400t和铼5.5t。

(4)辽宁鞍山群含铁岩系钪的潜力分析 2011年对鞍山群含铁岩进行详查时,对那些低品位磁铁矿、夹层及黄铁矿化较强的围岩岩芯进行了钪元素取样测试,取样617件,钻孔10个。结果表明,钪元素最低含量为10~15g/t,一般为20~30g/t,最高在50g/t以上。

目前,鞍山地区累计探明铁矿储量达127.33亿吨以上,加上围岩及夹层的量可达200亿吨以上。分析钪元素的617件样品的测试结果发现,铁矿石及围岩中均具有一定的含量,甚至围岩中的品位比铁矿石中的品位还要高一些,钪元素平均品位为20g/t。按此估算,鞍山地区钪潜在资源量达40万吨。

(5)甘肃发现三处独立的大型钪矿井 由甘肃省地质调查院提交的钪矿矿产勘查成果通过专家的评审验收。此次勘查共发现酒泉市境内的孙家岭、黑山梁、延龙山三处独立钪矿,现已探明资源量丰富,达到大型至超大型标准。在新发现的三处钪矿中,仅孙家岭钪矿一处,经过地表初步评价和少量钻探控制验证,探明储量在94t以上,圈出钪矿(化)体51条。

由于钪在地壳中丰度很低,且大多伴生于铝土矿、磷矿、叶蜡石矿和钛磁铁矿等矿产中,使得生产成本高,回收利用难度大,所以此次勘查发现的大型至超大型独立钪矿在国内十分罕见。