菱鐵礦礦床鐵帽的特征及其與硫化物礦床鐵帽的區(qū)別

1.研究的意義和主要矛盾世界上絕大多數(shù)的菱鐵礦礦床都有褐鐵礦鐵帽發(fā)育，它們中的絕大多數(shù)是通過(guò)鐵帽露頭逐漸發(fā)現(xiàn)原生菱鐵礦床的。由于菱鐵礦床氧化后形成的鐵帽和由硫化物礦床氧化后形成的鐵帽在礦物成分和礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造上頗為相似。特別當(dāng)有些菱鐵礦礦床也伴生有一些硫化物礦物如黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦之類(lèi)時(shí)，這類(lèi)礦石氧化后形成的鐵帽和硫化物礦床氧化后形成的鐵帽就更難區(qū)別。我國(guó)湖北黃梅菱鐵礦和貴州觀音山菱鐵礦的發(fā)現(xiàn)過(guò)程延長(zhǎng)了幾十年，主要原因就在于一直以為是硫化物的鐵帽所致。因此，如何快速評(píng)價(jià)菱鐵礦礦床的鐵帽，是一個(gè)值得深入研究的課題，而其主要矛盾應(yīng)在于它和硫化物礦床鐵帽的區(qū)別。2.菱鐵礦礦床的鐵帽普遍含錳高從三種類(lèi)型鐵帽、褐鐵礦多元素分析結(jié)果（見(jiàn)表5.2、表5.3和表5.4），對(duì)比M⁃欄和S⁃欄、O⁃欄的數(shù)據(jù)可見(jiàn)：MnO的含量，菱鐵礦礦床的鐵帽明顯地而且大大地超過(guò)硫化物礦床和氧化鐵礦床的鐵帽。將三種類(lèi)型鐵帽褐鐵礦含錳情況按遞降順序繪如圖5.3，可發(fā)現(xiàn)菱鐵礦礦床鐵帽除個(gè)別外，含MnO均大于0.5%，而在另兩類(lèi)鐵帽中，含MnO大于或等于0.5%的只是極少數(shù)。為了論證菱鐵礦石含錳高的普遍性，曾收集國(guó)內(nèi)外主要菱鐵礦礦床礦石的含錳資料，國(guó)內(nèi)26個(gè)菱鐵礦礦床礦石含MnO為0.50%～11.86%，平均含量為2.71%（見(jiàn)表5.6），國(guó)外22個(gè)著名的菱鐵礦礦床菱鐵礦石含 MnO 為0.64%～6.80%，平均含量為1.99%（見(jiàn)表5.7）。這些資料充分說(shuō)明了菱鐵礦石含錳高是普遍的規(guī)律。3.菱鐵礦石中的錳主要賦存在菱鐵礦中為了確定菱鐵礦石含錳高與菱鐵礦的關(guān)系，需要查清錳在菱鐵礦石中的賦存狀態(tài)。而關(guān)鍵在于取得大量的菱鐵礦單礦物，然而，由于碳酸鹽礦物的各項(xiàng)物理性質(zhì)極為相似，單礦物的純度幾乎無(wú)法保證，為使能合理地說(shuō)明問(wèn)題，研究了用物相分析方法從較富的原生菱鐵礦石中直接測(cè)定菱鐵礦單礦物的化學(xué)組成，并對(duì)我國(guó)12個(gè)省、自治區(qū)的21個(gè)菱鐵礦礦床產(chǎn)出的菱鐵礦進(jìn)行了單礦物化學(xué)組成的測(cè)定，結(jié)果列于表5.8。該結(jié)果肯定了菱鐵礦中普遍存在類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)的錳，根據(jù)21個(gè)菱鐵礦的統(tǒng)計(jì)，單礦物含MnO為1.36%～16.61%，平均含量為2.70%。充分說(shuō)明菱鐵礦石中的錳主要以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)賦存在菱鐵礦中。4.菱鐵礦氧化后的元素遷移規(guī)律菱鐵礦礦床的鐵帽褐鐵礦是原生菱鐵礦石經(jīng)長(zhǎng)期氧化作用的產(chǎn)物。要從今天的鐵帽褐鐵礦中鑒別它是否系菱鐵礦被氧化而成，就必須查清菱鐵礦在表生條件下被氧化過(guò)程的元素遷移規(guī)律為此，搜尋并選擇了幾處基本上未經(jīng)淋失的褐鐵礦⁃菱鐵礦石。一個(gè)采自陜西大西溝菱鐵礦（沉積成因），一個(gè)采自山東萊蕪姜家峪菱鐵礦（中、低溫?zé)嵋撼梢颍?，礦石均成致密塊狀。前者一端呈紅褐色（氧化礦石），一端呈青灰色（原生礦石），后者兩側(cè)呈深赭色（氧化礦石），中間呈米黃色（原生礦石），對(duì)原生和氧化部分分別切取并加工研細(xì)后作鐵和錳的化學(xué)物相分析，結(jié)果列于表5.9。圖5.3 三種類(lèi)型鐵帽褐鐵礦的錳含量分布圖從表5.9結(jié)果可見(jiàn)，菱鐵礦在被氧化后，幾乎定量地轉(zhuǎn)變?yōu)楹骤F礦，菱鐵礦中以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)存在的錳則幾乎是定量地轉(zhuǎn)變?yōu)楹骤F礦中類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)的錳。錳在現(xiàn)代地表?xiàng)l件下的遷移、沉積規(guī)律，可從兩方面分析：一是菱鐵礦中以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)存在的錳，當(dāng)鐵被氧化為褐鐵礦時(shí)，它也同時(shí)被氧化為三價(jià)狀態(tài)進(jìn)入褐鐵礦，其空間分布基本不變，即轉(zhuǎn)而以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)賦存在褐鐵礦中，使錳保留在原地；另一是由于弱酸性地表水的淋濾，使菱鐵礦溶解，F(xiàn)e2+與Mn2+均形成重碳酸鹽絡(luò)離子狀態(tài)遷移，引起錳的流失。流失的鐵和錳，由于 Fe2+比 Mn2+易于氧化和 Fe（OH）3沉淀的pH 比Mn（OH）2的要低得多，在遷移過(guò)程中，在通常的地表?xiàng)l件下，F(xiàn)e（OH）3將先于 Mn（OH）2析出沉淀，從而形成鐵錳分開(kāi)，繼續(xù)遷移的Mn2+終將被氧化而沉積為高價(jià)錳的水化物并逐漸轉(zhuǎn)化為高價(jià)錳的獨(dú)立礦物欽錳礦（MnO2），這是現(xiàn)代地表?xiàng)l件下Mn2+離子遷移的主要?dú)w宿。表5.6 國(guó)內(nèi)菱鐵礦礦床的原生礦石化學(xué)組成續(xù)表表5.7 國(guó)外主要菱鐵礦礦床的礦石化學(xué)組成（wB/%）5.錳主要呈類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)賦存在褐鐵礦中是菱鐵礦礦床鐵帽的重要特征菱鐵礦礦床的原積鐵帽含錳較高，且錳主要呈類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)賦存在褐鐵礦中，該特征有可能用來(lái)區(qū)別硫化物礦床被氧化后形成的鐵帽，但必須查明某些含錳也較高的硫化物礦床的鐵帽中錳的賦存狀態(tài)。能形成鐵帽的一些原生硫化物礦物中，有兩種情況含鐵和錳均較高：一種是錳礦物與硫化物共生，一種是硫化物礦物本身含有較高的錳。前一種情況下，氧化后形成的鐵帽中錳自然主要呈獨(dú)立礦物，后一種情況如含鐵錳閃鋅礦〔（Zn、Fe、Mn）S〕，其鐵和錳均可以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)存在。但是，硫化物礦床的表生地球化學(xué)表明，當(dāng)閃鋅礦被氧化時(shí)，硫被氧化成 ，形成酸性環(huán)境。這時(shí)Zn2+、Fe2+和Mn2+均將呈離子狀態(tài)遷移。遷移的結(jié)果，一如前述，鐵和錳將形成先后沉淀，錳則最終轉(zhuǎn)化為高價(jià)錳的獨(dú)立礦物。根據(jù)上述元素演化規(guī)律分析，設(shè)計(jì)了鐵帽褐鐵礦中錳的物相分析方法，可測(cè)定碳酸鹽錳、褐鐵礦類(lèi)質(zhì)同象錳和高價(jià)錳的獨(dú)立礦物三相。見(jiàn)第一章第十七節(jié)錳的物相分析。表5.8 若干菱鐵礦礦床的菱鐵礦單礦物化學(xué)組成表5.9 菱鐵⁃褐鐵礦礦石分別切取時(shí)測(cè)得鐵和錳的物相分析結(jié)果6.已知成因鐵帽的檢查驗(yàn)證曾經(jīng)取鐵帽褐鐵礦中確屬原積褐鐵礦含MnO大于或等于0.4%的21個(gè)礦樣（其中菱鐵礦礦床鐵帽12個(gè)，硫化物礦床鐵帽4個(gè)，氧化物礦床鐵帽褐鐵礦5個(gè)）進(jìn)行了錳的化學(xué)物相分析，結(jié)果列于表5.10。表5.10 原積鐵帽褐鐵礦中錳的物相分析結(jié)果從表5.10結(jié)果可見(jiàn)12個(gè)菱鐵礦礦床鐵帽樣本，錳呈褐鐵礦中類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)的占有率為48%～88%，而4個(gè)硫化物礦床鐵帽中，錳呈高價(jià)錳獨(dú)立礦物存在的占有率為52%～92%，5個(gè)氧化物鐵帽褐鐵礦，除非洲尼日爾沉積鐵礦外，錳的賦存狀態(tài)規(guī)律同硫化物礦床鐵帽。將褐鐵礦中類(lèi)質(zhì)同象錳對(duì)總錳占有率按遞降順序作圖（圖5.4），可見(jiàn)，除非洲尼日爾沉積鐵礦外，全部菱鐵礦礦床的鐵帽均落在褐鐵礦中類(lèi)質(zhì)同象錳占有率48%之上。而硫化物礦床和氧化物礦床鐵帽的褐鐵礦中類(lèi)質(zhì)同象錳占有率則在50%以下。而高價(jià)錳獨(dú)立礦物狀態(tài)錳的占有率均在50%以上。應(yīng)該指出，一些元古宇老地層中產(chǎn)出的菱鐵礦床的鐵帽，由于地質(zhì)年代已經(jīng)很久了，鐵帽大多有所遷移而使其中錳的賦存狀態(tài)具有遷積鐵帽褐鐵礦的特征，這在評(píng)價(jià)中應(yīng)予以注意。圖5.4 三種類(lèi)型鐵帽褐鐵礦中與鐵結(jié)合錳占有率圖7.小結(jié)菱鐵礦礦床鐵帽的一個(gè)重要特征是含MnO大于或等于0.5%，而且錳主要（≥45%）呈褐鐵礦中類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)存在，這也是它與硫化物礦床鐵帽和氧化物礦床鐵帽的重要區(qū)別。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。