一、 钾盐矿床时空分布及成矿规律 (一) 矿床时空分布
钾盐矿床是蒸发岩矿床的一种,它经常和其他盐类矿床共生在一起,如石膏、芒硝、石盐等。已知世界从古生代到现代都有蒸发岩沉积,最老的钾盐产于寒武纪,泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、第三纪以至第四纪各个地质时代均有钾盐矿床形成。 我国钾盐成矿时代主要为第四纪、白垩纪和三叠纪。其代表矿床有: 1)碎屑岩系型钾盐矿床——云南勐野井白垩纪钾盐矿床。该矿地处藏滇印支地槽褶皱带,位于兰坪-思茅盆地的东南部,是白垩纪成盐期的产物。思茅拗陷东西两侧为红河、澜沧江深大断裂夹持,向北与兰坪拗陷邻接,向南延出国境,为老挝的万象盆地和泰国的呵叻盆地。 矿床含盐系底板是红色为主的碎屑岩。钾盐层顶底板及夹层都是红色为主的碎屑岩。属于碎屑岩型钾盐矿床。钾盐层底部与硬砂岩呈假整合接触。主要矿物为岩盐、钾石盐、硬石膏、光卤石,并富集有Br、Li等微量元素。 2)盐湖型钾盐矿床——察尔汗盐湖钾镁盐矿床,是一个现代内陆盐湖,形成于晚更新世-全新世的成盐期。这一大型钾盐矿床是在柴达木盆地演化和成盐作用发育过程中,存在有利于钾迁移、富集的地质和水文地质条件而形成的。柴达木盆地已探明的富钾盐湖,还有东台吉乃尔、西台吉乃尔、一里坪、尕斯库勒、大浪滩、昆特依、马海、大小柴旦等诸多盐湖,它们的形成与察尔汗盐湖有着密切的联系。 柴达木盆地自更新世以来,随着青藏高原的总体上升,一直处在沉降中,第四纪初成为规模巨大的古湖。湖水面积可达20×104 km2,长期积累了包括钾在内的大量盐类组分,经过蒸发和浓缩,成盐作用是在闭流盆地中发育和演化。受新构造运动的影响,古湖的沉降中心屡经变迁,最初在盆地的西部茫崖大浪滩一带,尔后向东北方向转移,到晚更新世移向盆地的东南,即现在察尔汗盐湖。中早更新世末期的新构造运动,使柴达木古湖被分割瓦解。察尔汗盐湖是盆地中第四纪以来的沉降中心,湖盆面积大,又是盆地中地势最洼的地区,因而继承和积累柴达木古湖的盐类总量也最大。 (二)盐湖型钾盐的成矿规律 1钾盐盆地的形成
钾盐的沉积一般在盐类矿物的后期,但盐类沉积的盆地到钾盐沉积阶段已发生变化。这时卤水浓缩很大,体积已浓缩到原水体的1%~15%,原来的盆地已为早先沉积的石盐基本填满,残余卤水则大部分渗入早期沉积的固相岩中,成为晶间卤水。钾盐盆地除少数形成于原来石盐盆地外,大多数则需重新形成,残余卤水及晶间卤水再汇入这个盆地中,蒸发形成钾盐矿床。
2钾物质来源
作为海相盐化的钾物质来源,是大洋水蒸发结晶后期阶段的产物。内陆盐湖的钾来源于残留卤水、结晶岩、火山活动、古钾盐矿床及油田水和深层地下卤水。 3钾盐盆地中钾的富集 首先,成盐成钾卤水在正常封闭的盆地中,蒸发作用使盐类物质按溶解度而先后沉积。剖面上成为一个旋回性构造,钾盐分布在中上部和顶部;平面上则由盆地边缘到中心,按溶解度从小到大排列:碳酸盐-硫酸盐-石盐-钾盐。 其次,在钾盐盆地中,尤其内陆盆地,卤水迁移对富集钾盐十分有利,因为当卤水迁移时较不容易溶的一些盐类先后在迁移途中沉淀,给剩下易溶的钾镁盐沉淀创造了条件。如察尔汗现代钾盐湖,卤水迁移过程中,湖周围就有较多可溶盐类沉积,它们主要是碳酸盐、硫酸盐、氯化钠,并按溶解度由小到大有规律地分散于迁移途中,最后剩下的卤水钾镁含量很高,给形成钾盐矿床创造了有利条件。 第三,当石盐晶间或层间的卤水回流入钾盐盆地时,其运移过程中晶间卤水或层间卤水便可选择性溶解石盐岩中的钾镁盐或浸染状的钾盐,使卤水变富。如在青海现代钾盐湖中,在湖水水位较高,也是盆内卤水浓度较淡的时候,卤水渗入到石盐岩中,对其中的钾镁盐进行选择性溶解,由于蒸发作用湖水位下降使晶间卤水回流入低凹处,这种回流的卤水很快便形成光卤石,说明经过这个过程卤水富集了钾镁盐。 综上所述,钾盐矿床的形成,必须具备成钾的盆地、高浓度的卤水和持续蒸发的条件。 二、 矿 床 类 型
可溶性钾盐矿床分类有以下几种分法。 (1)按成矿时代划分,可分为第四纪以前形成的古代钾盐矿床(包括中新生代陆相碎屑岩型钾盐矿床)和第四纪形成的现代钾盐矿床(盐湖型钾盐矿床); (2)按赋存状态可分为固体层状矿床和液体矿床。 (3)按矿石化学组成划分可分为: 1)氯化物型矿床:察尔汗盐湖钾镁盐矿床和勐野井钾盐矿床均属此类型; 2)硫酸盐型:大浪滩钾盐矿床属此类型; 3)混合型矿床:既有氯化物又有硫酸盐的矿床; 4)硝酸盐型:新疆鄯善地区的钾硝石矿属此类型。 (4)按矿床成因分类:可分为海相成因、陆相成因和深层卤水补给三种类型。 三、 典 型 矿 床 (一) 云南江城勐野井钾盐矿床
勐野井钾盐矿床系古代固体钾盐矿床。氯化物型陆相沉积。物质来源也有深成卤水沿深大断裂补给的可能。含矿层为下第三系勐野井组。 矿区出露地层,自下而上有:白垩系中统(K2)、白垩系上统(K3)、下第三系(E)、上第三系(N)。 下第三系自下而上划分为勐野井组、等黑组和勐腊组。勐野井组(古新统E1m)下段为主含盐层,地表为棕红色、杂色泥砾岩,夹少量泥质粉砂岩、粉砂岩,深部为各种类型的石盐岩夹粉砂岩、钾盐岩。厚度9~682 m。上部棕红色泥岩、粉砂岩,普遍含石膏。厚度10~224 m。等黑组(始新统-渐新统E2~3d)以紫红色粉砂岩、泥岩为主,厚169 m。勐腊组(渐新统E3ml)为红色砾岩、砂砾岩,夹砂岩、粉砂岩,厚度529~1 592 m。 矿区主体为一个四周被断层围限的轴向北西的向斜构造(图492),延长约10 km,宽4 km。两翼地层倾角30°~40°。由于后期构造和风化剥蚀残存的勐野井组分布面积仅10 km2,盐体位于矿区中部次级背斜内,残存面积32 km2,中央最厚达411 m,向四周变薄尖灭,西北侧为断层F3所限,因断距大,盐体突然消失。全区石盐层平均厚度1964 m,含NaCl平均7167%,区内见盐深度最浅26 m,最深901 m,盐层表生淋滤带深度一般26~60 m。 图492勐野井钾盐矿床岩相略图 1钾盐+石盐分布范围;2石盐分布范围;3泥岩、粉砂岩夹泥砾岩和细砂岩,含石膏团块和石膏细脉;4泥岩、粉砂岩夹泥砾岩和细砂岩,含碳酸盐胶结物和团块;5扒沙河组砂岩;6曼岗组;7断裂;8隐伏成盐同生断裂;9岩相界线;10钻孔位置(矿区共有钻孔88个,图中未全部标出);11盐泉;12钾盐矿山 据颜仰基资料,1982,略有修改) m4-9-2jpg
钾盐分布于石盐层中,界限不清,分布面积28 km2,占石盐分布面积的80%。全区有10个钾盐矿层,每个钾矿带含1~5个钾矿体。累计厚度2~81m,平均厚30m。钾矿层KCl品位一般5%~10%,全区平均881%,含NaCl 6214%,水不溶物2335%;石盐钾盐矿层含KCl 262%,NaCl 7064%,水不溶物2295%。钾盐层多在石盐层中分段富集成群,并多富集于厚度大、品位高、夹石少的盐层中、上部。 钾盐矿石有青灰色钾盐岩(占3845%)、灰绿色泥砾质钾盐岩(占4433%)及棕红色或杂色泥砾钾盐岩(占1722%)。主要矿石矿物为石盐、钾石盐、光卤石、钾镁盐,其他非盐类矿物有自生石英、黄铁矿、镜铁矿等。 该矿品位低、质量差,大规模开采尚有困难。 (二) 青海察尔汗盐湖钾镁矿床 察尔汗盐湖是目前已探明的几大内陆盐湖之一。盐湖东西长近200 km,南北宽30 km,海拔2 670~3 000 m。北部被祁连山系及其余脉环绕,南、东为昆仑山系,均是古老变质岩系及早古生代地层。远离山前至盐湖地层由中下更新统的沉积物、洪积、冲积的砂砾岩、粉细砂和粘土等组成。 湖区是典型的高原干旱气候,年平均气温为0~14℃,年蒸发量大于降水量100多倍。湖区外围多处分布有早中更新世湖相地层(Q1+2),证明第四纪早期是柴达木古湖的一部分。 察尔汗盐湖地表为干盐滩所覆盖,仅在干旱滩边缘分布着大小不等的9个卤水湖泊。其中达布逊湖面积最大,还在沉积光卤石,其他湖泊主要沉积石盐。干旱滩之下是结构松散的多孔石盐(孔隙度25%~27%),孔隙间充满晶间卤水,潜水位005~15 m。从全区看,达布逊湖水位是最低的,因此晶间卤水总是缓慢地流动补给。晶间卤水面以下普遍有光卤石、钾石盐等钾盐矿物。湖的南岸受格尔木河三角洲的影响,粉砂、亚粘土沉积物和部分细碎屑层,伸入干盐滩内,与石盐层构成相间的沉积韵律,反映成盐期内湖区气候以干旱为主,但也有间断的潮湿气候变化。 经勘察和研究发现,5 800 km2的干盐滩是多期逐次形成的。盐湖浓缩的早期,卤水湖泊面积大,干盐滩只是在湖区北部边缘出现,随着湖水面积向南收缩,干盐滩从北向南逐步扩展,覆盖了湖区的大部分。 整个湖区按构造、石盐层分布等特点划分为4个区段,自西向东:别勒滩区段(300勘探线以西)、达布逊区段(300~176线)、察尔汗区段(176~296线)和霍布逊区段(296线以东)。 第四系地层与岩性特征,自下而上简述如下: (1)中下更新统(Q1+2)以绿灰、红棕色砂质粘土层为主,夹浅色粉砂岩、粘土层和碳质条带。层厚1 211 m。 (2)上更新统(Q3) 下部含盐组 下部湖积层(Q3l1):以黄灰、深灰和绿灰色含石膏、石盐的细砂、粉砂为主。本层边缘厚10 m,中部仅1~2 m。 下部石盐层(Q3S1):以深灰、褐灰色含石膏、泥砂的石盐为主,中部石盐较纯,边部石膏、泥砂增多。石盐层呈薄层状、条带状。下盐层最厚可达3020 m,一般8~22 m。别勒滩区段出现K1钾盐层。 中部含盐组 在别勒滩和达布逊区段内,由两个湖积层和两盐层的韵律组成。 Q3L2-1:以土**含石盐粉细砂为主,局部含石膏,察尔汗区段则以粉砂和石盐的薄互层出现,厚度1~7 m。 Q3S2-1:以黄褐色和黄白色相间的含泥砂、石膏的石盐层为主,夹有薄层粉砂,厚2~4 m。 Q3L2-2:以含石膏、石盐的粉砂为主,局部夹石膏、石盐的小透镜体,厚2~4 m。 Q3S2-2:岩性与Q3L2-1相同,石盐多以薄层状或条带状产出,胶结不紧密,厚10~20 m。最大厚度2930 m。在达布逊区段出现K2钾盐层。 (3)全新统(Q4) 上部湖积层(Q4L3):以浅**、灰黑色含石盐、石膏的粉砂、细砂为主,北部较粗向南变细并局部夹石盐、石膏透镜体。厚度变化大,边缘厚17 m,向中部变薄为1 m左右。在别勒滩区段局部出现K3钾盐,但分布范围不大。 上部石盐层(Q4S3):以**、灰黄、黄褐色含泥砂、石膏的石盐层为主,夹有薄层粉砂,松散胶结。除霍布逊区段外,普遍具有K4~K7的钾盐层。本层最厚30 m,一般厚8~21 m。 盐湖含盐层在4个区段分布是不同的。下部石盐层(Q3S1)由西向东变薄并尖灭,中部石盐层(Q3S2-1、Q3S2-2)的沉积中心位于达布逊区段,上部石盐层(Q4S3)分布范围最大(5 200 km)沉积中心仍位于达布逊区段。盐层的空间分布,从Q3S1~Q4S3说明察尔汗盐湖由晚更新世到全新世成盐作用增强,大量钾盐层出现于Q4S3盐层,表明盐湖已发展到晚期阶段。下部含盐组的石盐层(Q3S1)胶结紧密,中、上含盐组盐层较松散,富含晶间卤水。 根据钾盐的赋存状态,盐湖钾资源包括固体钾盐沉积层和卤水钾矿。前者KCl含量大于2%,包括K1—K7和达布逊湖新生光卤石沉积层;卤水钾矿包括表面卤水和晶间卤水钾矿。
1固体钾盐沉积层
(1)K1—K7钾盐层钾盐层的主体为含浸染状光卤石的石盐层,分布范围广泛,特别是Q4S3盐层中几乎遍及别勒滩、达布逊、察尔汗3个区段,与不含光卤石的石盐层之间无明显的界限。仅按KCl含量大于2%来划分,大致可圈出K1—K7 7个含光卤石的石盐层。光卤石呈半自形晶,粒径03~1 cm,光卤石含量不等,一般为5%~10%,石盐达80%以上,含有少量石膏、粉砂和淤泥等。Q4S3盐层固相钾盐沉积分布见图493。 图493察尔汗盐湖Q4S3盐层固相钾盐沉积分布示意图(据《中国矿床》) 1光卤石层分布区;2含浸染状光卤石的石盐层分布区; 3达布逊湖滨新生光卤石沉积分布区;4卤水湖 m4-9-3jpg
(2)达布逊湖现代光卤石沉积层察尔汗盐湖区内,除南、北霍布逊湖外,其余各湖都有不同规模的新生光卤石层出现,其中达布逊湖北岸规模最大。以1966年为例,8月以前,光卤石大量沉积于北部湖滨带,长约32 km,宽一般为1~2km,最宽32 km,最大厚度059 m,西薄东厚。KCl含量1798%,一般为10%左右。
2卤水钾矿
(1)地表卤水 以达布逊湖为例,1958年11月测量,面积为35467 km2,1966年8月再度测量,湖域面积缩小为184 km2。湖区面积随气候变化,湖水的KCl含量也随之有明显的不同。同一季节,湖区不同部位含盐量和含钾量也有差异,表现为南北方向有分带性,远离格尔木河口的北岸含盐量和含钾量高。
(2)晶间卤水 钾矿在表层盐壳之下,从距地表005~05 m左右到Q3S1均充满卤水。各石盐层之间为细碎屑层所隔。含钾晶间卤水主要赋存在Q3S2和Q4S3内,矿化度一般为310~400 g/L。主要组分是K+、Na+、Mg2+、Cl-。盐湖卤水化学组成见表493。 表493青海察尔汗盐湖卤水化学组成 t4-9-3jpg
晶间卤水在垂直方向上的变化,总的趋势是KCl含量由上向下变低,矿化度则向下增大。也有局部出现反常的,同一盐层的上部和下部浓缩中心往往不一致。 晶间卤水是察尔汗盐湖钾盐矿床的主要开采对象,含钾高,储量大。第Ⅰ含水层和第Ⅱ含水层,卤水量约214亿m3。 察尔汗盐湖不仅是我国目前已探明储量最大的钾盐矿床,而且也是特大型石盐矿床和大型MgCl2矿床。此外,卤水中含有Li、B、Br、I、Rb、Cs等有益元素,具有很大的综合利用价值
新疆地处中亚腹地,远离海洋,在干旱地理条件下,使那些无出水口的湖泊逐渐演进成现代盐湖。新疆乃至全国、全世界的现代盐湖全在新生代即最年轻的地质时代——第四纪形成,其经历的时间段约上溯 200 万年至今。而这种演进还没有停止,还在继续,使那些或某些淡水湖向微咸水湖前进、微咸水湖向盐湖前进、盐湖向干盐湖前进、干盐湖向盐丘凹地及戈壁前进,最终以沙漠和雅丹地貌展现给世人。这就是在大陆干旱地理条件下,一切无出水口的湖泊必然经历的生命旅程——湖泊形成和消失的全过程。
现代盐湖是盐类矿产的聚宝盆,通常固态矿产与液态矿产共处一体,而且固液相互可以转换,均可构成层状分布的矿体。加上盐湖多呈凹地,长年累月受四周地表水、地下水、大气降水带入的各种可溶性盐类矿物,并使之蒸发到过饱和临界浓度后,自行结晶或析出。因此,盐湖有别于其他诸矿产,它具备可再生资源性质。再者,盐湖又与诸多矿物有关,往往构成钾盐、镁盐、钠盐、钙盐、锂盐及芒硝的共生矿床,而且卤水及晶间卤水中又含有多种稀散元素及溴、碘等元素,可进一步综合利用。
目前全疆盐矿产地约 100 余处,但纳入资源储量表内的现代盐湖矿产地 16 处。1989 年在中央“西盐东调”时期,新疆原盐(NaCl)产量已达年 260 万吨之规模,后因铁路运输之运费与出疆物资的运力之限制,而维持自产自销的疆内需求。
另有现代盐湖的芒硝及加工产品如元明粉和硫化钠,新疆也是全国的产量大户。
(一)罗布泊——我国钾盐之最
罗布泊已发现并探明出我国急缺的钾盐矿产,不久之后,罗布泊将以我国最大钾盐生产基地的新面孔屹立在大漠之上。
1 钾盐用途与我国需求现状
钾盐,是指含钾的盐类矿床,往往由海水、地表大陆水或卤水经自然蒸发,具浓度超过饱和形成的化学沉积物。
自然界含钾矿物约有 100 余种,其中有钾的氯化物、硫酸盐、硼酸盐、硝酸盐及更多硅酸盐类。但能利用的钾(矿物形成的矿床)仅有 10 余种,综观钾盐矿物,而往往多呈矿床出现的是氯化钾(如全国著名的柴达木察尔汗盐湖),而新疆罗布泊的钾盐矿物是硫酸钾。
钾盐用途主要是制取钾肥,部分用作化工原料,在加工钾肥或化工原料过程中,还可综合回收盐湖矿床中其他共生盐以及碘、溴、硼、锂、铯、铷等。
农业用肥主要是氮、磷、钾三大元素,外加植物生长中的光合作用,这就包含了绿色植物生长条件的全部总和了。
钾肥主要有氯化胛和硫酸钾,均属酸性肥料。我国青海省柴达木察尔汗盐湖主要生产氯化钾,而新疆罗布泊今后主要生产硫酸钾。
化工上用钾主要是 KCl,用在火柴、焰火、黑火药、医药、农药、纺织、染料、制革、制皂、印刷、玻璃、陶瓷、电子管、电池、显像管、照相等。
另外,钾的化合物也用于航空汽油、钢铁、铝合金的热处理,硝酸钾可作卤族元素的热化剂,铁氰化钾在蓝晒纸中作活化剂、高锰酸钾用于大量铀处理,钾碱是生产镁金属的助燃剂。
总之,钾盐及钾的化合物,用途极广,甚至与人的日常生活密切相伴,如代用盐(就是用KCl 代替 NaCl)又称钾盐,洗水果、蔬菜时常用的高锰酸钾等。
我国由于受国内钾盐资源贫乏的制约,钾产量极其有限。目前除青海柴达木察尔汗盐湖为年产 KCl 120 万吨,其他诸如云南江城勐野井钾盐矿及山东、四川、甘肃总和不足 100 万吨。全国至 2007 年底,其生产能力只有 200 万吨,而年需求约 500 万吨,尚有 300 万吨缺口必须从国外进口才能满足国内需求。
2 钾盐的主要产地与蕴藏量
新疆大地分布有众多盐湖和盐湖矿产,近年在罗布泊发现超大型钾盐矿床后,经新疆地矿局第三地质大队和第二水文工程地质大队先后勘查,并提交了相关的勘查地质报告,均证实罗布泊盐湖之钾盐规模要超过青海柴达木察尔汗钾盐规模。
2006 年提交的《罗北凹陷钾盐矿床详查地质报告》,经审批认定其硫酸钾资源储量 15 亿吨。罗北凹陷以东地区和罗北凹陷以西地区的两个台地尚未正式勘查,预计两台地资源量也在15 亿吨左右,以上仅是罗布泊以北的资源储量已达 3 亿吨,罗布泊以南广大地域还等待着今后的勘查。罗布泊全地域的硫酸钾资源量预测为 5 亿吨,勘查开发潜力很大。
世界上钾盐资源相当丰富,但是分布极不均衡,多在北半球,又集中在加拿大、前苏联、德国,这三个国家就占世界资源储量(以 K2O 计)165 亿吨的 90%。因此,这三个国家也是世界钾盐的出口大国。
我国是急缺钾盐矿产的国家,至 2005 年底全国探明资源储量(以 KCl 计)5 亿吨,青海柴达木察尔汗盐湖就是 289 亿吨,其余分布在山东、四川、甘肃。新疆罗布泊钾盐矿的勘查结果和开发,有效地缓解了我国缺钾盐的紧张局面。其全国总量也增加到 8 亿吨。
3 前景与展望
目前,新疆罗布泊钾盐矿的开发和基本建设积极进行。预计 2010 年硫酸钾和氯化钾产量为120万吨,到2010年全国总产能(以KCl计)为300万吨。其中新疆和青海各产120万吨(以氯化钾计或硫酸钾计相差不大),其余的 60 万吨为云南、山东、四川、甘肃四省生产。
而国内每年需求总量是在 500 万吨的基础上逐年以 25 万吨的产量递增。因此,新疆钾盐矿的开发建设显得更为突出,更为重要,必须加速,而且任重道远。至 2010 年后,在年产120 万吨硫酸钾的基础上,能否再扩大、再拿出 100 万吨的硫酸钾来,只能由专家给予科学的论证。
(二)石盐与岩盐
盐是重要的经济资源,不仅工业用途广,而且与人们一日三餐的食用分不开。
盐在古今中外都具有良好的经济效益,约 2000 年前,汉武帝就实行了“盐铁官营”政策。并认识到“天下之赋盐利居半”的经济效益。
新疆盐矿开采始于春秋战国,史书有记载如《水经注》称:“龙城,地方千里,皆为盐而刚坚也”(龙城即罗布泊地区),《周书 · 博物志》记载:“甸 氏之地沃饶,而近盐”(甸 即今若羌)。《晋梁四公纪》记载:“高昌国遣使贡盐二颗,颗大如斗”。《北史 · 西域传》记载:“高昌出赤盐味甚美,覆有白盐,其形如玉,取以为枕”。《唐书 · 地理志》记载:“伊州(伊吾县)南两里有盐池”。另有《新疆图志》云“:新疆盐矿遍布全疆各地……”由此可见,新疆采盐历史悠久。
1 石盐与岩盐
石盐与岩盐统称食盐,食盐是民俗称谓,而将食盐分称石盐和岩盐则是地质矿物学称谓。
盐的化学含义是某种酸分子中的氢原子,被金属原子所置换后的化合物。根据盐的分子式可以金属成分冠名,如钠盐、钾盐、镁盐、钙盐……,如果以酸根命名,又可分出氯化盐、硫酸盐、碳酸盐、硼酸盐、硝酸盐等。
天然矿物之盐,是表生地质作用下,自天然化学溶液中沉淀生成的沉积物,它是由钠、钾、镁、钙的氯化盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐组成。但石盐和岩盐,限定的是钠盐,而且是氯化物。
盐矿床一般分为第四纪以前的古代盐类矿床和第四纪以来形成的现代盐湖矿床两大类。若按赋存形态细分,还可分出两大类中的卤水矿床以及海水晒盐场之海盐。
从图示可知,岩盐是古代盐湖层状固体盐。石盐是现代盐湖层状固体盐。而海盐是海水蒸发结晶的盐,与卤水蒸发结晶的盐一样。不一样的是前者来自海水,后者来自卤水。
探索新疆地质矿产资源奥秘
2 盐的性质及用途(专指 NaCl)
盐结构简单,它是用 X 射线分析结构的第一个矿物。它具有如下性质:
化学式:NaCl(其中 Na 原子占 3934%,Cl 原子占 6066%)
结晶体:等轴晶系,六八面体对称型,常见立方体,少见八面体。
外形:块状、粒状、致密状。
折光率:1554。
双晶:{111}。
解理:{001} 完全。
断口:贝壳状、易碎。
硬度:摩氏硬度 2。
相对密度:2168。
熔点:804℃。
沸点:1412℃。
光泽:玻璃光泽。
颜色:无色、白色、浅黄、淡蓝。
溶解度:0℃,100 份水溶解 357 份的盐;100℃,100 份水溶解 398 份的盐。
味觉:咸。
在当今世界里,盐产品大约应用于 1500 个部门,15000 多种用途。随着化学工业的迅猛发展,世界各国对盐的需求量日益扩大,并且将盐与石油、煤炭作为基本工业原料对待,可见盐矿之重要已为人们所熟知了。
盐是人类赖以生存的基本需求物质,是制备钠和氯气最廉价和最丰富的来源,可用来制备大量的化学制品,如苏打、氯气苛性钠、金属钠等。
虽然盐有 15000 种用途,但只有少数用途才消耗大量的盐。表内给出了几大类的用途,同时细分了由石盐制备的主要化学制品,还列举了这些制品生产的重要产品(图 7-3-1)。
3 资源分布与生产需求
新疆盐矿资源分布广泛,遍布全疆各地,但主要分布在经济较发达的铁路沿线,如哈密七角井、磁海、石英滩、鄯善吐鲁番以南的乌勇布拉克、乌尔喀什布拉克、七泉湖、艾丁湖、达坂城、玛纳斯盐湖、达巴松诺尔盐湖,艾比湖、博斯腾南岸、库车,拜城、温宿一线之南北两侧古近纪-新近纪岩盐、罗布泊、东昆仑库木库里。
历史上开采产地(含小型民采)达 500 余处,截至 2007 年,经历年投入地质勘查工作量的现代盐湖 15 处,共勘查出固体盐及卤水盐资源储量 3199 亿吨,其中基础储量 6846 亿吨。另有岩盐资源量 8331 亿吨,而且露裸地表,易露采。
当前的盐业生产,主要是供疆内所需。目前开采湖盐的企业共计 20 多家,另有开采岩盐企业 6 家,年产原盐 100 万~ 120 万吨。其中用量最大的是民用(食用)盐,约 40 万吨,工业用盐 20 万吨(绝大部分是锅炉用盐,肠衣用盐),其余多为制聚氯乙烯用盐 40 万~ 60 万吨。至 2010 年时,因聚氯乙烯产量猛增,用盐翻倍,全区届时年产原盐量达 200 万吨。
由此可知,新疆食用加碘盐及牲畜用盐量仅维持在 50 万吨之内,而主要用盐是工业部门,尤其是化工生产聚氯乙烯企业,是新疆今后的用盐量大户。新疆盐资源储量(保有量)充足,且资源丰盈,对满足 21 世纪的经济发展是有可靠保证的。
(三)全国之最——钠硝石和钾硝石
钠硝石和钾销石是新疆的特有矿种。世界上蕴藏这两种矿产的国家除智利外,就是我国的新疆,自然也是新疆的优势矿种。
新疆独特的地质背景、地貌单元、地理位置、气候条件和水文地质条件,十分有利地造就了硝酸盐矿床的形成。近年在青海西宁之红土层中发现了巨厚的钠硝石,接着在甘肃省也有发现。
硝酸盐矿产在世界上也主要分布在现代干旱沙漠区,层位(成矿沉积)上处于第四系残坡积,往往富集在砂砾岩底部与其裂隙中,其次为现代干盐湖和洪积砂土层中。
1 成矿机理
硝酸盐矿产仅见于炎热干旱的沙漠地区,主要由地表有机物腐烂,经细菌分解而产生硝酸根,与土壤中迁移而来的钠、钾结合而成。或来自沙漠中火山岩与岩浆岩的钠、钾矿物,在大自然的搬运和地球化学的迁移下发生反应而成。在新疆多分布在干盐湖表层、干盐湖四周,及现代盐湖的晶间卤水中(如罗布泊大洼地硝酸盐矿床就是第四纪以来现代内陆盐湖固液相并存的矿床)。
2 钠硝石、钾硝石的用途
钠硝石,因其分子式中有硝酸根(NO-3),主要用来制造氮肥、硝酸钾、炸药和其他氮素化合物,冶金工业上用钠硝石做炼镍时的强氧化剂,玻璃工业上做洁净剂,另外钠硝石中常常伴生碘,在加工流程中可作为副产品回收。
钾硝石是农肥中的受宠者,农肥中之氮、磷、钾三项成分中钾硝石独占二项,所以是当今各国备受青睐的理想肥料。
钾硝石除主要做农肥外,还用于化工、军工、冶金、机械、建材、医药、食品、焰火爆竹。发达国家将 70% 的 KNO3,用作农肥,而我国却主要用于工业。KNO3是无氯的含钾、含氮的二元化肥,可对农作物生长提供充足的养分,提高作物的品质和产量,是今后化肥生产的方向。
3 资源分布与资源储量
截至2007年12月,新疆共探明硝酸盐矿床12处,其中硝酸钾矿床7处,硝酸钠矿床5处。
主要分布在哈密与吐鲁番两地区:查明硝酸钾资源储量 13021 万吨。查明硝酸钠资源储量24228 万吨。
新疆地矿局第一地质大队开展了“鄯善县小草湖—河湖一带钠硝石矿床普查工作”,预计资源量达 1 亿吨,我国就是居世界第二位的拥有硝酸盐矿产的资源储量大国(第一位是智利)。
4 硝酸盐生产状况与供需前景
由于硝酸钾在制作化肥上的无可替代性,并在现代工业中应用广泛,使世界发达国家都在想方设法研制先进工艺,采用人工复合法生产硝酸钾,但是其成本依然较高。因此天然硝酸钾资源就显得十分珍贵。目前世界年产硝酸钾约 200 万吨,而消耗量却以 10% 的年速率递进。其中约 50 万吨由智利生产,其余均由发达国家采用复合法生产。
我国也有多个厂家采用复合法生产硝酸钾,但规模小,工艺陈旧,产品质量稍差,且成本高,年产量约 5 万吨。而我国目前的年需求量为 50 万吨,且绝大部分用于工业,仅用硝酸钾生产显像管一项就用量颇大,不足部分只有依赖进口。
我国硝酸钠的生产也与硝酸钾一样,多数厂家都采用化学复合法,也存在规模小,工艺不够先进、成本高、质量不稳定等问题,年产量 20 万吨,年需求量 30 万吨,短缺部分从智利进口。
通过上述分析,可以明了我国的硝酸盐一直处在产出小,需求大的窘困之中,其不足部分不得不依赖进口。这种年复一年的耗费大量外汇的被动局面,不但困扰着市场,而且供需矛盾还在日益扩大。为此,新疆必然要肩负重任,尽快完善硝酸盐矿产新一轮勘查,大洼地硝酸钾矿山建设,吐鲁番地区化工厂硝酸钠生产线的扩建等,都显得极为迫切和重要。
新疆目前的生产规模是:硝酸钾 5 万吨 / 年,硝酸钠 5 万吨 / 年,因硝酸钾资源储量13021 万吨,其中基础储量仅 4032 万吨,年生产量只能在 10 万吨之内,基础储量之不足必须尽快以新一轮勘查项目给予弥补。
硝酸钠的年生产量可在 2010 年达到年 10 万吨,2012 年达 15 万吨,2015 年达到 20 万吨的规模。因地矿局第一地质大队提交的 1 亿吨以上的硝酸钠资源量给予了充足的矿石来源。这样,对缓解国内市场的需求将起到积极有效的作用。
(四)占国内最大产量的矿种——新疆芒硝矿
芒硝矿床是在现代盐湖蒸发作用下,使卤水介质中的可溶盐发生化学沉淀,而形成的层状固体盐类矿床或卤水(液体)矿床。这便是新疆芒硝的成因类型——现代内陆盐湖型芒硝矿床。除此之外,国内还有古代(第四纪以前形成的)芒硝矿床和地下卤水芒硝矿床。
1 性质与用途
芒硝是硫酸盐类矿物,包括芒硝、无水芒硝和钙芒硝三种。
芒硝:Na2SO4· H2O,含 Na2O 193%,SO2 -4240%。
无水芒硝:Na2SO4,纯矿物含 Na2O 4368%,SO25632%。
钙芒硝:CaSO4· NaSO4,纯矿物含 CaO 201%,Na2O 223%,SO2-4576%。
新疆主要产芒硝及无水芒硝,是全国供货大户,罗布泊盐湖的钙芒硝资源量达 847 亿吨,至今尚未开采利用。
芒硝,长针状,结晶后多呈板块状集合体,颜色多白色,少有淡**。
芒硝是轻工业、化工工业的重要原料,是制取硫酸钠(元明粉)、硫化碱、硫酸铵、硫磺的主要原料,主要用于造纸,玻璃、洗涤粉、洗涤剂、制革、印染、橡胶、人造纤维等。
2 资源及分布
新疆芒硝资源丰富,已探明产地 24 处,除去罗布泊钙芒硝之外,下剩 23 个产地中载入储量表者为 19 处,另有 4 个产地未入储量表。未入储量表的有:巴里坤县巴里湖芒硝矿、裕民县吉也巴芒硝矿、阿图什市吐孜苏盖特芒硝矿、和田市苦水湖芒硝矿。
新疆芒硝矿最大特点是质量好,Na2SO4平均≥ 70%,矿石品位高。如哈密老鸦芒硝矿品位达 9881%,阿勒泰若色苦尔芒硝矿品位达 9668%;巴里坤湖芒硝矿品位达成 8785%,玛纳斯盐湖芒硝矿品位达 85%;哈密七角井芒硝矿品位达 8213%,达坂城盐湖芒硝矿品位达 8159%。
另外,由于新疆芒硝矿床无例外地均产在第四纪现代盐湖,产状近于水平,基本裸露地表,而且地形比较平坦,露天开采非常方便,对扩大生产规模的应变能力亦很强,其产量可根据市场需求灵活调整。
从已探明资源储量的 23 个产地看,全疆各地均有分布,但生产地却集中在乌鲁木齐达坂城盐湖,哈密七角井盐湖,吐鲁番艾丁湖盐湖。23 个产地之基础储量为 62578 万吨,资源量为 250298978 万吨,其资源储量为 3206878 万吨。从中可以看出,新疆芒硝矿丰富,但基础储量与资源量的比例不太合理。原因是新疆盐湖较多,勘查程度较低,至今位于新疆东南缘的几个盐湖未开展任何地质工作。即便如此,目前也只是开采少数盐湖的芒硝,如玛纳斯湖、达巴松诺尔湖、若羌县乌尊硝盐湖、吐鲁番的乌勇布拉克盐湖,这几个芒硝资源储量都较多的盐湖还都未开采。因此新疆芒硝矿的资源储备,还是很乐观的。
3 生产现状与发展前景
新疆从 20 世纪 70 年代中期开始,一直至 1997 年末,在国内芒硝生产产品中,几乎占据了半壁江山,曾经以百万吨的元明粉、50 万吨的硫化碱(硫化钠)支援了内地近二十个省区和香港地区的经济建设。但随着新一代洗涤剂的出现,致使新疆产量骤减,而且缩减到原有三分之一的程度。如不景气的 1997 年全疆芒硝生产还保持在 100 万吨,而到 2000 年底时才生产了1375 万吨。近年产量才慢慢有所回升,2005 年为 50 万吨,估计 2007 年为 70 万吨,2010 年能达到 120 万吨。
(五)盐湖的其他矿产资源
现代盐湖往往是石盐、芒硝、硼、钾、溴、碘、锂、铷、铯等有关的综合矿床。
过去人们只注意开采了盐湖中的主要共生矿产——石盐与芒硝,而将伴生的其他诸如硼、镁、钾、溴、碘、锂、铷、铯等有用元素未很好地综合利用。以至将这些有用矿产随开采废料或余渣而废弃。尽管盐湖科学工作者呼吁多年,但生产部门与企业依然如故,综合利用总是不到位。青海省察尔汗大盐湖率先走出了第一步,已将盐湖中的镁进行回收。总之,我国盐湖中综合矿产的回收就其水平来说是比较落后的,比起发达国家差距很大。
例如:
(1)美国西尔斯盐湖。1870年开始时只生产硼砂,到1963年时生产硼化物、硼酸、氯化钾、硫酸钾、芒硝、石盐、磷酸、氯化锂、溴等几十种产品。
(2)美国大盐湖。每年生产20万吨硫酸钾,还生产石盐、芒硝、碱、氯化锂、氯化镁、溴、金属镁、氧化镁、液氯、硼砂,并建立了氮、磷、钾复合肥生产线。
(3)以色列与约旦的死海盐湖。生产氯化钾、硝酸钾、溴、石盐、高纯氯化镁、氧化镁、磷酸、氨、盐酸等几十种产品。
(4)前苏联索利卡姆斯克盐湖和别列兹尼盐湖。建立了规模较大的钾肥、碱、镁、氯和其他化工产品的联合企业。
(5)比利时索尔维公司。该公司在德国与荷兰边境开采地下岩盐矿,年产盐 600 万吨。另外又将盐卤水输入比利时,年产纯碱 430 万吨、碱 170 万吨、盐 120 万吨、聚氯乙烯 95 万吨、丙乙烯 16 万吨、氯 180 万吨、过氧化钙 24 万吨、高硼酸钠 40 万吨,还有钾盐、芒硝等。年经营额达 40 亿美元。
相比之下我国盐湖矿产的综合利用比较差,虽然海盐苦卤水已能制取溴、氯化钾、氯化镁、硫酸镁、氧化镁、轻质碳酸镁、金属镁、石膏、芒硝、钾镁复合肥料,甚至浙江巨州化工厂和奄东化工厂同样利用海盐苦卤水生产氯油,氯化钡、氯乙酸、氯化钾、电石粉、液氯、聚氯乙烯、盐酸、烧碱等产品,但是产量小,成本高,卤利用率低,产品回收率低,生产工艺不甚完善,可喜的是已迈出第一步。
在古盐矿卤水中,我国四川已生产了硼砂、硼酸、氯化钾、碘素、溴素、碳酸钾、氯化钡、碳酸锶、氯化铷、硫酸钡、硫酸钾、液氯、盐酸、磷酸钙、三氯化铁、氯氧化钾、氯氧化钠共 18 种产品,并试产了镁、锂、钠、钙金属。
总之,截至目前,我国的盐湖矿产尚未综合利用,还是单一矿种的地质勘查,单一矿种的建厂开采,单一矿种的工艺流程,单一矿种的各类产品。从而造成了众多盐湖伴生组分不清的事实,即盐湖中伴生矿产资源不清,也无法综合利用。
所以,新疆盐湖伴生矿产的赋存特点、品位、数量等必须进行专项地质勘查给予补充,否则盐湖矿产的综合利用只是纸上谈兵。
就目前已有资料看,达坂城西盐湖含硼较高;吐鲁番七泉湖、民丰县硕尔湖含硼;和布克赛尔县达巴松诺尔盐湖和玛纳斯盐湖已探明硫酸镁近 1300 万吨;托克逊县乌尔喀什布拉克盐湖氯化钾 197 万吨;玛纳斯盐湖有 3134 万吨氯化镁及万吨硼矿。因此,围绕盐湖伴生矿产的综合利用,还有许多地质工作要做。新疆盐湖矿产的综合利用,必然要走综合评价,综合开采的大化工路子,这样才能彰显新疆盐湖矿产的应有地位。
硼灰的主要成分为碳酸钾。
硼灰,俗称硼泥,有毒,硼灰为工业上利用硼镁矿生产硼砂后排出的废料,碱性极强,硼灰大多数是一种成碱性的工业原料,所含重金属超标,长期食用会让人体累积毒素,产生铅中毒等症状。
化工类产品主要分无机化工产品、有机化工产品、生物化工产品和精细化工产品四大类。
无机化工产品又包括硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、烧碱、纯碱、合成氨以及各种无机盐类。
有机化工产品主要是在煤化工和石油化工产品基础上衍生出来的产品,例如烷烃类、芳香族类,具体的如甲烷、乙烷、甲醛、乙醛、甲酸、乙酸、苯、甲苯、二甲苯、苯磺酸、苯乙酸、硝基苯、苯胺、苯酚、丙酮、乙醇等。
生物化工产品包括淀粉制糖、发酵衍生的氨基酸类食品添加剂、抗生素类医药产品等。
精细化工产品包括染料、颜料、香料、橡胶助剂、塑料助剂、印染纺织造纸助剂、水处理剂、油田及采矿助剂等。
在硼矿的地质勘探中,根据工作任务分为找矿、初勘、详勘和生产勘探4个阶段。
在硼矿的找矿阶段,地球物理和地球化学方法起着重要作用。重力、磁性及电阻率等地球物理测量方法可用来测定隐伏构造形态及盆地基础剖面。
根据硼元素很活泼的特点,在寻找可溶性硼酸盐时,可采水样进行分析。水中硼元素的异常及与硼伴生的许多元素都可作为找硼的标志。在地形被轻微切割地区和水系干涸、气候干燥的条件下,可用分散流岩石地球化学方法。次生分散晕的地球化学结果可用来预测硼的远景。含锂较高的盐湖卤水或地下卤水,也标志着可能有硼的富集。
硼矿床的勘探类型,是根据主矿体的延展规模、矿体形态及内部结构复杂程度、厚度稳定程度、有用组分分布均匀程度和构造、岩脉、夹石发育程度来划分的。
1矿体延展规模
大型:矿体延长大于700 m,延深大于300 m;
中型:矿体延长200~700 m,延深100~300 m;
小型:矿体延长小于200 m,延深小于100 m。
2矿体形态及内部结构复杂程度
简单:矿体呈层状、似层状,外形规整到较规整,夹石少,面夹石率小于15%;
中等:矿体呈似层状、透镜状、扁豆状,外形较规整,夹石较少,面夹石率15%~25%;
3矿体厚度稳定程度
稳定:矿体厚度变化小,相邻工程厚度幅差一般小于1倍,厚度变化系数小于50%;
较稳定:矿体厚度变化中等,有规律,相邻工程厚度幅差1~3倍,厚度变化系数大于80% 。
4有用组分分布均匀程度
均匀:品位变化系数小于40%;
较均匀:品位变化系数40%~70%;
不均匀:品位变化系数大于70% 。
5构造、岩脉发育程度
简单:矿体产状稳定,一般无或很少有较大的断层破坏矿体,火成岩脉不发育;
中等:矿体产状较稳定,有少数较大的断层,对矿体有一定程度的破坏,火成岩脉较发育,对矿体有一定影响;
复杂:矿体产状不稳定,断层及火成岩脉发育,对矿体影响及破坏较大。
(一) 辽宁后仙峪硼矿(硼镁石-遂安石型硼矿)
后仙峪硼矿位于辽宁营口市虎皮峪背斜南翼。区内地层为宽甸群和草河群变质岩系,硼矿产在宽甸群砖庙组中。
后仙峪矿区分为5个矿化带,其中规模最大的是第二号矿化带。该矿化带中有6个硼矿体,其中以Ⅴ号矿体为最大,其次是Ⅲ、Ⅳ号矿体。
V号矿体呈扁豆状和似层状。该矿体的主要矿物为硼镁石和遂安石,矿体厚度变化较大,最厚可达61 m,平均厚度17 m,是一个高品位大矿体。
该矿体的主要脉石矿物是镁橄石、蛇纹石,其次还有金云母、透闪石、滑石、方解石、白云石、菱镁矿以及少量的硅镁石类、绿泥石、磁铁矿、磷灰石等。
矿石按自然类型划分有:遂安石型、硼镁石型、遂安石和硼镁石混合型、硼镁铁和硼镁铁与硼镁石混合型等。按工业要求划分,则有硼镁石矿石、硼镁铁矿石以及硼镁铁与硼镁石混合型矿石。遂安石矿石多位于矿体的中部,硼镁石矿石多位于矿体的上部和下部,而混合型矿石只见于矿体上部,分布很局限。
沿整个矿化带走向和倾向,B2O3含量的变化规律不明显,但就单一矿体而言,无论是沿走向或倾向,在矿体收缩或尖灭方向上均有逐渐变贫的趋势,在矿体膨胀部位,B2O3含量为最高。
(二) 辽宁翁泉沟硼铁矿床(硼镁石-硼镁铁矿型)
该矿床于1958年发现,位于辽宁省凤城市刘家河乡与西门子乡的交界处,是一个硼、铁共生并含铀的特大型沉积变质再造型硼矿床。
该矿床包括东台子、业家沟和翁泉沟三个主要矿段,总储量(B2O3)为2 185万t,铁矿石28亿t。B2O3储量占全国总储量的45%左右。由于选矿及铀的放射性问题,因此使之至今未能得到开发利用。但近年来,在这方面已有相当大的突破,研究证明,该矿床中90%以上矿石是属于具有可选性的硼镁石-磁铁矿型,通过选、冶结合的加工工艺,能获得较满意的结果,可望不久将会有实质性的进展。
翁泉沟硼矿赋存于古元古界辽河群里尔峪组下部的变粒岩段之中。硼铁矿层主要产于蛇纹岩、金云蛇纹岩中,部分产于蛇纹石化大理岩中。放射性元素与硼镁铁矿紧密共生、矿体倾角变化大,一般是浅部较陡,深部较缓,靠近向斜轴部矿体近于水平。
矿区分上、下两层矿,共分9个矿体。矿体呈层状、透镜状、扁豆状。矿体长约3 000 m,宽约1 500 m,最大延深600 m,一般厚度30~50 m,厚度变化较大,随含矿岩层的厚度变化而异。
矿体与围岩呈整合接触关系,中间为金云透闪岩的交代带。矿体中夹有数层黑云角闪变粒岩、蛇纹岩、电气透辉岩等,厚度05~25 m不等,延长几米到数百米。
矿体与赋矿岩层的厚度之间关系密切。沿走向、倾向二者厚度有正相关关系。
矿体内较大矿体是Ⅰ、Ⅱ号矿体,Ⅰ号矿体规模最大,其储量占全矿区的90%。南北宽1 500 m,东西延长2 800 m,最大厚度150 m,平均厚度45 m。Ⅱ号矿体平均厚度22 m。
整个矿床属镁质硼镁铁矿,主要矿石矿物为磁铁矿、硼镁铁矿,其次为纤维硼镁石、遂安石、晶质铀矿。脉石矿物为蛇纹石、金云母、硅镁石。主要为变晶、交代残余结构、条带状、块状、斑杂状构造。矿石中B2O3含量一般为4%~10%(平均723%),最高可达2268%。TFe在空间上分布较为均匀,与B2O3一般呈正相关关系,依硼酸盐矿物和磁铁矿的含量,可将本矿区矿石分为四类:硼镁石-磁铁矿型、硼镁铁矿-磁铁矿型、硼镁石(遂安石)-硼镁铁矿-磁铁矿型、磁铁矿型。其中,以前两类为主要类型。
(三) 西藏班戈错硼矿(盐湖碳酸盐型硼矿)
班戈错硼矿位于藏北高原东部,是盐湖硼矿床中盐湖硼砂亚型硼矿。
新生代火山及地热活动为本区盐湖硼矿的主要物质来源。班戈错是第四纪晚期由于高原湖泊的收缩、分离、解体而成。距今约18 900 a左右开始形成含硼卤水,后来,随着气候渐趋寒冷,而在湖中形成硼酸盐沉积。
班戈错硼矿实际由3个湖(一湖、二湖和三湖)组成,硼矿体大多赋存于“二湖”。
该矿包括固、液相两种硼矿。固体硼矿多为贫矿。B2O3含量仅为025%~15%,大多数为表外矿。仅在局部地段有硼矿聚集体,尽管品位较高,但由于分散、规模小,因而仅适于手工开采。
这类固体硼矿主要是指各种形状的硼砂:板状硼砂、粉状或细粉块体硼砂、砂矿状硼砂、透明块状硼砂和结核状硼砂。
板状硼砂晶形完整,颗粒粗,含硼量高(B2O3含量为33%~35%),杂质含量较少。主要分布在二湖东北部。矿带长约6 km,宽约300~800 m,形成狭长形硼矿带。该类硼砂为该湖最早人工开采的矿石,称之为第一硼矿带。
粉状或细粉状块体硼砂是灰白色不透明的块体,半自形-自形不等粒结构,主要由001~05 mm细粒硼砂组成。其B2O3含量为20%~30% 。该类硼矿储量大、质量好,开采容易。称为第二个硼矿带。矿体埋藏深度不等。
砂矿状硼砂为灰白-白色、半透明-透明,似砂矿状,分布于第一、二硼矿带中。
透明块体硼砂埋深大于2 m,厚度为数十米至16 m。这类矿石数量不多,但品位最高,B2O3含量高达3651% 。产于第二硼矿带中。
结核状硼砂呈灰黄-灰白色结核状,结核大小为10~30 cm,数量很少,品位也只有20%~25%。
(四) 青海大柴旦湖硼矿(硫酸盐型盐湖硼矿)
青海大柴旦湖位于柴达木盆地的北缘。盆地北缘的南祁连山断裂带有一个温泉-泥火山活动带,自第四纪更新世晚期以来,含硼卤水从深部涌出,通过周围的河流、温泉等汇入大、小柴旦湖而形成矿床。
大柴旦湖硼矿系硫酸盐型的钠硼解石-柱硼镁石亚型的盐湖硼矿。是一个大型的、含有硼、锂、钾等多种有用成分的综合性矿床。
大柴旦湖硼矿为现代沉积型固相硼矿和晶间水、地表卤水液相硼矿两者兼有的矿床。固体硼矿又分为湖滨硼矿和湖底硼矿两种。
湖滨硼矿分布于湖泊阶地和缓坡地带,分布于湖东、西部阶地上。东部的含矿层底部为黑色泥灰,其上部为石膏细砂粘土层(厚度约02~03 m),再往上就是硼矿层,主要硼矿物为柱硼镁石,其次为钠硼解石和水方硼石。矿层呈扁豆状、窝状、条带状、团粒状,B2O3含量较高,矿层含B2O3 075%~919%,矿体集中部位高达25%~30%以上。矿层长35 km,宽08~15 km。西部硼矿产于粉砂石膏层中,一般出露地表,最深也只有2 m多。硼矿物以钠硼解石为主,柱硼镁石为次。矿体长7 km,宽05~15 km,B2O3含量一般为077%~706%。矿体集中部位硼的品位较高,构成富矿体。
另一种固相硼矿为湖底硼矿。按其成硼时间和沉积物的组合特征,由下到上可划分为五个矿层和一个矿化层:粘土矿化层、盐类硼砂、石盐粘土硼矿、泥灰石膏硼矿、芒硝硼矿和石盐硼矿共6层。五个矿层的共同之处是:主要硼矿物为钠硼解石或柱硼镁石,或是两者皆有,除泥灰石膏层外,其余皆为贫矿体,B2O3含量都不到3%;矿体形状多呈似层状(或层状)或透镜体。
泥灰石膏硼矿层为本矿区湖底固体硼矿中品位最高的含硼矿层,B2O3含量通常为075%~1070%,分布于现代湖水范围内,埋深6~8 m。
液体硼矿也分为地表卤水矿和晶间卤水矿。
地表卤水矿分布于矿区的东部和北部。面积为44 km2,水深02~07 m。其面积和水深受季节性影响明显。
地表卤水属于硫酸镁亚型,矿化度330~350 g/L,B2O3含量为1 700~1 800 mg/L。
晶间卤水赋存于盐层和黑色含盐泥灰中。晶间卤水中含有的硼及锂、钾等组份含量比地表卤水高。而且,随季节变化幅度也比地表卤水小。该种卤水由上往下可粗分两层:第一层赋存于全新世盐沉积中,埋深0~05 m,面积13018 km2,B2O3含量1 269~2 385 mg/L。第二层赋存于上更新世晚期盐沉积中,面积30 665 km2,埋深14 m,厚度3~5 m(最大1010 m)。B2O3含量高达1 453~2 264 mg/L,属于硫酸镁亚型。
晶间卤水储量大,浓度和组份相对稳定,是提取硼及其它矿物(锂、钾等)的主要液体硼矿床。
(五) 湖南常宁七里坪硼矿(内生夕卡岩硼矿床)
七里坪硼矿位于大义山黑云母花岗岩体北西端。区内褶皱断裂发育。矿区地层为上古生界石炭系壶天群、二叠系栖霞组、斗岭组。
矿体围岩为厚层状白云石大理岩。矿区为单斜构造,断层对矿体稍有破坏。燕山期岩浆活动强烈,大义山花岗岩体的黑云母花岗岩是成矿母岩。围岩蚀变主要为镁质夕卡岩化,其次为钙质夕卡岩化。
矿区共有5个矿带,18个矿体,构成工业矿体的主要是第一和第二矿带。
第一矿带规模大,矿化较好,分布于矿区的西部,矿带长1 500 m,平均宽度300 m。该矿带有两个工业矿体,呈似层状和透镜状。第一矿体长950 m,宽350 m。第二矿体长800 m,宽300 m,矿层平均厚437 m,B2O3平均含量65%。
第二矿带规模较小,但矿化好。它位于第一矿带之上,全长1 200 m,平均宽度100 m。该矿带仅一个工业矿体,呈透镜状,沿走向延长1 000 m,宽150 m。矿体平均厚度29 m,含B2O3 877% 。
矿石自然类型有6种。其中有工业意义的是镁硼石型、硼镁石型和镁硼石-硼镁铁矿型。
主要矿物有镁硼石、硼镁石。次要矿物:硼镁铁矿、氟硼镁石、辉铜矿。少量的伴生矿物有符硼钙石、白硼钙石、硼磷镁石、 白钨矿、斑铜矿等。
脉石矿物主要是:方解石、白云石、硅镁石、石榴子石、符山石、透辉石。其次还有蛇纹石、角闪石、透闪石、硅灰石、浅色闪石等。
硼约占地壳组成的0001%,它在自然界中主要矿石是硼砂和白硼钙石等,对人体有益。中国西藏自治区许多含硼盐湖,蒸发干涸后有大量硼砂晶体堆积。
硼普遍存在于蔬果中,是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的微量元素之一。对停经后妇女防止钙质流失、预防骨质疏松症具有功效,硼的缺乏会加重维生素D的缺乏;
另一方面,硼也有助于提高男性睾丸甾酮分泌量,强化肌肉,是运动员不可缺少的营养素。硼还有改善脑功能,提高反应能力的作用。虽然大多数人并不缺硼,但老年人有必要适当注意摄取。
扩展资料
硼的发现历史:
硼化合物的发现和使用最早可以追述到古埃及,如古代埃及制造玻璃时已使用硼砂作熔剂,古代炼丹家也使用过硼砂,但是硼酸的化学成分直到19世纪初还是个谜。
1808年,英国化学家戴维在用电解的方法发现钾后不久,又用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼,同年法国化学家盖·吕萨克和泰纳用金属钾还原无水硼酸制得单质硼。
实际上,他们都没有生产出纯净的硼元素,而极纯的硼几乎不可能获得。更纯净的硼是由亨利·穆瓦桑于1892年提取的。
-硼
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