貴州二疊系龍?zhí)督M鎵元素的賦存規(guī)律和成礦前景探討

唐 龍

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局115地質(zhì)大隊(duì)，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

0 引 言

鎵元素素有“電子信息行業(yè)的脊梁”一稱，我國在實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義信息化以及信息化強(qiáng)軍、信息化強(qiáng)國的道路上必須充分重視鎵元素的開采與利用。貴州省省會(huì)貴陽市在新時(shí)代的號(hào)召下奮力發(fā)展為我國的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)中心，在這樣的社會(huì)背景下，鎵元素在貴州當(dāng)?shù)氐淖饔镁惋@得尤為重要。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)中心的建設(shè)過程中以及建設(shè)完成進(jìn)入平順運(yùn)行期后，相應(yīng)硬件設(shè)施的要求會(huì)隨著時(shí)代的要求逐漸提高而產(chǎn)生更新?lián)Q代，這也促使著周邊電子信息業(yè)的發(fā)展與繁榮。而原料的就近會(huì)降低電子信息行業(yè)企業(yè)時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本，幫助企業(yè)在更有利的環(huán)境中成長。

我國于2011年將鎵元素列為戰(zhàn)略保障金屬，而美國、日本等鎵元素高生產(chǎn)、高消費(fèi)國家更是早幾年就已經(jīng)把鎵元素列為戰(zhàn)略保障金屬，歐盟更是將鎵元素列為了“緊缺性金屬”。這充分體現(xiàn)了鎵元素的重要性。我國作為鎵元素儲(chǔ)量大國，更是自1957年始建第一個(gè)鎵元素生產(chǎn)車間，在鎵元素的使用上有著先天性的優(yōu)勢(shì)，充分保障了我國軍工行業(yè)以及高新技術(shù)企業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 鎵元素的賦存規(guī)律

1.1 鎵元素在全國的賦存狀態(tài)

我國煤主要分布于華北賦煤區(qū)石炭一二疊系煤層、西北賦煤區(qū)侏羅系煤層和華南賦煤區(qū)二疊系，煤層中鎵元素礦產(chǎn)資源分布成煤時(shí)代包括古近系、早白堊世、侏羅系、二疊系和石炭系。各地的鎵元素礦產(chǎn)資源分布的特點(diǎn)也不同，在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田、山西省北部石炭系—二疊系和新疆準(zhǔn)東煤田侏羅系煤層中出現(xiàn)鎵元素礦產(chǎn)資源成片分布，而其余地區(qū)的不同成煤時(shí)代煤層中鎵富集均為零星分布。

目前我國于新疆準(zhǔn)東煤田將軍廟礦區(qū)侏羅系煤層發(fā)現(xiàn)了煤中鎵含量最大值為253.0 g/t，為內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤鎵礦區(qū)煤層中鎵的含量最大值67.0 g/t的3倍之多。

就我國目前已經(jīng)進(jìn)行的勘查工作發(fā)現(xiàn)煤中鎵成礦前景較大的煤層包括：如新疆準(zhǔn)東煤田、吐哈煤田侏羅系煤層，遼寧南票煤田二疊系6煤組，四川南桐煤田、南武礦區(qū)二疊系1煤層，貴州西南部礦區(qū)二疊系煤層，這些煤層較多樣品數(shù)計(jì)算出煤中鎵算數(shù)平均值接近或超過30 g/t，具有進(jìn)一步調(diào)查研究價(jià)值。

1.2 鎵元素在遵義煤田底水——馬場勘探區(qū)的賦存狀態(tài)

經(jīng)過對(duì)貴州遵義煤田底水—馬場勘查區(qū)煤層情況的勘察得出，見表1，在煤層中5號(hào)、7號(hào)煤層夾矸及頂板、底板，鎵元素含量較高，絕大多數(shù)實(shí)測(cè)點(diǎn)都超過了伴生礦物一般工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的30 g/t的標(biāo)準(zhǔn)。5號(hào)煤層夾矸，測(cè)定28個(gè)點(diǎn)，鎵元素含量最少38 g/t，最高133 g/t，平均鎵元素含量為76 g/t。7號(hào)煤層夾矸絕大多數(shù)點(diǎn)鎵元素含量都超過30 g/t，最高達(dá)125 g/t，7號(hào)煤層中底板泥巖鎵元素含量也很突出，含量最少為50 g/t，最高為95 g/t，平均為75 g/t。其余2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤頂、底板鎵元素含量也高。

表1 遵義煤田底水—馬場勘查區(qū)煤層情況特征一覽表Tab.1 List of characteristics of coal seams in Bottom Water-Machang of Zunyi coalfield

即使是在鎵元素不常存在的煤層中也有少數(shù)煤層的鎵元素含量>30 g/t，最高的甚至達(dá)到49 g/t。

2 鎵元素在貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M的賦存狀態(tài)

根據(jù)對(duì)于貴州省內(nèi)煤中鎵元素礦產(chǎn)資源的分布情況及含量調(diào)查得出，見表2

表2 貴州煤中鎵元素礦產(chǎn)資源分布Tab.2 Distribution of gallium mineral resources in Guizhou coal mines

2.1 垂直分布

經(jīng)研究表明，貴州省內(nèi)富含鎵元素的煤礦成煤時(shí)代皆為二疊紀(jì)龍?zhí)督M(P3)。通過對(duì)具有代表性的遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)研究表明，貴州省二疊紀(jì)龍?zhí)督M內(nèi)鎵元素的賦存狀態(tài)為常存于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤層內(nèi)，且富含于煤層夾矸與頂?shù)装逯?，具有煤層分布的?fù)雜性。以底水—馬場勘探區(qū)為例，在富集的5號(hào)、7號(hào)煤層中含量最低處基本超過一般工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的30 g/t，高處更是達(dá)到了近4倍的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)含量，成為高富集區(qū)域，屬于極其富集賦存狀態(tài)。其中富集狀態(tài)的5號(hào)煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般兩層夾矸，其上層為灰黑色高嶺質(zhì)泥巖，含鎵元素較高，本層普遍沉積，臨界可采，厚度變化較大，常出現(xiàn)可采與不可采地段；7號(hào)煤層最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，厚度變化較大，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，1～4層沙貢泥巖夾矸，厚度比較穩(wěn)定，局部不可采，由東向西厚度增大，并有分叉現(xiàn)象，常出現(xiàn)分叉合并現(xiàn)象。因此鎵元素在垂直分布上具有環(huán)境復(fù)雜性。

2.2 空間分布

貴州省內(nèi)鎵元素礦產(chǎn)資源分布在空間上具有成片性。首先貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M各個(gè)礦區(qū)的鎵元素元素平均含量相差不大并且基本超過一般工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國鎵元素礦產(chǎn)資源分布在空間上具有一定的分帶性，貴州省內(nèi)二疊紀(jì)龍?zhí)督M鎵元素礦產(chǎn)資源位于川滇黔相鄰鍺、鎵、鋰成礦帶上，貴州省西南片區(qū)坐落其上，因此貴州省二疊紀(jì)龍?zhí)督M鎵元素在空間分布上具有成片性。

3 貴州省二疊紀(jì)龍?zhí)督M鎵元素的成礦前景

3.1 鎵元素的提取方式

煤中鎵利用現(xiàn)有技術(shù)主要集中在粉煤灰和煤矸石中提取。自然界中不存在單獨(dú)的鎵元素，只能通過后期提取使鎵元素成為反應(yīng)的副產(chǎn)品而產(chǎn)生。粉煤灰中含有利用價(jià)值極高的金屬鎵元素，但是因?yàn)樗暮糠浅５?，很難用一般方法進(jìn)行提取，首先需將粉煤灰在一定條件下焚燒，然后用酸浸出，才能進(jìn)一步的提煉合格的金屬鎵元素。煤矸石中的鎵元素則需要利用硫酸酸浸得到含鋁鐵鎵的溶液，再加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)含鎵元素溶液的pH值，才能完成高鎵煤矸石中鎵元素的分離提取，得到鎵金屬元素。在這樣的常用提取方式中，煤礦中鎵元素含量、煤礦開采難度以及提煉技術(shù)決定了鎵元素的成礦前景。

3.2 鎵元素在遵義煤田底水——馬場勘探區(qū)的成礦前景

在遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)中，鎵元素主要存在于5號(hào)、7號(hào)煤層的夾矸及頂板、底板中，測(cè)定點(diǎn)含量都超過一般工業(yè)要求，更有在部分測(cè)點(diǎn)存在高含量賦存狀態(tài)，給鎵元素的成礦提供了優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)保障。而區(qū)中鎵元素所在煤層及區(qū)域符合前人對(duì)于鎵元素的一般相關(guān)研究，既鎵元素富含于夾矸、煤層頂板與底板中，未曾對(duì)提取技術(shù)提出新的要求，充分符合現(xiàn)今市場上的技術(shù)，對(duì)于鎵元素的成礦也降低了難度。見圖1。

圖1 遵義煤田底水—馬場勘查區(qū)地址戰(zhàn)略圖Fig.1 Zunyi coalfield Bottom Water-Machang exploration area address strategy map

在優(yōu)質(zhì)的含量與常見的存在區(qū)域外，開采環(huán)境的復(fù)雜對(duì)于鎵元素的成礦也帶來了一系列挑戰(zhàn)。

富含鎵元素的5號(hào)煤層是位于圖2中標(biāo)3下約15 m左右的第一層煤。最大厚度2.31 m，最小厚度0.25 m，平均0.96 m，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。一般兩層夾矸，其上層為灰黑色高嶺質(zhì)泥巖，含鎵元素較高，本層普遍沉積，臨界可采，厚度變化較大，常出現(xiàn)可采與不可采地段，52線以西并見有分叉現(xiàn)象，為區(qū)內(nèi)局部可采煤層。7號(hào)煤層位于煤系底部，標(biāo)5之下，最大厚度3.68 m，最小厚度0.25 m，平均厚度1.48 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，1～4層沙貢泥巖夾矸，厚度比較穩(wěn)定，局部不可采，由東向西厚度增大，并有分叉現(xiàn)象，30線以東變薄不可采，30～40線一般厚度為2.00 m左右，40線以西常出現(xiàn)分叉合并現(xiàn)象。局部可采對(duì)于提取鎵元素的原材料的產(chǎn)量產(chǎn)生了抑制性效果。

因此，對(duì)遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)的成礦前景中判定中，區(qū)內(nèi)具有極高的鎵元素含量，其中5層平均含量達(dá)到75 g/t、7層達(dá)到76 g/t；區(qū)中鎵元素含量分布范圍為煤層夾矸與底板、頂板中，未曾加大鎵元素的提取難度；在開采難度上，區(qū)內(nèi)富含鎵元素煤層架構(gòu)復(fù)雜，厚薄差距較大，存在分叉與合并，提升了礦產(chǎn)的開采難度。因此遵義煤礦底水—馬場勘探區(qū)具有較佳成礦前景。

3.3 鎵元素在貴州二疊系龍?zhí)督M鎵元素的成礦前景

貴州省內(nèi)鎵元素礦產(chǎn)在空間上存在著分片性，都分布于貴州省西南部片區(qū)，同時(shí)各個(gè)礦區(qū)鎵元素平均含量基本相似；在垂直分布上看來，各個(gè)礦產(chǎn)成礦期皆屬于二疊紀(jì)龍?zhí)督M。由此可知，根據(jù)貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M種礦產(chǎn)具有的統(tǒng)一特性與遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)基本一致可知，在遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)中鎵元素的成礦前景對(duì)于貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M鎵元素的成礦前景具有普遍性。

貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M內(nèi)煤中鎵平均含量基本高于一般工業(yè)品質(zhì)要求的30 g/t，更有局部地區(qū)鎵元素含量遠(yuǎn)高于一般工業(yè)要求，達(dá)到富集狀態(tài)。類比前人研究，說明鎵元素富集煤層同時(shí)，易于在煤層頂?shù)装搴蛫A矸聚集成礦，事實(shí)上已有測(cè)試數(shù)據(jù)也證明了這點(diǎn)，例如遵義煤田底水—馬場勘查區(qū)中5號(hào)、7號(hào)煤層頂板、底板和夾矸泥巖中鎵含量平均達(dá)到76 g/t和75 g/t，同時(shí)各個(gè)礦區(qū)聚集在較小范圍內(nèi)，保障了地形地貌的基本一致，礦產(chǎn)的開采難度相似。因此，貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M鎵元素的成礦前景如遵義煤田底水—馬場勘探區(qū)的成礦前景一致，具有較佳的成礦前景。

4 結(jié) 語

鎵元素作為稀缺資源，我國的鎵元素礦產(chǎn)資源十分豐富也十分的有限，在有限的資源中只有不斷的提升資源利用率才能真正使得資源豐富的優(yōu)勢(shì)成為國家進(jìn)步的優(yōu)勢(shì)。為了提升資源利用率可從以下幾點(diǎn)出發(fā)：①提升鎵元素提取技術(shù)水平，減少提取過程中的損耗，減少提取過程中酸堿材料的使用以保護(hù)自然環(huán)境，減少成本以降低市場價(jià)格，讓高端技術(shù)材料能夠引領(lǐng)新的技術(shù)潮流；②提升礦產(chǎn)開采技術(shù)，鼓勵(lì)進(jìn)行困難開采區(qū)開采技術(shù)的研發(fā)，讓像貴州二疊紀(jì)龍?zhí)督M內(nèi)蘊(yùn)含的鎵元素能夠得到有效的開采與利用。