我国稀散金属元素铟在铅锌矿山中的分布规律与金属资源量初步估算

时间：2024-07-28

袁莹，薛培，李顺庭，柳玉龙

(1.中色地科矿产勘查股份有限公司，北京 100012；2.万宝矿产有限公司，北京 100054；3.北京矿产地质研究院，北京 100012)

0 引言

我国拥有丰富的稀有、稀散、稀土金属资源，也是世界上主要的“三稀”金属生产国，同时又是铅锌资源大国，各成因类型及时空分布上涉及矿床众多，其中不乏铅锌金属储量大于500万吨的超大型矿床。铅锌矿山中的稀散金属资源丰富，且往往作为共伴生矿种出现。但前人对于我国铅锌矿的研究主要集中在矿床地质、成矿物质来源、矿床成因、矿床地球化学等方面，对于各种成因类型铅锌矿床中稀散元素的含量统计却鲜有人涉足，甚至缺乏基本的数量级数据。有关铅锌矿山中稀散元素的赋存状态和富集规律的研究更是有限。这不仅影响了我国地质勘查的综合评价工作，也对资源的综合利用造成影响。

本文通过开展数据资料收集统计、野外地质调查和室内研究，分析了稀散金属铟(In)在我国不同成因类型铅锌矿床中的分布规律，初步计算了其中的矿产资源总量。

1 研究方法与思路

1.1 为什么选择铅锌矿床为研究对象

稀散金属主要元素有Ga、Ge、In、Tl、Te、Se、Re、Cd等，主要分散于有色金属矿、铝土矿、煤矿等矿产中。表1列出我国稀散金属保有储量在各类矿种中的分布比例，其中，煤矿中含有丰富的Ga、Ge，铝土矿中Ga占比也很高，而铁矿床中也含较多的Ga、Ge、In等。煤、铝土、铁矿中稀散金属总量较大的原因是其矿床的规模巨大，但品位其实并不很高，且难以被综合利用。

目前只有分散于有色金属矿床中的稀散元素可有效利用，煤矿中丰富的Ga、Ge等元素可部分利用。剔除铁矿(黑色金属)、煤矿(非金属)及其他不明矿种，将剩余有色金属矿种(包括铅锌矿、铝土矿、钼矿、铜矿及其他多金属矿)数据按百分比换算，得到有色金属矿种中的稀散金属保有储量分布比例表(表2)。由表2可知，稀散金属元素In、Tl、Ge在铅锌矿中的分布比例较高，分别为58.2%、94.7%、85.9%；而61.8%的Ga元素分布于铝土矿中；Se、Te则主要分布于铜矿中，比例为66.3%、99%。总体来说，有色金属矿山中的稀散金属资源主要分布在铅锌矿山中，且往往作为共伴生矿种出现。因此，本文选择铅锌矿床为主要研究对象。

表1 我国稀散金属保有储量在各矿种中的比例分布Table 1 The proportion distribution of rare metal reserves in different mineral resources in China

注：据文献[1]。

表2 我国稀散金属保有储量在有色金属矿中分布Table 2 The proportion distribution of rare metal reserves in nonferrous metal deposits in China

注：据文献[1]。

1.2 区分矿床成因类型开展研究工作

我国铅锌矿储量丰富，成因类型齐全，在不同的铅锌成矿条件和机制下，各伴生稀散元素的富集程度和赋存形式差异较大[2]，某些稀散元素的富集成矿还具有矿床类型专属性[3]。因此，应区分成因类型开展数据资料收集和分布规律的研究工作，以期获得较为客观准确的结论。本文采用的铅锌矿床成因类型划分依据有二，首先，涉及矿床数量及铅锌储量均较高；其次，各类型矿床中稀散金属的含量及赋存形式差异较大。

综上，可初步按含矿岩系结合矿床成因将我国主要类型铅锌矿床划分三类：① 沉积岩容矿的海底喷气沉积矿床(Sedex型)；② 碳酸盐岩容矿的后生沉积矿床(密西西比河谷型，MVT型)；③ 与岩浆岩有关的“岩浆热液型”矿床(指与岩浆岩及火山作用有关热液矿床，包括诸如斑岩型、矽卡岩型、热液交代型矿床和陆相火山岩型矿床等)三类。当然，除了上述三种矿床类型外，还包括火山岩容矿的海底喷气沉积矿床(VMS型，暂与Sedex型归为同一类)，砂页岩容矿的沉积或沉积—变质型矿床及非硫化物锌矿床等，但均不是主要的矿床类型，其数量及铅锌储量所占比例较小，在此不予以考虑。

2 铟元素在铅锌矿山中的赋存状态及含量

2.1 铟在铅锌矿山中的分布概述

我国已查明铟资源储量0.96万吨，富铟矿床主要分布在广西、云南、内蒙古和广东，这些地区的铟储量占全国铟储量的80%以上，并且以大矿为主[4]。如内蒙古铜锡银铅锌多金属矿、广东锡铅锌矿、广西南丹县锡多金属矿、云南马关县都龙锡锌矿等。其他地区矿床中的铟金属资源无论是品位还是储量都远低于上述四省(区)。这些富铟矿床就构造环境方面考虑，具有地区性分布的特征，即均为古陆边缘位置。例如，我国最重要的大型—超大型富铟矿床的分布区——扬子地块南—西南缘，富铟富锡铅锌硫化物矿床的分布区——华北地块北缘的内蒙古东部地区等。从其成因类型来看，铟的富集和赋存无一例外与岩浆有亲缘性。就铅锌矿而言，与岩浆活动有关的海底喷流沉积型矿床(如大厂、都龙、白牛厂等)和岩浆热液型矿床(孟恩陶勒盖、锯板坑、厚婆坳、个旧等)中，铟的含量明显高于低温成矿作用下的铅锌多金属矿(MVT型)。

此外，铟的富集成矿具有矿床类型的专属性，即主要在锡-铅锌硫化物矿床中富集。锡含量较低的各成因类型铅锌矿石中铟含量普遍不高，w(In)在1×10-6～24×10-6之间；而富锡的铅锌多金属硫化物矿床中，铟含量较之有明显增高 [w(In)在87×10-6～310×10-6之间 ]。如大厂矿田长坡—铜坑锡锌锑矿床的铟储量超过4600 t，云南都龙锡锌矿床仅曼家寨矿段铟储量即超过达3500 t，云南个旧锡多金属矿铟储量约2500 t[3]。

铟化学性质活泼，且离子半径较大，无法与Si4+、Al3+发生类质同象置换，因而可与成矿物质一起进入岩浆期后热液趋于集中，避免了分散于造岩矿物内。由前述，铟与锡有着某种非常密切关系，但据大量矿山分析测试数据，在绝大多数富In矿床中，In并不大量进入锡的最主要工业矿物——锡石中。杨世瑜[5]在对滇东南和我国其他一些锡矿床进行矿物学研究时指出，这些矿床中的锡石具有低In含量。就目前所知，唯一的例外是白牛厂矿床的锡石，w(In2O3)在1.3%～4.17%之间，平均高达3.25%[6]。由此推测，含矿热液体系中富锡，仅有利于铟的富集与迁移，从而能在成矿溶液中达到较高的浓度。据刘英俊等[7]研究，铟的沉淀过程中与锡发生了分离，大量进入具有四面体晶体结构的矿物(闪锌矿)中。

2.2 我国主要铅锌矿山中的铟含量统计分析

本文查阅相关地质报告及文献，收集了规模达中型以上的铅锌矿床50个，表3列出是的这些矿床中矿石及各金属矿物中的铟金属含量数据。归纳表3中数据，含锡铅锌矿平均In含量较高，如大厂矿田长坡—铜坑锡锌锑矿床矿石平均w(In)=95×10-6，100号矿体矿石平均w(In)更是高达310×10-6，大厂矿田外围大福楼矿石平均w(In)=105×10-6，云南都龙锡锌矿床矿石平均w(In)=139×10-6，广东金子窝锡多金属矿床、锯板坑钨锡多金属矿床矿石平均w(In)分别为92×10-6、87×10-6。湖南七宝山、青海锡铁山也是含锡富铟铅锌矿床的例子。

表3 我国主要铅锌矿山中铟金属元素含量Table 3 The indium content in the main Pb-Zn deposits in China

续表3

由各矿物中铟含量数据显示，不含或少锡的铅锌矿床中，闪锌矿的铟含量均不高，如与岩浆活动和火山活动有关的佛子冲、青城子、毫石、五部等矿床，闪锌矿中w(In)<20×10-6；与沉积或改造作用有关的柴河、高板河、大梁子、杉树林等矿床，闪锌矿中w(In)大多更是低于10×10-6。且这类不含或少锡的铅锌矿床中，闪锌矿的铟含量较方铅矿、黄铁矿等其他矿物相差不大，甚至更低。如陕西凤县铅洞山矿床，黄铁矿中w(In)=10.5×10-6，较闪锌矿含铟量 [w(In)=3×10-6]高；广东凡口矿床，闪锌矿中w(In)=11×10-6，低于方铅矿和黄铁矿中的铟含量，两者w(In)分别为15.6×10-6、42.8×10-6；天桥、香夼、佛子冲、夏山矿床，闪锌矿的铟含量与其他硫化物仅差1个数量级或相近。

而含锡富铟的多金属硫化物矿床中，闪锌矿中w(In)值则很高，且远高于其他硫化物，是铟主要的寄主矿物。如大厂矿田铜坑—长坡、大福楼、拉么三个矿床中，闪锌矿的铟含量比其他硫化物高出2～4个数量级；金子窝矿床中超过90%的铟都赋存在闪锌矿当中；孟恩陶勒盖矿床中铟在闪锌矿中的分配率则近99%。由此可知，在含锡硫化物矿床中，闪锌矿的大量存在使In产生富集，进而形成共(伴)生铟矿床的必要条件。因此，对于富锡且闪锌矿铟含量较高的矿床，若闪锌矿的矿物量偏少，也很难形成In的工业富集。如内蒙古额仁陶勒盖银矿床，其闪锌矿含铟量较高，w(In)在300×10-6～800×10-6之间，但由于矿床中闪锌矿属微量矿物，故In的总金属量很小；赣南部分钨锡矿床中闪锌矿的w(In)更是高达百分之几，但由于这些矿床中，闪锌矿均不是主要矿物，因而矿床的In的品位很低，铟金属量远无法达到工业矿床规模。In元素富集的矿物类型专属性决定了其不能单独开采，需在Zn的选冶过程中综合回收。

2.3 小结

上节已列出稀散金属元素—铟(In)在各成因类型铅锌矿床中的品位数据，需进一步求均值便于后期总量的估算。

此外，由于稀散金属资源通常为铅锌的伴生矿产，铅锌的金属储量直接决定了稀散元素的综合开采规模和回收利用价值。所以必须用每个矿山的铅锌储量(表内保有储量+查明资源储量)来设置权重，计算稀散金属元素的加权平均品位，而不能简单的用算术平均值来代替。

归纳各成因类型铅锌矿床中稀散金属元素加权平均品位见表4。

表4 我国各成因类型铅锌矿床中稀散金属元素加权平均品位Table 4 The weighted average grade of indium in Pb-Zn deposits of different genetic types in China

3 铅锌矿山中铟金属资源量估算

3.1 估算方法

本次研究主要采用组合分析法对我国伴生于铅锌矿山中的稀散元素进行资源量计算工作。该法利用矿石量与稀散元素在矿体内的平均品位的乘积，计算出稀散元素的金属总量。

一般情况下，铅锌矿体形状、产状变化多样，矿石呈致密块状，富矿体出现较多，矿物组合较为复杂，稀散元素多分布在金属矿物内(含稀散元素的非金属矿物甚少出现)。组合分析法充分考虑了各种类型铅锌矿床的成矿特点，利用该方法可精确、全面地计算出各稀散元素在地质体内的总量。

当现有数据局限时，也可配合利用单矿物法对稀散元素进行含量估算，即利用赋存稀散元素的主要金属矿物量乘以相应金属矿物中稀散元素的平均品位。这种方法可查明在主要金属矿物内的稀散元素总量，而非地质体内的，因而在两者进行换算时，就容易引起误差。但由于我国目前对于稀散元素提纯技术有限，只有赋存于主要目标矿物(即为闪锌矿、方铅矿)中的稀散元素才可加以回收。因此，这种误差对于统计我国铅锌矿床伴生的、现有选冶技术条件下能综合利用的稀散金属总量没有实质性影响，且对于探讨稀散元素的分布规律及为选矿、冶炼方面提供目的矿物，甚为有利。

1)组合分析法：P=Q×Ccp，其中，P为矿块中伴生稀散元素金属储量；Q为矿块中主元素的矿石量；Ccp为矿块中伴生稀散元素的平均品位。

2)单矿物法：Pi=q×Ci，其中，Pi为矿块中伴生稀散元素金属储量；q为矿块中主元素的矿物量；Ci为矿块各主金属单矿物中伴生元素的含量。

初步统计我国105个铅金属储量大于1万吨，109个锌金属储量大于2万吨的大、中型铅锌矿床储量平衡表数据(2002年数据)，计算它们金属总量及矿石总量见表5。这百余个矿床中的铅、锌金属保有储量之和约占全国总储量的95%，完全具有统计学意义。

表5 我国各成因类型铅锌矿床金属量、矿石量一览表Table 5 The metal quantities and ore reserves in Pb-Zn deposits of different genetic types in China

注：铅锌矿石总量 = (铅金属量 / 铅平均品位 + 锌金属量 / 锌平均品位) / 2。

3.2 估算结果

由前所述，在计算各成因类型铅锌矿矿石中稀散金属元素的加权平均品位时，并没有剔除未达到最低边界品位《矿产工业要求参考手册》的值，因此，在利用该加权均值估算稀散金属总量时，所求结果仅表示所有蕴含于铅锌矿矿石或各主要金属矿物中的稀散金属总量，并不具有矿产工业指标意义。如能继续开展研究工作，可进一步求得预测资源量。

由表5各成因类型铅锌矿矿石总量，及前述各稀散金属在铅锌矿石中的品位数据，按照组合分析法得出分布于我国铅锌矿山中的铟金属蕴藏量估算值：表内保有储量级别铟金属总量9832 t，查明资源储量级别铟金属总量26 115 t。组合分析法计算结果为赋存于矿石中的铟金属总量。计算过程中所用矿石数据分表内保有储量和查明资源储量两种类别，分别由铅、锌金属表内保有储量和查明资源储量计算得出。

由于铅锌矿床储量数据引自2002年储量平衡表，数据较陈旧。在过去近20年中，我国铅锌矿床找矿取得一些重大进展，如新疆塔西南地区(乌拉根)、藏北及冈底斯地区、湘西鄂西地区、内蒙古大兴安岭西坡等地，在一些有色金属矿山深边部也取得一批重要的找矿成果。由于缺乏这些矿床详细的地质资料及稀散金属元素数据，这些找矿的重要进展并未统计在本文的估算结果中。

在这些找矿进展中，MVT的找矿进展最为显著，如新疆乌拉根、陕西马元、湘西鄂西地区以及滇东北地区矿山深部等。由于这类矿床中稀散金属铟含量并不高，因此，在实际探明资源量中，铟金属蕴藏量不会有太大的变化。