菱鐵礦礦床鐵帽的特征及其與硫化物礦床鐵帽的區別

1.研究的意義和主要矛盾世界上絕大多數的菱鐵礦礦床都有褐鐵礦鐵帽發育，它們中的絕大多數是通過鐵帽露頭逐漸發現原生菱鐵礦床的。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構構造上頗為相似。特別當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時，這類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別。我國湖北黃梅菱鐵礦和貴州觀音山菱鐵礦的發現過程延長了幾十年，主要原因就在于一直以為是硫化物的鐵帽所致。因此，如何快速評價菱鐵礦礦床的鐵帽，是一個值得深入研究的課題，而其主要矛盾應在于它和硫化物礦床鐵帽的區別。2.菱鐵礦礦床的鐵帽普遍含錳高從三種類型鐵帽、褐鐵礦多元素分析結果（見表5.2、表5.3和表5.4），對比M⁃欄和S⁃欄、O⁃欄的數據可見：MnO的含量，菱鐵礦礦床的鐵帽明顯地而且大大地超過硫化物礦床和氧化鐵礦床的鐵帽。將三種類型鐵帽褐鐵礦含錳情況按遞降順序繪如圖5.3，可發現菱鐵礦礦床鐵帽除個別外，含MnO均大于0.5%，而在另兩類鐵帽中，含MnO大于或等于0.5%的只是極少數。為了論證菱鐵礦石含錳高的普遍性，曾收集國內外主要菱鐵礦礦床礦石的含錳資料，國內26個菱鐵礦礦床礦石含MnO為0.50%～11.86%，平均含量為2.71%（見表5.6），國外22個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%（見表5.7）。這些資料充分說明了菱鐵礦石含錳高是普遍的規律。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系，需要查清錳在菱鐵礦石中的賦存狀態。而關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物理性質極為相似，單礦物的純度幾乎無法保證，為使能合理地說明問題，研究了用物相分析方法從較富的原生菱鐵礦石中直接測定菱鐵礦單礦物的化學組成，并對我國12個省、自治區的21個菱鐵礦礦床產出的菱鐵礦進行了單礦物化學組成的測定，結果列于表5.8。該結果肯定了菱鐵礦中普遍存在類質同象狀態的錳，根據21個菱鐵礦的統計，單礦物含MnO為1.36%～16.61%，平均含量為2.70%。充分說明菱鐵礦石中的錳主要以類質同象狀態賦存在菱鐵礦中。4.菱鐵礦氧化后的元素遷移規律菱鐵礦礦床的鐵帽褐鐵礦是原生菱鐵礦石經長期氧化作用的產物。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程的元素遷移規律為此，搜尋并選擇了幾處基本上未經淋失的褐鐵礦⁃菱鐵礦石。一個采自陜西大西溝菱鐵礦（沉積成因），一個采自山東萊蕪姜家峪菱鐵礦（中、低溫熱液成因），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），后者兩側呈深赭色（氧化礦石），中間呈米黃色（原生礦石），對原生和氧化部分分別切取并加工研細后作鐵和錳的化學物相分析，結果列于表5.9。圖5.3 三種類型鐵帽褐鐵礦的錳含量分布圖從表5.9結果可見，菱鐵礦在被氧化后，幾乎定量地轉變為褐鐵礦，菱鐵礦中以類質同象狀態存在的錳則幾乎是定量地轉變為褐鐵礦中類質同象狀態的錳。錳在現代地表條件下的遷移、沉積規律，可從兩方面分析：一是菱鐵礦中以類質同象狀態存在的錳，當鐵被氧化為褐鐵礦時，它也同時被氧化為三價狀態進入褐鐵礦，其空間分布基本不變，即轉而以類質同象狀態賦存在褐鐵礦中，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，Fe2+與Mn2+均形成重碳酸鹽絡離子狀態遷移，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，在遷移過程中，在通常的地表條件下，Fe（OH）3將先于 Mn（OH）2析出沉淀，從而形成鐵錳分開，繼續遷移的Mn2+終將被氧化而沉積為高價錳的水化物并逐漸轉化為高價錳的獨立礦物欽錳礦（MnO2），這是現代地表條件下Mn2+離子遷移的主要歸宿。表5.6 國內菱鐵礦礦床的原生礦石化學組成續表表5.7 國外主要菱鐵礦礦床的礦石化學組成（wB/%）5.錳主要呈類質同象狀態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，且錳主要呈類質同象狀態賦存在褐鐵礦中，該特征有可能用來區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。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〕，其鐵和錳均可以類質同象狀態存在。但是，硫化物礦床的表生地球化學表明，當閃鋅礦被氧化時，硫被氧化成 ，形成酸性環境。這時Zn2+、Fe2+和Mn2+均將呈離子狀態遷移。遷移的結果，一如前述，鐵和錳將形成先后沉淀，錳則最終轉化為高價錳的獨立礦物。根據上述元素演化規律分析，設計了鐵帽褐鐵礦中錳的物相分析方法，可測定碳酸鹽錳、褐鐵礦類質同象錳和高價錳的獨立礦物三相。見第一章第十七節錳的物相分析。表5.8 若干菱鐵礦礦床的菱鐵礦單礦物化學組成表5.9 菱鐵⁃褐鐵礦礦石分別切取時測得鐵和錳的物相分析結果6.已知成因鐵帽的檢查驗證曾經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個礦樣（其中菱鐵礦礦床鐵帽12個，硫化物礦床鐵帽4個，氧化物礦床鐵帽褐鐵礦5個）進行了錳的化學物相分析，結果列于表5.10。表5.10 原積鐵帽褐鐵礦中錳的物相分析結果從表5.10結果可見12個菱鐵礦礦床鐵帽樣本，錳呈褐鐵礦中類質同象狀態的占有率為48%～88%，而4個硫化物礦床鐵帽中，錳呈高價錳獨立礦物存在的占有率為52%～92%，5個氧化物鐵帽褐鐵礦，除非洲尼日爾沉積鐵礦外，錳的賦存狀態規律同硫化物礦床鐵帽。將褐鐵礦中類質同象錳對總錳占有率按遞降順序作圖（圖5.4），可見，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質同象錳占有率48%之上。而硫化物礦床和氧化物礦床鐵帽的褐鐵礦中類質同象錳占有率則在50%以下。而高價錳獨立礦物狀態錳的占有率均在50%以上。應該指出，一些元古宇老地層中產出的菱鐵礦床的鐵帽，由于地質年代已經很久了，鐵帽大多有所遷移而使其中錳的賦存狀態具有遷積鐵帽褐鐵礦的特征，這在評價中應予以注意。圖5.4 三種類型鐵帽褐鐵礦中與鐵結合錳占有率圖7.小結菱鐵礦礦床鐵帽的一個重要特征是含MnO大于或等于0.5%，而且錳主要（≥45%）呈褐鐵礦中類質同象狀態存在，這也是它與硫化物礦床鐵帽和氧化物礦床鐵帽的重要區別。
備注：數據僅供參考，不作為投資依據。