德兴铜矿尾矿地球化学特征
2020-03-16
来源:步旅网
第37卷第4期 物探与化探 V01.37.No.4 2013年8月 GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Aug.,2013 DOI:10.11720/j.issn.1000 ̄918.2013.4.11 德兴铜矿尾矿地球化学特征 潘含江 ,程志中 ,杨榕 ,贺灵 ,商云涛 (1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊065000;2.中国地质调查局发展 研究中心,北京100037) 摘要:对德兴铜矿1号尾矿库进行系统钻探取样,采用粒度测试,X射线粉晶衍射测试,主、微量元素测试等多种 方法,综合研究尾矿的矿物成分、化学成分及赋存状态等特征,探讨尾矿库中不同元素空间分布特征及尾矿可利用 性。结果显示:尾矿主要矿物成分为石英和绢云母,金属矿物含量小于1%,以粉砂质为主。排放过程中的重力分 选作用使元素从排砂口向远离排砂口方向呈有规律的分带现象。从排砂口向远处,矿物粒度变细,元素可分为s、 cu、Fe、Mo、Ag、cr__,si0:、Au、Hg—A1:O 、T1三个分带。德兴铜矿1号尾矿库经过多年的尾矿堆放,矿物及元素的 赋存状态和地球化学特征具有继承加改造的双重属性,黄铁矿含量显著下降,绢云母随时间推移更多的风化为伊 利石,Cu、Mo、S、Fe、Ca、C等流失,这都是表生地球化学作用的结果。 关键词:德兴铜矿;尾矿;地球化学特征 中图分类号:P632 文献标识码:A 文章编号:1000—8918(2013)04—0627—06 资源和环境是全球关注的热点问题。几十年来 5.76 km 的裸地和207 km 尾矿堆积区。德兴铜矿 的矿业大开发,产生了大量的废弃物。据统计截止 目前有1号、2号及4号三个尾矿库。笔者研究的 到2010年底,我国现有尾矿库12 700多座,尾矿累 是位于泗州镇的德兴铜矿1号尾矿库,该库1965年 计堆存量为110亿t,2010年当年就产生尾矿约14 投入使用,承担德兴铜矿1号选厂尾矿堆积任务,采 亿t,而且还在以每年10亿t的速度增长。这些尾 用上游法筑坝,1987年闭库。尾矿库面积为2.1 矿中蕴含着许多宝贵的资源,如能利用好这些资源, kln。,其中坝体面积1.73 km ,库内尾砂沉积面积为 既可缓解资源紧缺的问题,又可对耕地和环境保护 0.24 km ,水面0.16 km ,堆积尾矿2 150万m ,坝 产生积极影响 。德兴铜矿是我国大型的斑岩型 体绝对高度87 Ill,尾矿库表面覆有20—30 cm的覆 铜(钼)矿之一,为我国大型的露天开采铜矿山,大 土。1号尾矿库三面环山,西北边为阶梯状的坝体, 规模开采历史已有50余年。在开采过程中留下了 排砂口位于坝上,向东南方向排放尾砂。随着尾矿 大量的尾矿,德兴有亚洲最大尾矿库(4号尾矿库)。 库中尾矿的增多,坝体逐步向上加高,排砂口位置也 前人在德兴铜矿尾矿成分、尾矿综合利用及尾矿库 随坝体移动。尾矿库已复垦,库内主要种植芦苇,少 复垦方面已作了大量工作 ,但是针对尾矿库内 见其他动植物。坝体植被丰富,有周围居民已在坝 部还缺少系统、整体的地球化学研究,元素在尾矿库 体上种植蔬菜,养鸡等。从坝体向库内,尾矿含水量 中的含量、空间分布、赋存形式等尚待查定。为了不 增加,库内东南部为深度沉陷区,最内侧为池塘,有 妨碍矿山正常生产,并且研究尾矿在长期堆放过程 居民在此养鱼。钻探取样过程中发现,尾矿库从浅 中是否会发生元素分异、迁移、转化等地球化学行 到深含水量多大于20%。 为,笔者选取已闭库20多年的德兴1号尾矿库,在 典型剖面利用钻孔取样,系统研究尾矿库中不同位 2样品采集与测试 置、不同深度物质的地球化学特征。 在德兴铜矿1号尾矿库布置了35个钻孔,钻孔 1工作区概况 间距为100 m X 100 m。选择垂直于尾矿坝的一条 剖面进行讨论,采样钻孔位置、深度及样品数如图1 德兴铜矿自1958年露天开采以来,已造成了 所示。采样时先去除上覆土壤,采用连续劈心法采 收稿日期:2012—07—16 基金项目:全国尾矿地球化学调查与评价(1212011087084) 物探与化探 37卷 图1 德兴铜矿1号尾矿库钻孔取样位置 样,用小铲子至上而下将样品均匀分开,在1 m范围 内连续取样,然后将样品装入相应编号布袋中,样品 表1德兴铜矿1号尾矿库3个钻孔粒度数据统计 钻孔号 TZ10 参数 黏土/% 粉砂/% 平均值 11.78 34.24 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 砂/% 中粒径/Ixm 78.8l l13.O5 14.57 质量约为3 kg。同时现场记录采样钻孔的坐标,采 样编号及深度,样品颜色、含水量、成分及粒度等。 尾矿样品粒度测试由中国地质科学院地球物理 地球化学勘查研究所完成,使用丹东市百特仪器有 限公司生产的BT-9300S激光粒度分布仪。 尾矿砂光、薄片鉴定和x射线粉晶衍射由吉林 2O.34 6.66 17.3O 64.23 23.69 55.02 73.37 41.72 65.78 74.2l 28.77 46.51 8.98 16.77 52.08 29.69 12.65 22.87 28.24 12.82 平均值 最大值 大学材料科学与工程学院完成。x射线衍射仪为日 本理学Rigaku D/max2550型。 样品化学元素分析测试由河南省岩石矿物测试 中心完成。采用粉末压片x荧光法测定K:O、 Na。O CaO、MgO SiOl A1j Oj、FejOj C、P、Ti Cr、 最小值 所有样品 最大值 平均值 卯 l7.79 6.66 一醯矾”一一 m一 ¨钉 一B凹一 53.O8 74.21 23.69 39.75 9.16 38.61 113.1 8.98 ∞ 29.69 最小值 6.66%~29.69%,平均17.79%;粉砂含量最多,达 23.69%一74.21%,平均为53.08%;砂所占比例为 0.07%~69.65%,平均29.13%。可见德兴1号尾 Mn、Zn、P等;ICP.MS测定Cu和T1;泡塑吸附一硫 脲解脱一石墨炉原子吸收法测定Au;发射光谱法测 定Ag;催化极谱法测定M0;燃烧碘量法测定s。 矿库中的尾矿以粉砂为主,其次为砂和黏土。值得 注意的是,各个钻孔间尾矿的粒度呈规律性变化,沿 着排砂方向,即尾矿排入尾矿库后的流动方向,尾矿 砂粒度显示出很好分异性,TZ10、TZ23和TZ29号 3结果与讨论 3.1粒度特征 尾矿主要为细一粉砂,少量黏质和粗砂。粒度 组成是表述碎屑类沉积物特征的重要指标之一,国 内外所运用的粒度标准并不统一。本次对粒径分组 采用如下的划分方案:黏土(<5 txm)、粉砂(5~63 m)、砂(>63 m) 。 钻孔尾矿的中位径平均值分别为78.81、28.77和 16.77 Ixm,黏土和粉砂的含量逐渐增加,砂质所占 比例逐渐减小。 3.2矿物特征 从德兴1号尾矿库TZ23号钻孔岩芯中挑出不 同深度的10件样品,通过尾矿砂片光及薄片镜下观 TZ10、TZ23和TZ29三个钻孔70件样品的分析 结果显示(表1),尾矿的粒度变化较大,中粒径为 察、x射线粉晶衍射分析确定,尾矿中石英含量最 高,平均为55.4%,其次是绢云母和伊利石,占到 8.98~113.1 m,平均38.61 Ixm。黏土所占比例为 4期 潘含江等:德兴铜矿尾矿地球化学特征 ・629・ 23.34%和10.73%,绿泥石和方解石(白云石)占了 表2德兴1号尾矿库TZ21钻孔尾矿矿物含量 % 少数,分别为6.91%和3.63%。金属矿物含量小于 1%,主要为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿和褐铁矿,黄 铁矿和黄铜矿常呈不规则粒状包裹在脉石矿物中, 褐铁矿由黄铁矿氧化而来。 绢云母和伊利石的含量此消彼长,呈较好的线 性关系(图2)。随着深度的增加,各矿物含量均有 变化(表2)。绢云母含量有减少的趋势,而伊利石 含量逐渐增加,局部有波动,34 m处伊利石含量达 到23%,超过绢云母。矿石中本身含有少量伊利 石,云母等硅酸盐矿物在风化脱钾的情况下可形成 伊利石,为弱风化强度的标识。随着深度的增加,即 3.3尾矿地球化学特征 堆放时间的增加,绢云母更多的风化成伊利石。伊 对4个钻孔190件尾矿样品作了多元素分析, 利石属于吸附能力较强的黏土矿物,对Pb和As有 表3为德兴铜矿尾矿的元素含量,可见尾矿主要由 着较强吸附能力。金属矿物含量与田信普 报道 SiO (平均65.5%)、A12O,(平均15.6%)和Fe2O3 的尾矿中黄铁矿平均含量为3.5%相差甚远,可能 (平均4.29%)组成,其他组分均小于5%,属于长 由于风化作用所致。 英岩型尾矿¨ 。数据统计结果显示,尾矿中元素含 量变化较大,Si、P、A1的变异系数(c )相对较小,分 别为3.7、5.0、6.4;S、Mn、Na、Cr、Pb、Cu、C和Au的 墨 变异系数都在20以上;Au最高,达到了38.2(图 熏 3);说明尾矿的物质成分不均匀,可能会在某些部 位富集形成可利用的矿体。 与德兴铜矿矿石的化学成分相比,尾矿中 SiO:、A1:O3和K O含量略有升高,平均值分别增加 了2.6%、3.1%及1.3%;Fe O 含量变化最大,从 图2德兴1号尾矿库TZ21钻孔绢云母与伊利石含量关系 14.7%下降到4.29%;Cu的平均含量从0.73%降 表3德兴1号尾矿库钻孑L元素含量统计(n=190) 注:各钻孔的指标含量为样品数据平均值;n为样品数。 4期 潘含江等:德兴铜矿尾矿地球化学特征 品数据进行网格化,制作尾矿剖面地球化学图,研究 各元素在空间位置上的分布特征。从各元素的剖面 地球化学图可以看出,各元素在空间上分布都不均 匀(图4),这与元素含量变异系数大的特点相吻合, 可能的因素有:排放过程中水流对尾矿粒度和矿物 的分选作用;排放历史上矿石品位和选矿工艺的差 异;堆存过程中所受到的表生地球化学作用。 总体上看,元素在尾矿库的分布具有分带性:s、 Fe、cu和Mo的含量高值区最靠近排砂口位置,SiO 和Au富集于尾矿库中间位置,而A1 O。和11在远 离排砂口的位置含量最高。S、Fe、Cu和Mo主要以 金属硫化物的形式存在,由于密度较大,迁移距离 短,故在靠近排砂口的位置沉淀下来;SiO 主要以 石英的形式存在,A1 0,主要赋存在绢云母及伊利 石中,它们的比重都较轻且颗粒小,都能随着水流移 动到较远距离,所以排砂口附近含量都较低。但石 英主要呈不规则粒状,绢云母呈片状,在相同水动力 条件下绢云母能移动的更远。Au可能存在于石英 中,Tl则常赋存于硅酸盐中。 德兴1号尾矿库中cu含量范围为0.063%~ 0.169%,平均值0.111%。表4为德兴1号选厂历 年的铜矿石选矿指标,1号选厂的尾矿排入1号尾 矿库中。从1965—1985年,随着选矿工艺的改进, 尾矿中cu的含量呈现下降的趋势。理想状态下尾 矿中cu应该在尾矿库深部富集,浅部低贫,但本次 钻孑L取样分析结果并非如此。不同钻孔点位尾矿 Cu含量在垂向上变化都不尽相同。 表4德兴1号选厂历年铜矿石选矿工艺指标 % 堡 !箜 ! !! !!! ! !!! 翌 原矿品位0.664 0.515 0.510 0.526 0.515 0.547 0.559 回收率 77.51 77.40 81.12 82.26 85.86 86.20 85.O1 尾矿含量0.149 0.116 0.096 0.093 0.073 0.075 0.084 4结论 以德兴铜矿尾矿为研究对象,通过化学成分分 析,结合矿物成分和粒度分析,对德兴铜矿1号尾矿 库(最早堆放)元素空间分布特征进行了研究,获得 如下结论。 (1)尾矿库元素分布的基本特征为:尾矿以粉 砂质为主,黏土和砂的含量变化较大,与排砂口位置 关系密切。矿物以石英、绢云母、伊利石、绿泥石、方 解石(白云石)为主,还有少量黑云母、黄铁矿、黄铜 矿,偶见磁黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿等,金属 矿物含量小于1%。矿物在排放过程中的重力分选 作用很大程度上决定了元素的分布,从排砂口向尾 矿库内部方向大致可分为3个带:(s、cu、Fe、Mo)一 (SiO2、Au)一(A12O3、T1)。 (2)德兴铜矿1号尾矿库中尾矿经过了多年的 堆放,其元素和矿物的赋存状态和地球化学特征具 有继承加改造的双重属性。黄铁矿含量显著下降, 绢云母随着时间增加更多的风化为伊利石,Cu、Mo、 s、Fe、ca和c等流失,这都是表生地球化学作用的 结果。 参考文献: [1] Annika Parviainen.Tailings Mineralogy and Geochemistry at the A- bandoned Haveri Au—Cu Mine,SW Finland[J].Mine Water Envi— ion,2009,28:291—304. 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Key words:Dexing copper mine;tailing;geochemical characteristics 作者简介:潘含江(1986一),男,助理工程师,主要从事尾矿及矿产勘查地球化学方面的研究。 上接602页 QUANTITATIVE CALCULATION AND ANALYSIS OF SEISMIC WAVE ATTENUATION IN WESTERN SICHUAN BASIN DEPRESSION TU Yuan-gen,WANG Da-yuan,LI Hua—ke (Southwest Exploration and Production Research Institute,Southwest Branch Company ofSINOPEC,Chengdu 610000,Chia) nAbstract:In western Siehuan basin depression,the marine facies target layers are buried in great depth,resulting in narrow frequency band of reffected seismic data.Hence seiemic resolution can not meet the need of prospecting goals,and low seismic resolution is re— sponsible for stratigraphic absorption attenuation.In order to understand completely the reason for the attenuation of seismic waves,the authors built a model for western Sichuan basin depression strata,then calculated quantitatively spherical divergence,absorption and transmission attenuoltion of seismic wave based on the model,and combined the calculated attenuation values with seismic data,VSP and Walkway..VSP data to analyze the factors affecting high frequency reflected sinagl acquisition recording of deep layers.It turns out that the serious absorption attenuation of shallow strata above 1500 meters is the fundamental cause responsible for high frequency con— Donent 1osses of deep layers in western Sichuan basin depression and,as for the marine facies target layers buried deeper than 5000 me— ters.field acquisition data can only reach about 40Hz frequency band.Therefore,the field acquisition methods aiming at deep target layers should focus on reducing background noises and increasing acquisition density to enhance weak reflection sinagls of deep layers so as to improve the seismic prospecting precision,rather than solely focus on improving the seismic resolution. Key words:seismic wave;absorption attenuation;quality factor;spherical divergence;VSP 作者简介:涂远艮(1977一),男,1999年毕业于成都理工学院应用地球物理专业,主要从事地震资料采集及方法研究工作。