重庆南川铝土矿沉积物源及含矿岩系伴生锂赋存状态和富集机理研究

发布时间：2020-11-04 00:38

　　 锂是中国战略性新兴产业发展不可或缺的关键矿产之一,古风化壳沉积型铝土矿常共伴生的锂是潜在的巨大锂资源库,是沉积型锂矿最重要的找矿方向之一。为充分认识铝土矿成矿过程及其含矿岩系共伴生锂的分布特征、赋存状态和富集机理,丰富沉积型锂矿成矿理论,本文以黔北—渝南成铝带重庆南川沉积型铝土矿为研究对象,开展了野外地质调查、矿物学、全岩地球化学、微区原位分析、碎屑锆石年代学和同位素研究。研究表明铝土矿碎屑锆石主要为陆壳的、与造山/弧作用相关的花岗岩类锆石,U-Pb年龄从太古代到晚泥盆世(3054~406 Ma)均有出现,但高峰在1251~732 Ma,峰值年龄出现在800 Ma和1000 Ma,且锆石ε_(Hf)(t)值主要分布在-15~10。铝土矿和韩家店组、黄龙组一致的碎屑锆石年龄分布和沉积古地理环境暗示后两者是铝土矿最直接的物源。对比华南板块不同地层的地质特征、锆石U-Pb年龄和Hf同位素,发现来自江南造山带西段和华夏古陆板块南岭—云开地块的中新元古代长英质岩石是碎屑锆石最主要的初始物源,而扬子西缘和北缘贡献较少。含矿岩系中的锂与铝土矿伴生,铝土矿及其成矿母岩长时期的风化-沉积作用是伴生锂的主要形成机制,碎屑锆石指示初始物源区与锂的富集无关。(古)海陆交汇的弱氧化-弱还原的陆相、海陆过渡相环境里,近物源区的滨海沼泽—泻湖潮坪相沉积体系,高盐度、强蒸发的干燥条件是Li富集的理想场所。本区铝土矿含矿岩系中的锂主要在中上部富集,即致密状铝土矿—硬质块状黏土岩,其次在铁质岩中也有富集,顶部煤层(线)中亦存在锂富集现象,但在土状铝土矿层中不富集。就元素相关性而言,Li的富集因素主要由主量元素显示,尤其与Al、Si关系密切,与大部分微量元素均无明显关系。从赋存矿物方面,锂主要和黏土矿物有关,尤以高岭石和伊利石最为重要,与硬(软)水铝石关系不大,铁(矿物)的有无和价态高低对锂的富集有影响。锂赋存状态较复杂,在铝土矿(岩)含矿岩系中呈简单离子吸附态的锂元素很少,而主要以类质同象置换方式赋存于黏土矿物和铝矿物中,并以黏土矿物为主。同时不能完全排除锂的独立(黏土)矿物存在。在黏土矿物中可能存在Li~++A1~(3+)→Si~(4+)的异价类质同象;水云母在合适温压条件下也存在Li~++A1~(3+)→2Fe~(2+)代换系列;早期成岩阶段形成的硬水铝石类矿物可能存在较弱的Li~++Mg~(2+)→Al~(3+)置换;Li~+主要以补充到未占满的八面体空隙或六方网中心的形式稳定存在。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P618.45
【部分图文】：

竹园铝土矿床的致密状铝土矿岩Li品位达5261.7×10-6（崔滔等，2013），山西平陆曹川铝土矿床的灰黑色铝土岩Li品位最高达8875×10-6（陈平等，1997）。中国铝土矿（岩）中锂的含量在各种沉积型锂矿中居于前列，并且铝土矿查明储量已超过50亿吨，基础储量超过10亿吨，其伴生锂资源的储量十分可观。同时中国是铝工业大国，铝土矿产量和消费量已连续17年位居世界第一，而黏土提锂在世界工业上的进展性突破也为铝土矿中锂的综合利用提供了广阔前景，故铝土矿（岩）中的锂资源是不可忽视的，是沉积型锂矿最重要的找矿方向之一。图1-1中国不同矿床伴生锂资源平均品位1.2选题依据及意义1.2.1选题依据中国铝土矿资源储量居世界第六，集中分布于山西、河南、广西、贵州、云南、重庆等省市，合计超过全国铝土矿保有资源量的90%。铝土矿可根据下伏基底岩性分为覆盖于碳酸盐岩上的喀斯特型（沉积型）和由铝硅酸盐岩原位风化形成的红土型铝土矿（Bárdossy,1982），或根据矿床成因将其划为古风化壳沉积型、红土型和堆积型（高兰等，2014）。就矿床类型而言，我国相对国外主要产铝国家缺乏优质红土型铝土矿，90%以上为古风化壳沉积型和堆积型，矿石多中低硅铝比并且大多不适合露天开采，耗能高、开采成本大。但从不同类型铝土矿的赋锂特点（表1-1）来看，红土型铝土矿（岩）伴生锂资源最少，基本不富集锂；堆积型铝土矿亦不富集锂；古风化

区域地质背景及矿床特征102区域地质背景及矿床特征2.1铝土矿成矿区带黔北—渝南成铝区主要包括黔北务川、正安、道真和渝南南川、武隆等地区（图2-1），主要成矿类型为古风化壳沉积型，与黔中地区的铝土矿含矿岩系结构“上覆下石炭统摆佐组（C1b），含矿岩系下石炭统九架炉组（C1jj），下伏中上寒武统”存在相似性，二者属湘鄂西－黔中南汞-锑-金-铁-锰（锡-钨）-磷-铝土矿-硫铁矿-石墨成矿亚带（徐志刚等，2008）。该区已发现矿床（点）76个，资源储量3.34亿t，平均品位57%（孙莉等，2018）。锂在本区铝土岩和黏土岩异常富集，平均Li品位分别大于1000×10-6和500×10-6，并且渝南地区的铝土矿和铁质铝（黏）土岩中平均Li品位也高于500×10-6，北部务川大竹园、瓦厂坪，正安新木—晏溪、道真新民，南川九井、大佛岩、洪官渡，武隆申基坪等矿床（李再会等，2012；张莹华等，2013；邓国仕等，2014；韩忠华等，2016）的铝土岩w(Li)可达1500×10-6~3000×10-6。本区铝土矿（岩）伴生的锂资源十分丰富，在区域上呈现北高南低且东西两侧较中南部更高的趋势（金中国等，2018）。仅大竹园矿区估算333类Li2O资源量就超过6万吨（李沛刚等，2014）。图2-1黔北—渝南铝土矿地质简图（a.据刘平，1999；b据Lietal.,2013）2.2区域地层南川水江铝土矿床位于黔北—渝南黔北铝土成矿带北部，研究区内岩石类型以沉

区域地质背景及矿床特征12其南西界为哀牢山—红河断裂带，北西界为程江—木里、龙门山断裂带，北部为秦祁昆造山系。古华南板块拼合（～850Ma）的重要标志—长约1500Km，宽约200Km的江南（四堡）造山带从桂北、黔东经湘西、赣北直至皖南、浙西横贯于华南板块，形成了呈区域构造角度不整合接触的两套变质沉积序列。在扬子板块西缘则分布着长约1000Km，近NS向的新元古代岛弧/裂谷带，即攀西—汉南带。黔北—渝南铝土成矿带大地构造位置主体属扬子板块南部碳酸盐台地中部，西接川中前陆盆地，东邻扬子东南缘被动边缘盆地，南川水江铝土矿床位于该成矿带北端。图2-2华南板块大地构造及前寒武地层分布简图（底图据Sunetal.,2018）新元古代早期，武陵（四堡）运动使区域地层褶皱上升为陆并遭受风化剥蚀；新元古代晚期，在Rodinia超大陆裂解背景下形成了南华裂谷盆地和川滇裂谷盆地，分别发育了巨厚的海相和陆相沉积并伴有相应的裂谷型岩浆活动，前者一直持续到了奥陶纪（张国伟等，2013）；奥陶纪末期至志留纪早期，雪峰隆起和黔中隆起逐渐抬升，随即黔中隆起逐步与康滇古陆相连并向东发展渐渐融入雪峰隆起；晚志留世受广西（加
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本文编号：2869340