山西汾西—交口一带硫铁矿成矿地质特征及开发利用前景

杨云亭

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031）



山西汾西
—交口一带硫铁矿成矿地质特征及开发利用前景

杨云亭

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031）

【摘 要】本文通过对山西汾西—交口一带硫铁矿的矿床地质特征、成矿规律及中国科学院过程工程研究所“贫硫铁矿硫铁强化富集与酸铁联产工艺技术方案”分析，阐述了该区硫铁矿良好的找矿及开发利用前景，对于有效解决山西低品位硫铁矿污染环境、占用土地、难于高效利用的行业共性问题具有重要的现实意义。

【关键词】硫铁矿；地质特征；矿床特征；低品位硫铁矿；开发利用

山西省汾西—交口一带位于吕梁山中南段，大地构造位置为汾西陆表海盆地（C-P），成矿区带属汾西煤、高岭土、铝土矿、耐火粘土、硫铁矿、铁、石膏矿带，区内沉积矿产成矿地质条件良好，矿产资源较多，有煤、水泥灰岩、熔剂灰岩、铝土矿、硫铁矿、赤铁矿、耐火粘土等，本区为山西省硫铁矿成矿条件最好的地区。

山西省硫铁矿大多为低品位硫铁矿，目前生产工艺的低回收率、高污染状况严重制约了低品位硫铁矿的开发利用，中国科学院过程工程研究所研制的“氰化尾渣酸铁高效利用产业化技术”制酸产业新工艺，为我省低品位硫铁矿的开发开辟了新的途径。

1 地质概况

区内主要出露地层有下古生界中上寒武统、下中奥陶统，上古生界中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、上二叠统上石盒子组，新生界新近系、第四系等。构造简单，总体为向北东倾斜的单斜构造，地层产状平缓，倾角一般为10～15°，有宽缓的波状起伏现象；仅西南部发育规模不大的断层，断层走向以北东（NE）向为主。

寒武系（∈2+3）：岩性主要为由紫红色砂岩、砂质页岩、灰绿色钙质页岩、灰岩、鲕状灰岩、白云岩组成的浅海相碎屑岩—碳酸岩建造，厚度217.4～263.4m。

奥陶系（O1+2）：岩性主要为由白云岩、含燧石（结核、条带）白云岩、白云质泥灰岩、白云质灰岩、花斑灰岩、灰岩组成的浅海相碳酸盐建造。厚度509.4～637.1m。

石炭系（C2+3）：为一套由砂岩、砂质页岩、页岩、铝土岩、灰岩、黄铁矿、煤层等组成的海陆交替相地层，厚度80～150m，为含矿层位。

二叠系（P1+2）：为一套砂岩、砂质页岩、页岩、泥岩、灰岩、薄煤层组成的陆相沉积地层。厚度484.2～699.1m。

新近系上新统（N2）：主要岩性为棕红色砂质粘土和砾岩层。厚度80～160m。

第四系（Q）：岩性主要为浅黄—棕黄色黄土、亚砂土、砂、砂卵砾石。厚度14～170m。

硫铁矿赋存于中石炭统本溪组，呈带状广泛分布于山岭的中下部。为一套由灰岩、含铁（铝）粘土岩、铝土岩、砂质页岩、页岩等组成海陆交替相地层，与下伏中奥陶统地层呈平行不整合接触。本组地层受下部中奥陶统马家沟组灰岩侵蚀面影响，厚度变化较大，厚度一般8.5～22.35m。

本溪组依其岩性可划分两段，自下而上岩性依次为：

（1）第一岩性段。

硫铁矿层：铜黄色、灰绿色、灰黄色含黄铁矿粘土岩，黄铁矿呈团块状、星散状构造，黄铁矿不均匀分布于粘土矿物中，覆盖层较薄处被氧化形成褐红色、紫红色的褐铁矿、赤铁矿。该层与底板灰岩、顶板粘土岩界线比较清楚，厚度变化较大，严格受奥陶系灰岩凹凸不平的古侵蚀面控制，一般厚度1～3m，部分地段缺失。

铝土岩（粘土岩）：层位相当于G层铝土矿，浅灰色、深灰色、局部为紫红色，泥质结构、碎屑结构，块状构造，主要成分为高岭石、水铝石、水云母等，下部铁质含量较高，向上逐渐减少。该层连续性好，厚度稳定，一般2.61～2.87m。

（2）第二岩性段。

灰岩：隐晶结构，块状构造，含生物碎屑，在其裂隙中有白—灰白色方解石细脉充填。厚度0.5～2m。

粘土质页岩：灰褐色、深黑色，泥质结构，叶片状构造，页理发育，风化后易成碎片，局部含有粉砂质。下部含有5～10cm的煤线，上部为灰黑色含炭质页岩。该层厚度稳定，一般6～9m。

页岩：灰色、浅灰色，页理发育，下部局部含粉砂质页岩、泥岩等。该层厚度变化较大，一般2～3m。

2 矿床特征

区内已有5处矿产地，以成家庄硫铁矿为典型代表。硫铁矿赋存于中石炭统本溪组的底部，沉积在中奥陶统灰岩侵蚀面之上，厚度明显受中奥陶统灰岩凹凸不平的古侵蚀面控制。

2.1 矿体特征

矿体呈似层状，产状与围岩一致，总体倾向40～70°，倾角6～15°。底板为上马家沟组灰岩，顶板多为粘土岩、铁铝岩，局部地段为山西式铁矿。根据硫铁矿氧化的特征及铁矿氧化物中有残余硫铁矿的现象，说明硫铁矿在本区原始沉积层位比较稳定，由于后期的剥蚀、氧化作用的破坏，致使硫铁矿的稳定性及连续性变差，呈不规则团块状分布，成家庄硫铁矿分为两个矿体。

成家庄矿体（Ⅰ矿体）：为主要矿体，北西—南东向长约1 480m， 北东—南西向宽约700m，赋存标高1 231.4～1 259.03m。矿体呈似层状，总体产状倾向约40°，倾角10～15°，连续性好，无夹层。矿体中北部最厚，向南北两侧变薄，厚度1.5～3.20m，一般1.5～2.35m，平均厚度2.14m；矿体全硫（TS）含量8.92%～31.17%，平均20.75%。

蔚家沟矿体（Ⅱ号矿体）：为主要矿体，北西—南东向长约920m， 北东—南西向宽约400m，赋存标高1 114～1 147.7m。矿体呈似层状，总体产状倾向70°，倾角6～10°。矿体厚度变化较大，西部较厚，向东部变薄，厚度0.70～3.7m，一般0.7～2.88m，平均厚度1.79m。矿体全硫（TS）含量8.19%～28.14%，平均17.79%。

2.2 矿石质量

矿石类型有团块状、致密状、星散状。

（1）粗粒团块状黄铁矿矿石：浅黄、灰黄色，粗晶粒状结构为主，团块状、块状构造，矿石主要由黄铁矿粒状集合体及粗大晶粒的黄铁矿和粘土矿物组成。黄铁矿呈浅黄铜色，晶体发育完整，多呈立方体，直径1～10mm，聚晶最大可达3cm以上，黄铁矿含量一般在40%～60%之间，是本矿区的主要矿石类型。

（2）细粒致密状黄铁矿矿石：灰绿、黄绿色，细晶粒状结构为主，致密块状构造，矿石主要由粒度细小的黄铁矿颗粒与粘土类矿物胶结而成，黄铁矿颗粒粒径多＜1mm，多呈单晶且较均匀分布在粘土矿物之间，黄铁矿含量一般都在60%以上，是本矿区的主要矿石类型。

（3）细粒星散状黄铁矿矿石：灰、灰绿色，特征与细粒致密状矿石基本一致，但黄铁矿细粒呈星散状稀疏浸染于灰色粘土岩中，黄铁矿含量一般只有30%～40%。

矿石矿物以黄铁矿为主，含极少量的高岭石及金属矿物。

矿石化学成分：S 8.02%～31.17%，一般14%～23%，平均19.42%；TFe 21.85%～72.74%，一般30%～35%，平均39.90%。

区内矿石平均品位S＜25%，为Ⅲ级品，属低品位硫铁矿。

2.3 矿石氧化特征

由于易氧化为褐铁矿、赤铁矿，硫铁矿的存在不仅与古地理环境有关，而且与地壳后期运动和现在的底板标高、埋藏深度等都有关系。

矿石氧化垂直、水平深度一般为30～50m，凡覆盖层薄的地段，硫铁矿多被氧化而成为赤铁矿、褐铁矿。一般覆盖地层有K2灰岩以上地层者，硫铁矿保存完整，不易被氧化；而上覆地层已被剥蚀出露为K2灰岩以下地层时，硫铁矿则有可能被氧化。

矿体底板标高在潜水面标高以下时，有可能氧化，而在潜水面标高以上时，则一般保存良好。虽矿体覆盖层厚，底板标高高于侵蚀基准面，但构造的发育也会对矿体产生影响，在断层、裂隙和陷落柱发育地段，矿体则有可能被氧化。

3 成矿远景

3.1 成矿规律

（1）硫铁矿的厚度严格受奥陶系灰岩凹凸不平的古侵蚀面控制，灰岩侵蚀面凹陷处硫铁矿层厚度大且品位高，凹陷面积越大、深度越深，矿层越厚且品位越高；相反在侵蚀面凸起处，则矿层较薄，直至缺失形成无矿天窗，矿石品位也较低。

（2）由于生成的环境不同，硫铁矿与铝土矿成消长关系，即硫铁矿发育则铝土矿质量差、厚度小，铝土矿发育地区则硫铁矿规模小、质量差。矿层顶板为粘土岩时，一般矿层较厚，品位也较高；而顶板为铝土岩时，则矿石品位有所下降。

（3）硫铁矿形成后，在上覆盖层保留上石炭统太原组二段K2灰岩以上地层、无大的断裂构造（节理裂隙不发育）且矿层处于地下水侵蚀基准面以上的情况下硫铁矿层一般保存完整，否则硫铁矿层有可能被氧化，故K2灰岩出露外边界线一般可作为硫铁矿体的外边界线。

（4）霍西盆地（汾西、交口、灵石）是硫铁矿沉积形成和富集的有利场所。

3.2 远景分析

根据山西省研究成果，汾西—交口一带为石炭系铁铝岩沉积盆地的中心。

区内硫铁矿含矿层位中石炭统本溪组地层广泛分布，且矿层较厚、品位较高、矿石易加工，覆盖层有太原组及其以上地层，硫铁矿保存不被氧化的条件也较好，找矿标志（K1、K2、K3灰岩和砂岩）发育，硫铁矿成矿地质条件好，根据成矿规律分析可圈出汾西县城—交口回龙、盈村—青山峁、勍香—南庄等三个成矿远景区（见图1）。

汾西—交口一带是山西省硫铁矿成矿条件最好的地区，发现大中型硫铁矿具有良好的远景。

4 开发利用前景

目前山西省硫铁矿炼硫磺、制酸的生产方法回收率低、污染空气和地下水、危害农作物。每生产lt硫酸就会产生0.8～0.9t烧渣（工业废渣），而烧渣一般采用堆填处置，不仅占用大量土地，而且硫铁矿烧渣若受到细菌作用会氧化成水溶性硫铁矿，如果烧渣堆放不合理，靠近水体或遇到下雨，烧渣中残留的硫等各类残余物质就会排放进入水体，使水体严重酸化，腐蚀桥梁、船舶，造成环境污染，这就是常说的红水的危害。

中国科学院过程工程研究所研制的“贫硫铁矿硫铁强化富集与酸铁联产工艺技术方案”是“氰化尾渣酸铁高效利用产业化技术”制酸产业新工艺（见图2）。

富集工艺采用“一次粗选、一次扫选、两次精选”的短流程选矿模式将S含量20%～30%的低品位硫铁矿提高至47%以上，大大提高了低品位硫铁矿的利用率。

汾西恒达科技有限公司拟在汾西县投资建设“100万吨低品位硫铁矿硫铁强化富集与酸—铁联产示范项目”，该项目从“源头减排”出发，有效解决了低品位硫铁矿污染环境、占用土地、难于高效利用的行业共性问题，对于科学处理小硫酸厂遗留的大量尾矿废渣、开发利用汾西—交口一带低品位硫铁矿资源，发展节能减排清洁环保综合利用具有重要作用和良好的应用前景。

图1　山西汾西—交口一带硫铁矿成矿远景区分布图

图2　贫硫铁矿硫铁强化富集与酸铁联产工艺流程

【参考文献】

［1］郭雅儒，陈平，张铁林，等.山西省非金属矿产及利用［M］.山西：山西人民出版社，1989.

［2］陈勇.山西省汾西县成家庄硫铁矿详查报告［R］.山西：中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，2014.

［3］汾西县100万吨低品位硫铁矿硫铁强化富集与酸-铁联产示范项目［R］.北京：中国科学院过程工程研究所，2011.

［4］区域地质调查报告1/20万（临汾幅、汾阳幅）［R］.山西：山西省地质局区域地质调查队，1976.

【中图分类号】TD871.6

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）02-0046-03

【收稿日期】2016-04-12