铝土矿资源地质类型分布及开采技术探讨

朱 生

（贵州遵义一0六地质矿业有限责任公司，贵州 遵义 563000）

铝不仅是工业生产的重要原料，也是一种战略性资源，铝土矿的勘探和开采，直接决定了我国资源战略的安全。近年来，随着工业迅速发展，对铝土矿的需求逐渐增加，同时也对勘探和开采技术提出了新的要求。总结起来，铝土矿开采主要分为露天开采和地下开采两种方式，应结合分析地质条件、资源分布和技术设备等因素后进行确定[1]。只有保证开采技术科学合理，才能实现经济效益和社会效益的最大化，以下结合工程实例进行探讨。

1 工程概况

以钟山采矿场为例，位于遵义市区东南约50公里处，隶属于播州区团溪镇管辖，距播州区城区约45公里。地理座标（2000坐标系）：东经107°03′46″～107°04′48″，北纬27°24′45″～27°25′05″。矿区附近有团溪－遵义、团溪—珠藏的乡村公路通过，区内有简易公路相通，交通比较方便。

1.1 地形地貌

本区以溶丘、岩溶洼地、坝子等地貌发育，属岩溶风化剥蚀的低中山地貌类型。全区地势东高西低，地形坡度为10°～40°，为缓-中缓坡，最高海拔为1160m，最低为1042.20m，一般高差50m～100m。区内植被发育，覆盖面积占矿段总面积的1/3以上。

1.2 气象水文

矿区属中亚热带湿润季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。常年平均气温14.7℃，相对湿度一般为79%，多年平均降水量1097.8mm，每年4-8月为雨季，年度平均蒸发量为985.6mm。

1.3 地质灾害

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），矿区所在的地区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，地震基本烈度为Ⅵ度。调查显示，区内无活动性断裂构造，综合分析认为矿区地壳属较稳定区域。矿区内未发现崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝。但是，矿区为露天开采，在开采活动中应注意开采边坡的稳定性，避免引起新的地质灾害发生。

2 铝土矿资源地质类型分布特征

2.1 地质特征

矿区大地构造位置位于上杨子陆块黔北隆起区凤冈南北向隔槽式褶皱变形区，成矿区带上属于滨太平洋成矿域（Ⅰ）、扬子成矿省（Ⅱ）、鄂渝湘黔前陆褶断冲断带渝南—黔中铝土矿成矿区（Ⅲ）、黔中铝土矿成矿带（Ⅳ-1）、播州-息烽-瓮安早石炭世维宪中晚期铝土矿成矿亚带（Ⅳ-1c），主体构造格架为一系列北东向的褶皱与断层。

矿区内出露地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。①寒武系主要分布在矿区北西部，出露芙蓉统娄山关组，岩性为浅海相碳酸盐岩。②奥陶系和石炭系主要分布在矿区中部，厚度较薄，且不稳定，奥陶系为桐梓组，岩性以页岩为主。③石炭系为九架炉组，岩性为湖盆相的粘土岩、铝质岩为主。④二叠系则分布在矿区南东角，出露有梁山组和栖霞组，梁山组岩性以炭质粘土岩为主，栖霞组以台地相碳酸盐岩为主。最终，划分为寒武系芙蓉统娄山关组（∈3-4ls）、奥陶系下统桐梓组（O1t）、石炭系下统九架炉组（C1jj）、二叠系中统梁山组（P2l）、栖霞组（P2q）及第四系（Q）6个地层单元。

2.2 区域构造

北东向、北北东向褶皱和断裂构造最为发育，且规模最大，构成了区域内主体构造格架。矿区西部岩层倾角较平缓，一般3°～8°；东部岩层倾角相对较陡，一般14°～22°，有从西向东逐渐增大的趋势。矿区褶皱、断层不发育。在娄山关群地层发育两组节理，第一组节理走向为31°～55°，倾角50°～75°，第二组节理走向为291°～325°，倾角45°～57°。矿区范围内构造不发育，构造复杂程度为简单型。

2.3 矿产特征

以铝土矿为例，主要分布在仙人岩、后槽、苟江一带，达到大型矿床规模，周边铝土矿已查明资源了超过1亿吨。区域铝土矿含矿地层为石炭系下统九架炉组，矿体形态结构、厚度及品位均受矿系之下古岩溶侵蚀面的控制。矿体形态、走向与岩溶洼地、漏斗近一致，呈透镜状、漏斗状或不规则状沿走向矿体呈“串珠”状产出。

2.4 矿体分布

本矿区圈定了6个矿体，均为小型矿体。其中1号、2号矿体为矿区主矿体，两个矿体约占本次工作估算总资源量的70%以上。矿区矿体厚度为0.99m～14.54m，矿区平均为6.69m。

以1号矿体为例。第一，规模。位于漆树湾采矿场东一带，由1个钻孔和5个山地工程共计6个工程控制，为本次工作圈定的最大矿体（主矿体）。矿体长度为98m～181m，宽度为44m～117m，平面投影面积为12964m2；矿体埋藏标高为+1133m～+1081m，平均为1107m；估算控制+推断矿石资源量共计27.48万吨，占全区资源总量的60%。第二，形态。矿体平面上呈向南西开口的月牙状产出，剖面上矿体呈透镜状产出。在ZKA502、BT4见夹石分布，结构较复杂，夹石向北东逐渐尖灭，结构逐渐由复杂转变为单层。矿体倾角为7°～26°，平均为18°。第三，厚度。矿体内单工程矿体厚度为1.60m～29.99m，矿体平均厚为7.88m，变化系数为138.64%，属于厚度不稳定类型。第四，矿石化学成分。Al2O3、SiO2为稳定类型，Fe2O3、TS划分较稳定类型，A/S划分较不稳定类型。见表1。

表1 矿体化学成分统计表

3 铝土矿资源开采技术和注意事项

3.1 加工选冶技术性能

查明了矿物组成和化学组成之后，为了对矿石的开发利用做进一步的评价，选取5个样品进行拜尔法溶出试验。试验条件：温度为260℃，溶出时间为1.5h，溶出母液为Na2Ok228.85g/L，ak为3.03，石灰加入量为矿样的7%，Al2O3的平均相对溶出率为91.21%。试验结果表明：测试矿石质量较好，铝硅比相对较高，粘土矿物特别是高岭石、鲕绿泥石含量较高；理论溶出率除KY4样品为56.91%外，其余都大于80%，其中KY1样品及KY3样品大于97%；平均相对溶出率除KY3样品为80.53%，其余都大于90%，总体上，矿石的冶炼性能较好。

3.2 开采注意事项

除A42号矿体埋深较深外，其余矿体埋深小于50m，具备露天开采条件。露天开采时，顶低板围岩对矿区开采影响不大，但应注意边坡上不稳定的滚石崩落。为保证边坡稳定性，提出建议如下：

第一，采场边坡高度＞6m，建议由上往下梯级开采，每梯的高度控制在5m～6m为宜，边坡角度控制在30°。第二，开采过程中形成的突起岩矿石、松动的岩矿石，及时剔除，避免形成安全隐患[2]。第三，当采场低于自然排水面标高时，应注意暴雨的降落，采取有效的排水措施。第四，矿山在开采过程中，在渣场建设排水系统，渣场四周设置截洪沟，底部设置排水涵洞，实行雨水分流，减少渣场淋溶水量和雨水对渣坝的压力[3]。如果矿渣中含黄铁矿较多，流出的废水应进行处理，达标后再排放。第五，堆渣场进行防渗处理，底部使用高密度聚乙烯铺底后，采用优质粘土层夯实覆盖，夯实厚度为0.3m。将渣场的侧面建成斜面，斜面的坡度控制在36°以内。

3.3 对地质环境的影响和对策

第一，可能诱发地质灾害。一是在矿区范围内，第四系大面积出露，矿山开采方式为露天开采。根据采场及相邻露天采场调查，露天采场边坡角以30°、高5m～6m的梯级开采为宜。如果坡度角过大、边坡过高，发生滑坡、崩塌的风险加大，易形成人为地质灾害。二是堆积的废渣、矿石，如果堆积位置不当，没有设置挡渣墙，过堆积角度过大、堆积体过高，都可能引起地质灾害，发生滑坡、泥石流等。因此，堆积的矿和矿渣位置、坡度、高度要适当，由专人负责现场监督管理。

第二，可能造成水环境污染。矿山开采后，对水资源造成的污染，主要是矿渣、废渣不规范堆放，经大气降水淋虑作用后，形成的废水对附近的地表水、地下水造成污染。水资源破坏，会影响当地村民的生产、生活，导致可利用的水资源更加缺乏。因此，建议矿山排水过程中，完善水处理设施，达标排放或综合利用。对废渣的堆放要规范，修筑专门的堆放场地，并进行防渗处理，以避免雨水淋滤作用产生的污水对地下水及周边环境形成污染。

4 结论

通过对钟山采矿场进行勘查，掌握了铝土矿资源地质类型分布特征，提出露天开采技术方案，结论如下：

第一，矿区地层主要为寒武系、石炭系、二叠系和第四系，褶皱不发育，含矿岩系为石炭系九架炉组，矿体的分布受古岩溶洼地控制，总体看矿体呈北东、北西向串珠状分布。第二，矿区圈定了6个矿体，均为小型矿体。其中1号、2号矿体为主矿体，占本次工作估算总资源量的70%以上；除A42号矿体外，其余矿体埋深小于50m，可采用露天开采技术。第三，矿区矿石主要为碎屑状铝土矿，其次为豆鲕状，半土状、致密状较少，工业类型以含铁高硫型、中铁高硫型矿石为主，占总资源量的94%，矿石品级95%的资源量为Ⅱ品级。第四，矿区水文地质条件简单，是以大气降水直接充水为主的孔隙充水矿床，工程地质条件、环境地质条件中等。第五，矿区矿石可采用拜尔法生产氧化铝。