贵州松桃杨立掌锰矿区锰矿石物质组份特征研究

　　论文摘要：本文通过对贵州松桃杨立掌锰矿区菱锰矿矿石的结构构造，矿物组份特征和矿石化学成份、微量元素特征的分析研究，进一步总结该矿区锰矿石的物质组分特征，为该地区锰矿找矿、成矿规律研究和锰矿石的选冶工艺提供相关科学依据。

　　0. 概况

　　贵州松桃杨立掌锰矿区地处扬子准地台东南缘与华南造山带过渡部位。先后经历了武陵、雪峰、加里东、燕山等多次构造运动，褶皱、断裂发育，矿区以北东向、北北东向构造为主。地层出露有新元古代青白口系板溪群、南华系、震旦系及下古生代寒武系和第四系等地层。锰矿赋存南华系下统大塘坡组底部富含炭质有机质的黑色页岩夹凝灰岩和粉砂岩层中。

　　1.结构构造特征

　　岩矿石组构特征在一定程度上反映其成因和环境，杨立掌矿区锰矿是以菱锰矿为主，矿石结构的主要类型为：

　　泥晶结构：是本区锰矿石的主要结构类型。其特征是小于0.006mm的菱锰矿相互嵌接，虽常混有炭质有机质，但结构比较均一。组成块状矿石或以条纹条带以及扁长的囊团与粘土矿物等杂质组成韵律相夹，反映了一种低能安静的环境（图-a、b）。

　　此外，在本区锰矿石中还普遍存在着一种泥晶－凝块状结构，它们同样也是由泥晶菱锰矿组成。只是由于粒度的细微区别，相伴的有机质多少和色调的差异而显示一种不规则的边界模糊的，没有磨蚀痕迹的凝块状集合体。其大小一般在0.04×0.05mm－0.3×1.6mm之间，显然不属于碎屑颗粒，而是化学凝聚的产物。

　　颗粒结构：矿石中所见由菱锰矿组成的盆屑按其形态大小和内部结构划分主要有：砂屑、团块、团粒和生物屑（藻屑、藻迹），同时在矿石中还存在有为数不多的陆源碎屑和火山碎屑。砂屑是矿石中的主要颗粒类型，它们呈浑园状－扁园状，其内部混有少量的炭质有机质（少部份还有黄铁矿显微粒），一般为较均一的泥晶结构，部分具显微纹层和兰绿藻迹，部分具塑性变形、磨蚀痕迹和微弱的重结晶现象。粒度比较均匀，一般在0.039mm～0.38×1.4mm之间，偶有粒序现象（图1-c、d）。

（a） （b）

（c） （d）

图1 杨立掌锰矿区菱锰矿石主要结构

　　（a）（-）16×10 ，泥晶－粉晶结构，菱锰矿呈泥粉晶晶粒均匀分布；（b）（-）6.3×10， 泥晶结构，泥晶菱锰矿与粘土矿粉砂质等混杂分布；（c）（-）6.3×10 ，砂屑结构，泥晶菱锰矿构成砂屑与粘土矿物、粉砂质以及炭质组分混杂分布；（d）（-）6.3×10， 砂屑结构，菱锰矿组成砂屑，分布于泥粉晶菱锰矿、炭质有机质与粘土矿物基质中生物结构：矿石中所见生物主要是球状兰绿藻，它们以显微园球状的个体或群体散布于泥晶基质中，或单独组成不连续的纹层。群体具不规则的形态，没有明显的轮廓边界和园化磨蚀痕迹，其群体的大小也不一致，可在0.15mm～1.6×1.13mmm之间。群体中的个体之间常可见亮晶锰白云石和石英充填。

　　菱锰矿矿石主要有条纹条带状构造、块状构造等类型，其次有叠层构造、角砾状构造等。

　　2. 矿物组成及其产出特征

　　2.1矿物组成

　　杨立掌锰矿区菱锰矿矿石的矿物组成及各种矿物含量见表1

　　杨立掌锰矿区矿物组合表 表1

　　2.2锰碳酸盐类矿物

　　菱锰矿：是杨立掌锰矿区的主要含锰矿物。在矿石中的含量占65%以上。菱锰矿、钙菱锰矿、镁钙菱锰矿的嵌布粒度微细，一般小于10um。它们之间的光学性质十分近似，矿石中常与炭质有机质混生，镜下呈不同深浅的褐色,因而在薄片中很难予以区分。对矿区内采取5件样品进行电子探针微区分析。发现块状矿石主要由菱锰矿组成，而钙菱锰矿、镁钙菱锰矿则多见于条带状矿石中，图2。在矿石中菱锰矿的产出形式有以下四种：a、呈泥晶、粉晶晶粒状：粒度0.5-15u，它们紧密相聚组成纹层、条纹、凝块状集合体、大小不等的透镜状的囊团以及异化颗粒，是菱锰矿的主要产出形式。b、呈显微园粒状：它们比前者的粒度略大，一般在2—20u之间，大者可达50u，状若鱼仔，内部有时发育2—5圈同心纹，核心稍暗。少部分具花瓣状或十字消光，在矿石中常数粒以至数十粒相聚，组成大小不一，形态不规则的凝块状集合体，有时它们也组成断续不稳定的纹层或与泥粉晶晶粒状菱锰矿相伴，偶尔还可见其成较大的微藻孢产出。c、呈微亮晶形态：其粒度一般为10～20u，透明度较好，其量不多。见于上述凝块状集合

图 2 显微“园粒”状菱锰矿(浅色)与钙菱锰矿(深色)图像（据周琦，2008）

Pt1: 钙菱锰矿电子探针分析结果(右上图); pt2: 菱锰矿电子探针分析结果(右下图)

　　体之间和颗粒结构之间，时而也组成团块的微亮晶薄壳和异化颗粒的等厚环边胶结物，显然它们分属于同生——重结晶和成岩阶段的产物。d、呈他形一半自形与石英等矿物相伴组成微细的后生脉石，产出较少，主要充填于岩石裂隙裂缝中。

　　锰方解石：是矿石中含量较少的一种含锰矿物。无色、洁净、透明。在菱锰矿之间成粒度不定的他形亮晶晶粒，折光率明显地低于菱锰矿，旋转针台测定的折光率为：No=1.7185，No=1.5213（茜素红复合试剂染浅玫瑰色）系成岩阶段的产物。锰方解石还常见于后生脉石中,方解石则是矿石中偶而见到的微量矿物,它也偶见于脉石中。

　　硫锰矿：是矿石中含量较少的含锰矿物，但分布比较普遍，个别样品中的最高含量可达10%。无色，具较好的透明度，其主要产出形式是成粒度不定的他形亮晶晶粒（粒度0.005～0.15×0.25mm），见于菱锰矿晶粒间、颗粒之间的胶结物或藻间孔隙、溶孔孔隙的充填物。其次要产出形式是与石英等相伴组成后生脉石。[2.3 炭泥质

　　炭质有机质:是矿石中的次要组成。镜下成黑色至黑褐色。它们成分散的泥状物与菱锰矿混生，或以线纹状与粘土矿物、石英和碎屑矿物等组成纹层、条纹分布。在成岩阶段它们还作为压溶膜和缝合线中的充填物产出。根据10件矿石有机炭的分析，其含量在0.85～2.14%之间，均值大1.45%。在矿区内还可见到有机质以沥青球核的形式产出，大小不等，小者0.2mm，大者可达11mm。呈眼球状或透镜状，并被以玉髓或玉髓、粘土矿物，铁白云石、锰白云石等组成的“壳层”充填，其内部常发育胶缩裂纹，矿石中有时也见到分散分布的沥青。

　　粘土矿物：是本区矿石中常见的次要组成。其中主要为伊利石、水云母，比较少见的为高岭石，绿泥石和绢云母。水云母呈显微鳞片状，一般<50u，多与有机质及碎屑矿物组成纹层，条纹以至条带，它们含量多少决定着矿层的贫富，绿泥石也成显微鳞片状，偶而可见显微园粒状，可能为鲕绿泥石。它们的量微而分散。常见于菱锰矿晶粒间，属自生矿物，绿泥石还经常作为微细裂隙中的充填物产出。矿石中还见有显微晶粒状的石英和玉髓，与粘土矿物相伴混生组成纹层或条纹。后者还常成纤维状（延性可正可负）组成纹层或断续的脉状纹理。石英成他形晶粒状见于菱锰矿的晶粒间，产出特征如锰白云石一样，属于成岩阶段的产物。偶而见石英交代菱锰矿集合体的现象，它们已属于成岩后生阶段的产物。

　　2.4 碎屑矿物

　　碎屑矿物是矿石中量少然而是比较普遍的组成矿物。含量一般在5%以下，个别可达10%，粒度范围在0.03～0.19mm×0.3mm，根据形态和成因可分为两类。

　　陆源碎屑:它们呈半圆滚—滚圆状，主要是石英、长石、电气石、锆石、磷灰石等粉砂和细砂粒。锆石作为一种最稳定的重矿物在本区矿石中普遍存在。它们具有大致相同的特征：呈深浅不同的玫瑰色，多数成滚圆状—半滚圆状，部份则成尚能分辨其晶形的碎屑状，粒度细微(0.035×0.082mm—0.11×0.15mm)。

　　火山碎屑物：主要为石英、长石、（钠长石）的细砂级晶屑以及玻屑，后者多已受粘土化和碳酸盐化或转主为为微晶石英的集合体，难以识别原来的面貌，粒度在0.01-0.6mm之间。它们在矿石中的含量一般小于1%。而在含锰的粘土岩中，含量有时则有所增高，有的可达5-15%左右。矿区的局部地段锰矿层之间的夹层出现凝灰岩和沉凝灰岩。它们在矿石中多为分散分布。对本区矿层底部，夹层及顶部的凝灰岩进行了岩石化学组份的研究，其结果表明凝灰岩属于本性岩类，SiO₂含量均在65%以上。

　　3. 锰矿石的化学成分：

　　3.1 化学成分特征

　　本矿区内锰矿石的主要化学成分及微量元素化学成份见表2、表3。从中可以看出不同的矿石类型，主要化学成分总量约占矿石的58.49%～69.35%，磷的含量基本上在0.3%左右，属于高磷锰矿。其中主要元素的化学成分，块状矿石SiO₂的含量一般比条纹条带状矿石要高，局部条纹条带状矿石CaO的含量较高，条带状矿石Mn/Cr一般在80左右，块状矿石Mn/Cr一般在110左右。条纹条带状矿石中微量元素的化学成份Cr、S比块状矿石高。总体上有害元素铁、钙、镁及微量元素等杂质组份均较低。碳酸锰矿石的碱度ω(CaO)/ω(SiO₂)≈0.26,锰铁比ω(Mn)/ω(Fe)≈6.70,磷锰比ω(P)/ω(Mn)≈0.017,工业类型属低铁高磷碳酸锰矿石。

　　此外，据前人对黔东地区不同背景（有矿或无矿地段）Z₁d¹地层中Mn、Cr二元素

杨立掌锰区矿石的主要元素化学成分 表2

测试单位：贵州省地矿局黔东地矿测试中心（2008）