A potential giant gallium deposit hosted in the tailing dam of the Fankou Zn-Pb deposit in northern Guangdong Province, South China

1.Objective The Fankou giant zinc(Zn)-lead(Pb)deposit in Guangdong Province is well-known for its huge reserves of over 10 Mt(million ton)Zn+Pb metals and high ore-grade with Zn+Pb exceeding 15%(Guangdong Fankou Deposit Investigation Group,1980;Zhu XY et al.,2017).After 60 years of exploration and exploitation,the deposit has accumulated millions of tons of tailings.One interesting question is that what components are hosted in these tailings,and whether some key and critical metals such as gallium and germanium are extremely enriched and worth further comprehensive utilization.This motivated us to conduct an integrated set of field investigation,sampling,major-trace element analyses and reserve assessments about the Fankou tailings.In this contribution,we discover that the tailings contain a variety of metal elements such as zinc,lead and gallium with comprehensive utilization potential.These data can act as a scientific guidance for further exploration and utilization of the Fankou tailings,and aid to enhance the utilization efficiency of the key mineral resource in China.Our study also provide demonstration for future green mine construction in China.

中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向

金属镓资源是我国优势资源,但随着国内外需求量不断增大,我国金属镓的后备资源逐步短缺。本文系统搜集了我国富镓矿床研究和勘查成果资料,初步总结了我国富镓矿的分布规律、成矿机制和找矿方向。研究认为,我国镓矿主要伴生在铝土矿、煤矿和铅锌矿之中,以铝土矿中伴生镓最为重要。依据不同成矿作用将我国具有工业价值的富镓矿床划分为沉积型铝土矿、堆积型铝土矿、红土型铝土矿、煤矿床和碳酸盐岩型(MVT)铅锌矿等5种伴生镓矿床类型,并总结了不同类型镓矿床的时空分布规律。时间上,我国富镓矿床在元古宙、古生代、中生代和新生代均有发育,以石炭纪—三叠纪、侏罗纪—白垩纪和第四纪为主。其中,富镓铝土矿主要形成于石炭纪、二叠纪和第四纪,以石炭纪最为重要;富镓铅锌矿主要形成于震旦纪和寒武纪;富镓煤矿主要形成于石炭纪和二叠纪。空间上,我国富镓矿床主要分布在晋豫成矿区、右江成矿区、扬子陆块西南成矿区、川—滇—黔成矿带、湘西—鄂西成矿带、湘东—赣西成矿带和华北陆块北缘成矿区等7个区带中。不同类型富镓矿床的成矿机制不同,一般在风化-沉积作用下形成富镓铝土矿,镓与铝常以类质同象形式存在;在生物化学沉积作用下形成富镓煤矿,镓常以无机态、有机态和混合形式存在,在我国多以无机态的形式赋存于勃姆石、硬水铝石等矿物中;在热液作用下形成富镓铅锌矿,镓可能以类质同象形式进入以闪锌矿为主的硫化矿物晶格中。根据不同镓矿的成矿作用、富集过程和地质背景,建立了煤矿、铅锌矿和铝土矿中镓富集成矿的理想模型,并对铝土矿、煤矿和铅锌矿中伴生镓矿进行了找矿预测,提出了找矿方向和重点找矿区域,其中以沉积型、堆积型铝土矿的找矿为主攻方向,并可兼顾煤矿和铅锌矿等其他伴生镓矿床。

煤中镓的地球化学研究进展

镓是煤中可利用的伴生元素之一。通过研究我国煤田中镓的分布特点,将其在煤层中的富集情况划分为区域富集和全段富集,并从煤岩类型、矿物组成、元素对比等方面分析得出镓在顶底板附近煤层富集时,与煤灰产率、灰中w(Al2O3)等多为正相关关系;当镓富集于其他位置时,该相关性不明显。对相应赋存状态和富集机理的对比分析表明,无机矿物和有机物质对镓在煤中富集有不同的作用意义,在以无机成矿作用为主的背景下,强调有机质在镓的富集初期具有重要作用。煤中镓的物质来源主要为陆源碎屑,后期地下水等作用对其有补充作用。

豫西杜家沟铝土矿中镓的分布规律及控制因素浅析

镓是一种价格昂贵的稀贵金属 ,它的回收利用问题逐渐引起人们的重视。在对杜家沟铝土矿床矿石中镓的分布特征做了多方面对比研究的基础上 ,归纳出镓的分布规律 :空间上 ,镓在不同层位的矿石中平均含量变化显著 ,镓含量随着矿层平均厚度的增大而增大。遭受强烈的表生富集作用 ,铝土矿中镓的平均品位较高。从矿石结构类型来看 ,蜂窝状矿石中的镓品位明显高于豆、鲕状和致密状矿石。另外 。

内蒙古准格尔黑岱沟超大型煤型镓矿床的形成与物质来源

鄂尔多斯盆地东北缘黑岱沟太原组顶部6号煤层属于低等煤化程度的低硫烟煤,其中铝土质粘土岩、煤层中超常含有勃姆铝石,发现超常含镓、超常富集稀土,7段煤层平均含Ga44.8μg/g、含∑REE110.82～467.21μg/g,显示出铝、镓、稀土元素三者地球化学行为的相似性和共生特性。是特殊地质背景与古沉积环境下的产物。研究认为,铝、镓、稀土元素三者有共同的来源:①古老基底剥蚀区,古陆富钾高铝的岩浆岩与变质岩建造;②中奥陶统顶部风化剥蚀面产出的上石炭统本溪组粘土层及铝土层中富集的镓是重要来源;③煤层系中粘土质砾岩中发现显量火山晶屑及火山灰,部分提供易分解的铝-镓物源;④下二叠统太原组海陆交互滨海-潟湖相、三角洲相、堡岛与沼湖沉积岩相古地理优越,是煤层与铝土质粘土层发育集中富集含镓的良好沉积古环境。总之,镓的物源具有多来源、继承性、分时期、有阶段复杂富集的特点。

白额井田煤中镓的分布特征及其成因机制研究

白额井田内镓的平均含量为12.891 ppm～14.256 ppm,其含量随煤层从上到下逐渐升高。通过分析各煤层中镓的含量,可以得出镓的分布特征,大致为东北部和西南部高、中部低。采用相关系数法对镓与显微组分和灰分进行相关性分析,可知镓的含量与煤中的显微组分没有相关性,与灰分成正相关关系,说明镓主要赋存于粘土矿物中。结合镓的分布特征以及井田的地质情况和煤质煤岩特征,分析得出镓的富集和分布主要受陆源碎屑、沉积环境和地下水作用的影响。

豫西铝土矿中镓的赋存状态研究

豫西地区的铝土矿中含有丰富的镓资源。由于对矿石中镓的赋存状态研究程度很低,使镓未能有效回收。通过对铝土矿石的扫描电镜观察、电子探针成分分析、X射线衍射分析,并且完成了在盐酸介质中浸取镓的条件实验,初步得出了元素镓在铝土矿石中的赋存形式主要为:以类质同象置换的形式存在于矿物晶格之中;部分以吸附的形式存在于粘土矿物微粒和铝、铁的氢氧化物表面。

贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因

为查清贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板及煤中Ga的赋存状况,开展钻孔勘探工作,采集煤层顶底板泥化样品39件,煤样品25件,使用电感耦合等离子体发射光谱法测定Ga含量,根据样品中Ga含量的实测结果,结合勘查区聚煤时期的古地理环境及煤层顶底板沉积物源等特征,分析上二叠统煤层顶底板中Ga矿的富集特征及成因。结果表明:米妥勘查区煤中Ga富集程度低,25件煤样品中Ga的平均含量为7.90μg/g,远低于边界品位;煤层顶底板中Ga富集程度高,21件顶板样品中Ga含量为31.8~46.2μg/g,平均值为39.6μg/g,18件底板样品中Ga含量为31.1~51.4μg/g,平均值为41.3μg/g,底板中Ga含量均值略高于顶板。顶底板中Ga的含量达到我国煤中伴生矿的工业指标,该区域煤层顶底板及围岩具有稀散金属矿找矿前景。分析沉积的古地理环境特征及沉积物源,认为聚煤时期古地理环境多为陆相及海陆交互相,导致煤层顶底板多为泥岩及泥质砂岩,陆源碎屑物为Ga沉积提供了很好的来源,流水、风力等搬运作用为Ga提供了很好的富集方式。

镓矿资源需求趋势分析与中国镓产业发展思考

镓是一种伴生矿,主要与铝、锌、锗的矿物伴生,没有独立的矿床,我国金属镓资源储量丰富。作为重要的半导体材料,镓广泛地应用于无线电通讯、光纤通信、汽车雷达、LED照明、太阳能电池等领域,且金属镓所有用途几乎都和当前现代科技发展及低碳经济、绿色能源和环境保护相关。随着镓消费量的不断增长以及镓应用领域的拓展,金属镓的重要性已经被越来越多的国家注意。本文采用部门分析法分别预测镓在砷化镓、LED、薄膜太阳能领域的应用,预测出全球2020年镓金属需求约410~430 t,并对中国镓产业发展面临的问题进行分析,提出增强下游镓产品竞争力、保护镓金属产能的政策建议。

豫西地区铝土矿中镓的分布规律研究

镓是一种价格昂贵的稀散金属 ,其应用前景十分广阔。豫西地区的铝土矿石中含有丰富的镓资源。通过对区内铝土矿石中镓的分布特征做了多方面的对比研究 ,归纳出镓的分布规律 :空间上 ,在不同铝土矿区的矿石中镓的平均质量分数变化显著 ,在矿体平均厚度最大的张窑院矿区 ,矿石中的镓高度富集。时间上 ,沉积成矿相对较早的铝土矿层 ,因其长期遭受强烈的表生富集作用 ,矿石中镓的平均品位较高。从矿石结构类型来看 ,土状和峰窝状矿石中的镓品位明显高于豆、鲕状和致密状矿石。另外 ,矿石中镓平均含量的变化总与铝土矿富矿体的产出位置关系密切。并且 ,探讨了铝土矿中镓分布规律的控制因素。

镓的成矿作用及其在峨眉山大火成岩省中的成矿效应

评述了分散元素镓的应用和成矿作用的研究现状并剖析了镓的成矿研究存在的主要问题。论证了铝土矿床中的镓主要赋存于其中的一水硬铝石且以GaO(OH)形式存在;以晶体化学理论分析,认为中高温热液条件形成的闪锌矿(主要包括铁闪锌矿、黑闪锌矿及富铜铅锌矿中的闪锌矿)是Ga的富集载体,Ga最可能以GaAs、GaxIn1-xAs和三元硫化物MIGaS2(MI=Tl,Cu,Ag)分子的形式赋存,并可能于后期温度降低的条件下以单矿物(如硫镓铜矿)析出;镓在岩浆岩中的主要富集载体为长石类矿物、尖晶石型矿物以及具反尖晶石型结构的磁铁矿。对峨眉山大火成岩省中的重要矿床类型—攀枝花式超大型钒钛磁铁矿矿床中的代表性矿石进行镓含量分析并阐述了该类型矿床中Ga的成矿效应,初步评估了攀西地区钒钛磁铁矿工业储量中伴生的镓为34.8万t,远景资源量为43.5万t,认为该区超大型钒钛磁铁矿矿床亦属超大型镓矿床,具潜在的重要经济价值。呼吁加强对我国磁铁矿矿床中镓的成矿效应及综合利用的系统研究。

古交邢家社勘探区煤中镓的分布及其地质影响因素

依据煤炭资源勘探资料,探讨了山西古交矿区邢家社勘探区石炭-二叠系煤中镓的分布状况及其地质影响因素。结果显示:研究区煤中镓的加权平均质量分数为15.87×10-6,比全球平均值要高0.5～3倍;煤层层位降低,镓含量呈明显的递减趋势。同时,煤中镓含量与灰分产率、灰分组成、硫含量及煤层厚度之间也有明显的相关关系。这些特征表明,区内煤中镓的矿物载体主要为粘土矿物,水动力较强和还原性较弱的泥炭沼泽条件可能有利于镓在煤中富集,且成煤期地壳的稳定程度也可通过一定方式影响到煤中镓的富集。

新疆准东煤田中侏罗统煤系镓元素的分布特征及赋存机理探讨

随着大型煤系稀有金属矿产的发现,煤中伴生微量元素的研究受到广泛关注,但目前对我国西北地区的煤系地层中稀有元素的研究程度较低。选取新疆东北部的准东煤田为研究区,基于煤样的煤质分析和微量元素数据,研究了煤中镓的分布规律、赋存特征及富集成因。研究表明:(1)准东煤田的中侏罗统煤层中镓明显富集。12个矿区煤中镓平均含量在20.78～47.98μg/g,大多高于或接近煤中镓的边界品位(30μg/g)。(2)煤田中镓的分布规律性明显。平面上,盆地周围煤中Ga含量较中部矿区高,特别是东北部和西南部由于分别受克拉美丽山和博格达山物源区的影响,煤中Ga含量异常高,部分区域超过了60μg/g,而中部矿区(ZD10740、ZD10464、ZD10407和ZD10841)的煤中Ga含量表现为从矿区边缘向中心逐渐富集;垂向上,大部分矿区煤中Ga含量从中侏罗统底部向上降低,而受到早燕山运动影响,靠近博格达山的矿区(ZD10740)表现相反。(3)煤中Ga主要以高岭石为载体,部分Ga也存在煤的有机质组分中。镓主要以细粒物质(胶体或有机络合物形式)搬运到沉积盆地,在潮湿覆水沉积条件下发生聚积。

广西东平地区碳酸锰矿床Ga含量高异常的发现及成因初探

Ga是一种典型的稀有分散元素,主要产于铝土矿、闪锌矿及煤矿之中。最近,在广西东平地区下三叠统北泗组碳酸锰矿床中发现Ga高异常含量,w(Ga)介于5.16×10^(-6)~82.80×10^(-6)之间,平均为33.76×10^(-6),达到了Ga工业品位标准;锰矿层和围岩中w(Ga)平均分别为46.40×10^(-6)、19.31×10^(-6),高于国内外已报道的大部分锰矿床。文中根据北泗组碳酸锰矿床地球化学特征,揭示了该锰矿床为热水沉积;同时,结合现代大洋铁锰沉积有关Ga的最新报道,提出北泗组碳酸锰矿床中Ga的赋存与含锰矿物密切相关,其来源与海底热液活动有关。最后,文中还利用Mn/Fe-Ga、Co-Ga关系图判别了古代铁锰沉积的成因类型。

首批煤炭国家规划矿区煤中镓的成矿前景

基于煤炭资源勘探中获得的5079件煤样实测数据,对全国首批煤炭国家规划矿区煤中Ga进行了资源调查,建立了煤中Ga成矿前景评价方法,圈定了煤中Ga的地球化学异常,预测了煤中Ga的资源状况及其分布规律,初步讨论了煤中Ga"矿床"的规模和成矿前景。结果显示,评价区煤中Ga尽管总体上没有达到边界工业品位,但某些勘查区某些层煤中存在Ga的地球化学异常,某些煤层通过初步"选矿"或提取可使Ga得到相当程度的富集,表明区内煤中Ga有一定的成矿前景。

临城县西牟—胶泥沟一带耐火粘土矿床地质特征及伴生镓利用的可行性分析

本文介绍了临城县西牟—胶泥沟一带耐火粘土矿床的地质特征,叙述了矿石质量、矿石类型和矿石加工技术性能,并对伴生镓(Ga)的利用进行了可行性分析。

湘西发现镓超常富集铅锌矿床

分布于扬子地块东南缘的湘西铅锌成矿区是中国重要的铅锌生产基地,累计探明铅锌资源量超过2000万t。近年来,随着区内多个大型-超大型铅锌矿床相继被发现,其成矿特征和找矿工作也受到地质工作者的关注。唐家寨矿床是分布于湘西洛塔矿田中的一个大型铅锌矿床,文章通过电子探针(EPMA)和激光剥蚀等离子质谱(LA-ICPMS)发现唐家寨矿床闪锌矿中显著富集关键金属元素镓(Ga),2种方法获得平均w(Ga)分别为1320×10-6和928×10-6,其富集程度之高全球罕见。另外,结合LA-ICPMS Mapping分析发现,唐家寨矿床中的Ga元素主要与Cu元素一起耦合替代Zn元素进入闪锌矿晶格之中。上述这些发现表明,唐家寨铅锌矿床及其外围具有巨大的镓等战略性关键金属资源的找矿潜力。

全球镓矿资源分布、供需及消费趋势研究

镓是一种全球稀缺矿产,在军事工业、无线通讯、新能源行业和航空航天中具有不可替代的重要地位。随着5G时代的到来,全球对镓资源的竞争初见端倪。系统总结了全球与我国镓资源的储量、分布及供需现状及消费趋势。研究显示,我国是镓资源储量大国,也是全球最大的粗镓产品出口国;我国镓的产业体系正处于从低端逐步走向高端的阶段,其未来年需求量约为250t。因此,合理对我国家镓资源开发利用以及推动镓资源的产业升级成为当务之急。

海拉尔盆地煤中镓、锗元素分布特征研究

海拉尔盆地(我国境内部分)位于内蒙古自治区的东北部,是我国东北地区重要的煤炭基地之一。其中伊敏组及大磨拐河组是主要的含煤地层,全盆地稳定发育。通过对矿区样品采集及钻孔资料整理,发现伊敏河东区外围存在明显的镓异常,达到工业可采品位。海拉尔盆地煤中镓的含量整体呈现从盆地东部到盆地西北部逐渐减小的趋势,这可能是受陆源碎屑物、沉积环境不同的影响。海拉尔盆地煤中锗的含量呈现北部地区较高,其他地区较低的趋势。