農(nóng)衡才

(廣西煤炭地質(zhì)局 廣西柳州 545005)

0 引言

最近，關(guān)于在煤系中伴生鋰礦的發(fā)現(xiàn)，受到了國內(nèi)外礦業(yè)界的廣泛關(guān)注，國內(nèi)有關(guān)機構(gòu)所開展的從煤系中提取碳酸鋰的實驗室方法(流程)也獲得了成功， 2017年，美國能源部(DOE)資助的10個從煤炭及其副產(chǎn)品中提取稀土和稀有金屬元素的項目，聲稱已經(jīng)獲得了“具有環(huán)保效應(yīng)和成本效益的方法”。

我局過去在多年的煤田地質(zhì)勘探工作中，只側(cè)重于對煤的燃料特性的探索，強調(diào)對煤中常規(guī)元素的測試，而對煤中的稀散元素檢測很少或只是例行性檢測，加上地質(zhì)隊原有的檢測設(shè)備相對落后，許多元素?zé)o法檢出或檢測誤差大。隨著科技的進步和精密檢測儀器的推出，目前可以針對國家急需的許多戰(zhàn)略性礦種如鋰礦、鎵礦、鈧礦及其它稀有礦產(chǎn)進行精確檢測，由此，在重新梳理廣西煤系中的稀散元素礦產(chǎn)資料時，發(fā)現(xiàn)崇左市的煤系地層中出現(xiàn)鋰的異常富集。本文介紹其富集現(xiàn)象，并探討其可能的經(jīng)濟意義。

1 地質(zhì)背景

異常區(qū)區(qū)域上位于西大明山凸起南部，富寧-那坡被動邊沿盆地，桂西-黔西南-滇東南部(右江地槽)Au-Sb-Hg-Mn-Al-Sn-Cu-Ti-Te-稀土-煤炭-石油-水晶成礦區(qū)。出露地層以二疊系和下三疊系為主，其次是石炭系和侏羅系。異常區(qū)屬于西大明山復(fù)式背斜南翼的崇左復(fù)式向斜，其北翼形成平緩的單斜巖層，它的二級褶曲從北東往南西排列有五聯(lián)-東羅-渠勒復(fù)式向斜、龍豐背斜、羅白向斜、渠懷向斜及江州背斜。構(gòu)造線方向以北東東向為主。構(gòu)造形式主要為線狀的背斜、向斜和走向逆斷層。區(qū)域上內(nèi)生礦產(chǎn)比較少，在其西部及北部有一些小型的鉛鋅礦床、銀礦床等，外生礦產(chǎn)則比較多，主要有煤炭、鋁土礦、鐵礦等。第三次煤田預(yù)測資料顯示，區(qū)域內(nèi)有隱伏巖體出現(xiàn)。

2 工程控制及樣品分析結(jié)果

在東羅-渠勒向斜施工了3個鉆孔，在天然伽馬的中高異常部位(>4.5 pA/kg)共采集了61個巖心樣品，其中ZK1鉆孔采集了34個，ZK2鉆孔采集了18個，ZK3鉆孔采集了9個，這些樣品的巖性有泥灰?guī)r、泥巖、含炭泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層、鐵質(zhì)鋁土巖、砂巖等。另外在周邊露頭采集了部分鋁土礦和煤炭，在礦井井下采集了I煤的頂?shù)装搴兔簩?，共?3個樣品。鉆孔樣品送核工業(yè)二〇三研究所測試檢測中心進行化驗，所有樣品再送中國煤炭地質(zhì)總局國家重點實驗室進行復(fù)檢，露頭樣送廣西地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心測試，測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。巖心的測試結(jié)果的異常數(shù)據(jù)見表1、表2、表3。

表1 ZK1鉆孔工程采樣及分析結(jié)果表

表2 ZK2鉆孔工程采樣及分析結(jié)果表

表3 ZK3鉆孔工程采樣及分析結(jié)果表

鉆孔1有一層礦層。深度340.01～344.55 m，鉛直厚度4.54 m，品位81.2×10-6～237×10-6,平均129.44×10-6。

鉆孔2有三層礦層。礦層1：深度152.55～153.85 m，鉛直厚度1.30 m，品位107×10-6～133×10-6,平均118.67×10-6。礦層2：深度160.25～161.25 m，鉛直厚度1.00 m，品位76.3×10-6～131×10-6,平均103.43×10-6。礦層3：深度182.60～184.55 m，鉛直厚度1.95 m，品位143×10-6～322×10-6,平均200.5×10-6。

鉆孔3有一層礦層。深度297.35～298.55 m，鉛直厚度1.20 m，品位98.7×10-6-151×10-6,平均123.18×10-6。

其它異常。那全二號井I煤層：113×10-6;那全三號井鐵鋁巖：355×10-6；露頭風(fēng)化鋁土礦：960×10-6。

3 礦層分布特點

根據(jù)鉆孔資料綜合分析，鋰礦層普遍以I煤層、II煤層、III煤層及其夾矸、I煤層頂?shù)装宓蔫F鋁巖為載體，以一定的品位分布其中，其中以合山組底部的I煤及其底板鐵鋁巖比較穩(wěn)定，厚度1.20～4.54 m，其它層位估計變化比較大，有待進一步查證。I煤層位全區(qū)穩(wěn)定分布，呈層狀展布，產(chǎn)狀平緩(圖1)。II煤層位局部穩(wěn)定，與I煤層間距為5～12 m。這些礦層在物性上均表現(xiàn)為中高的天然伽馬異常(3.53～17.22 pA/kg)。

該區(qū)I煤層目前的備案資源儲量約6 000萬t，如果80×10-6以上的理論邊界品位對于含鋰煤系的評價具有普遍意義，如用120×10-6的工業(yè)品位來估算資源量，那么可以預(yù)測該區(qū)鋰的金屬量約為7 000噸左右。如果對II煤層和III煤層再進行評價，估計其金屬量會更多些。

4 成因討論

(1)物源。廣西海西期的東南運動，在本區(qū)的表現(xiàn)為火山噴發(fā)，普遍沉積了一套二疊系的火山碎屑巖(如二疊系大隆組凝灰?guī)r)，推測火山活動為該區(qū)合山組煤系中鋰的富集提供了一定的物質(zhì)條件。

從古地理環(huán)境上看，礦區(qū)為晚二疊系桂西南隆起剝蝕區(qū)，再經(jīng)海侵沉積陸源碎屑巖-鋁土巖形成的含煤沉積區(qū)，屬半封閉的潮坪相類沉積，廣泛發(fā)育有鋁土巖、碳酸鐵、硅質(zhì)巖、砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖等陸源、潮坪環(huán)境的沉積物，特別是鐵鋁巖類沉積厚度較大，如在渠勒勘查區(qū)，與煤共生的單層菱鐵礦厚度可達35 m以上，該區(qū)的原生鋁土礦層局部厚達15 m，而且為I煤層的直接底板。這些特征說明，該地區(qū)在大新古隆起邊沿所形成的潮坪相帶，具有沉降區(qū)長期穩(wěn)定，發(fā)育時間長，殘留物堆積厚度大的特點。鐵鋁巖所含的鋰估計也是煤中鋰富集的物源之一。

圖1 崇左市鋰礦分布位置及形態(tài)示意圖Figure 1 A schematic diagram of lithium ore distribution positions and forms in Chongzuo City

廣西的煤系變質(zhì)作用，多與隱伏巖體和巖漿熱液有關(guān)，不排除與鄰區(qū)的鉛鋅礦成礦機理類似，可能會有隱伏巖體的巖漿熱液提供的物源，這有待查證。

(2)富集。推測火山活動噴發(fā)的碎屑巖以及鐵鋁巖中的鋰含量較高，在潮坪相的地質(zhì)環(huán)境下，含鋰元素的陸源碎屑進一步黏土化、鋁土礦化，并在有機酸、碳酸鹽的作用下，經(jīng)后期風(fēng)化淋濾作用使泥質(zhì)及粘土中的CaO、Fe2O3等不同程度被帶走，使鋰元素進一步富集。

另外煤層、炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖等具有良好的還原障和吸附障的性能，可以從圍巖或流體熱液中萃取鋰元素，而煤層的孔隙、裂隙可以降低流體壓力，有助于鋰的析出。

5 內(nèi)蘊經(jīng)濟意義

綜合而言，鋰有三個方面用途：

(1)儲能用途。鋰作為能源金屬，在高能鋰電池、電動汽車方面，已經(jīng)應(yīng)用廣泛，在提供民用車輛的動力方面，估計不久將取代液體燃料。

(2)生能用途。受控?zé)岷朔磻?yīng)中，1g鋰的有效能量可達8 500～72 000 kW·h，比同質(zhì)量的235U裂變所產(chǎn)生能量大8倍，相當(dāng)于3.7t標準煤。

(3)新型材料用途。把少量鋰作為合金元素加入到金屬鋁中，可形成鋰鋁合金，該材料具有重量輕、高剛度、高強度、抗腐蝕和抗疲勞性，這種高強輕型材料最初僅被應(yīng)用在超高音速攻擊機、巡航導(dǎo)彈等軍事裝備上，目前，隨著材料技術(shù)解密，已經(jīng)逐漸用在民航機、無人機、汽車板材等民用領(lǐng)域。廣西有很多鋁廠，每年的產(chǎn)量都在100萬t以上，但產(chǎn)品粗放，價格低廉，庫存較高，效益較差，如果可以將鋁錠冶煉為鋰鋁合金材料，估計可以在特種板材領(lǐng)域占據(jù)一定的市場份額。

可見，未來鋰資源的消耗將會呈幾何級倍數(shù)增長，地位日益凸顯。同時，世界鋰資源的需求和瓜分將會更加激烈。

“資源決定勝局”已成行業(yè)共識，掌握上游資源是產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)發(fā)展壯大的關(guān)鍵因素。因此，對該區(qū)的鋰資源進行勘查和評價，應(yīng)該具有潛在的經(jīng)濟意義。

6 結(jié)語

目前有五種成因類型的鋰礦床,即偉晶巖礦床、鹵水礦床、海水礦床、溫泉礦床和堆積礦床。煤系中沉積鋰礦床，應(yīng)該算是一種新的類型。已經(jīng)成熟利用的主要是鹵水礦床和偉晶巖礦床，但是已有的獲取鋰資源的途徑也有其地質(zhì)、市場和技術(shù)等方面的局限性,例如從鹵水中得到最終的鋰產(chǎn)品可能耗時比較長?，F(xiàn)在，盡管煤或煤系中鋰的實驗室提取流程技術(shù)已經(jīng)成熟，但要實現(xiàn)工業(yè)化尚需技術(shù)攻關(guān)。

中國目前是鋰消費和進口大國，幾乎占用了全世界40%的鋰資源，鋰原料進口大于74%，而國際碳酸鋰市場高度壟斷，導(dǎo)致市場價格年年攀升。預(yù)計不久的將來，隨著剛需進一步加劇，煤系中的這些鋰資源最終將成為礦業(yè)投資的靶區(qū)。

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