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阅读 9450 次 历史版本 0个 创建者:雪儿 (2011/3/18 13:30:20)  最新编辑:雪儿 (2011/3/18 13:30:20)
硼礦
拼音:péngkuàng(pengkuang)
英文:boron rock
 
硼礦
      硼礦
 
  硼是一種典型的非金屬元素。硼在自然界中隻以化合物形式存在,但在地殼中分散狀態的硼卻分布廣泛,而且是地表水、地下水、岩漿噴氣、礦泉水和所有岩層的氣液包裹體中所具有的元素。硼也是非常分散的、典型的親石元素,廣泛分布於各種成因、不同類型的岩石中。硼礦物幾乎在地質鏇回的所有階段都可以形成,從岩漿作用到表生作用,在内生條件和外生條件下均可以形成工業富集。硼礦是一種用途廣泛的化工原料礦物。它主要用於生產硼砂硼酸以及元素硼。硼在玻璃冶金、醫藥、搪瓷、油漆日用化工農業以及國防尖端工業等部門都是不可缺少的。因此,硼資源的開發、利用,對於現代工業的發展,具有越來越重要的作用。

礦物原料特點


  世界上含硼礦物很多,根據含硼礦物的化學組成,可將其分爲三類:硼硅酸鹽礦物、硼鋁硅酸鹽礦物和硼酸鹽礦物。其中,硼硅酸鹽礦物主要是硅鈣硼石賽黄晶;硼鋁硅酸鹽礦物主要有電氣石斧石。這兩類硼礦物中,除了硅鈣硼石尚具有工業價值外,其他或是難以加工,或因未大量聚集成工業礦床而意義不大。目前,作爲硼工業原料的主要是第三類——硼酸鹽礦物。這類礦物有100多種,但作爲工業硼資源開發利用的僅有10餘種,如天然硼砂遂安石硼鎂石硬硼鈣石天然硼酸鈉硼解石、柱硼鎂石等。在中國,硼鎂石、遂安石、硼鎂鐵礦、硼砂、鈉硼解石
硼鎂石
      硼鎂石
、柱硼鎂石等均可形成大、中型礦床。下面分别簡介一下幾種主要硼酸鹽礦物的物理、化學性能。

  硼鎂石  Mg2[B2O4(OH)](OH):B2O3 的理論含量爲41.38%;呈纖維狀、板狀、柱狀晶形;具有絲絹光澤;顏色有白、灰、淺黄色;密度爲2.62~2.75 g/cm3,莫氏硬度3~4,不溶於水。

  硼鎂鐵礦(Mg·Fe)3 Fe[BO3]O2:B2O3 的理論含量17.83% ;形態有針狀、柱狀、纖維狀、短柱狀-粒狀集合體等多種晶形;具有珍珠、金剛光澤;顏色有黑色和黑綠色;密度爲3.6~4.7 g/cm3;莫氏硬度5.5~6;不溶於水。

  天然硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O:B2O3 的理論含量是36.51% ;形態爲晶體或致密塊狀、土狀集合體;顏色有白色、淺灰色和淺黄色;密度爲1.69~1.72 g/cm3;莫氏硬度2.0~2.5;可溶於水。

  遂安石Mg2(B2O5):B2O3 的理論含量46.34%;形態有板柱狀、楔狀、竹葉狀、針狀、纖維狀等多種晶形;呈玻璃油脂光澤;有白色或淡褐色;密度爲2.91~2.93 g/cm3;莫氏硬度5.9;不溶於水。
鈉硼解石
    鈉硼解石

  鈉硼解石NaCa(H2O)6[B3B2O7(OH)4]:B2O3 的理論含量42.95% ;晶形有纖維狀、針狀集合體兩種;呈玻璃、絲絹光澤;無色或白色;密度1.65~1.95 g/cm3;莫氏硬度2.5;難溶於水。

  硬硼鈣石Ca(H2O)[B2BO4(OH)3]:B2O3 的理論含量50.81% ;形態爲等粒狀、放射狀、致密狀集合體;有玻璃、金剛光澤;白色或無色;密度2.41~2.44 g/cm3;莫氏硬度4.5~5;不溶於水。

  柱硼鎂石Mg[B2O(OH)3]:B2O3 的理論含量42.46% ;有柱狀、短柱狀和纖維狀3種晶形;玻璃光澤;顏色有白色、灰白色或無色;密度2.3 g/ cm3;莫氏硬度3.5。

用途與技術經濟指標


硼礦物的主要用途


  上文已經提過,硼是重要的化工原料。硼礦的主要用途是用來生產硼砂、硼酸、元素硼以及硼的其他化合物,這些硼化物廣泛應用於國民經濟的許多部門。

  1.建材工業

  玻璃行業是硼砂的最大用戶。玻璃生產中加入一定量的硼砂可以增強玻璃的熱穩定性,增大紫外線的透射率,提高玻璃的透明度和抗沖擊的機械性能。近年來,硼酸還大量用於玻璃纖維的制造,而玻璃纖維不僅是生產玻璃鋼的重要原料,而且也是建築、機械和制萘工業等的新型材料。

  在陶瓷行業中可用硼砂作催化劑。硼砂也是防腐劑、高溫坩堝、油漆等生產的添加劑。

  2.輕工工業

  硼砂是生產搪瓷制品的重要原料,它能增強搪瓷制品的牢固度和光澤度,提高瓷釉的耐熱性,並大大增大其膨脹系數。

  在印染行業中,硼砂是常用的煮鍊劑,用來去除天然棉纖維中所含的油、蠟及色素等,並對原布具有漂白作用利於染色。

  在造紙業中硼化物是一種新型的造紙塗料,它可以增加紙的光澤和防火性能,並用作造紙工業中含汞污水的處理劑等。

  硼的某些化合物還可以做成防火劑、防火塗料、油漆幹燥劑、防鏽漆等。
硬硼鈣石
    硬硼鈣石


  3.冶金工業

  在冶金工業中加入硼化物可制成硼鋼等特種鋼,這類鋼具有很高的強度和耐腐蝕及耐熱等優良性能,是制造噴氣發動機等主要部件的優質鋼材。

  在等金屬中加入少許硼,可以改善這些金屬的機械性能。硼也是鑄造鎂及其合金時的防氧化劑。鐵、硼、硅非晶態金屬是一種高新技術材料,用它作變壓器鐵心,代替硅鋼片,可節電3/4。

  4.機械工業

  在機械工業中硼被用作硬質合金、寶石等硬質材料的磨削、研磨、鑽孔及抛光等。

  “滲硼”是機械加工行業中一種新工藝,它能提高零件表面的硬度和耐磨、抗氧化性能。

  5.化學工業

  硼砂、硼酸可作爲肥皂洗滌劑等日用化工產品的添加劑。含硼洗滌劑具有保護頭髮、去污力強、無污染等性能。某些硼化物還可制成良好的還原劑、催化劑、溴化劑等。

  6.電子工業

  在硼系列化合物中,某些硼化物是絕緣材料,而有些硼化物則是良好的導電材料,具有半導體的特性,又有電子放射等性能,可用來制造各種電子元、器件,用作引燃管的引燃極、電訊器材、電容器、半導體的摻合料、高壓高頻電及等離子弧的絕緣體、雷達的傳遞窗等。

  7.原子能工業和國防工業

  硼具有顯着的吸收中子的作用,可用作原子反應堆中的控制棒及原子反應堆的結構材料。

  碳化硼具有高熔點、抗壓強度大、防輻射和防化學腐蝕性能,因此,它是航空和裝甲的理想防護材料。硼的某些化合物是制造火箭噴嘴、燃燒室内件及噴氣發動機的部件。硼的氫化物是液體火箭推進劑中常用的燃燒劑等。

  8.農業

  硼在農業上用作生產硼肥殺蟲劑等。

中國對硼礦物的一般工業要求


  1.對硼鎂石礦的要求
硼鎂鐵礦
    硼鎂鐵礦石

  邊界品位:    B2O3 3%;

  工業品位:    B2O3 5%;

  可采厚度:    1~2 m;

  夾石剔除厚度:1~2 m;

  礦石品級劃分  Ⅰ級品(富礦):B2O3 >11%;不需選礦,直接加工;

  Ⅱ級品(貧礦):B2O3 5%~11%;需經選礦或配礦。

  2.對鹽湖硼礦的要

  (1)對固體硼礦層的要求

  邊界品位: B2O3 1.5%

  工業品位: B2O3 2%;

  可采厚度: ≥0.3 m;

  夾石剔除厚度:≥0.6 m。

  (2)對液體硼礦(含硼鹵水及晶間鹵水)的要求

  邊界品位: B2O3 400mg/L;

  工業品位: B2O3 1 000mg/L。

礦 業 簡 史


  中國是世界上主要產硼國家之一,也是發現和利用硼礦最早的國家,早在公元720年的藏文《四部醫典》一書中就有關於用硼礦入藥治病的記載。

  中國硼礦的地質勘查工作始於新中國成立之初。在1951~1953年期間,中國科學院曾對西藏地區的班戈錯做過調查工作。西藏地質局也於1956年首次對班戈錯等地方的硼砂進行過專業普查工作。爾後,在1958~1963年期間,又有幾個有關單位陸續在西藏的其他地區進行了硼礦的勘探和科研工作,並對西藏的鹽湖硼礦作出了初步評價。

  1957年中國科學院化學研究所和地質部的礦物原料研究所對大柴旦湖進行鑽探時發現了湖底硼礦。1958年青海地質局又發現了大柴旦的湖岸硼礦。

  70年代至80年代中,中國科學院青海鹽湖研究所、中國地質科學院礦床研究所等又對青海地區的另外一些鹽湖陸續進行了調查研究。這些研究工作爲開發利用該地區的硼資源奠定了良好的基礎。

  50年代末至60年代初,繼湖南省七里坪的鎂質夕卡岩硼礦發現之後,又於70年代末,在江蘇浙江以及廣西等省(區)相繼發現了類似的硼礦床。
硼礦
     硼礦

  70年代初,河北省地質局在該省(今屬天津市)的薊縣-平穀一帶的中元古界含錳層位中發現了錳方硼石,使中國硼礦床增添了一個新的類型。

  中國還是世界上最早開采硼砂的國家。早在公元1563年,中國已經在西藏建立了手工作坊,從事天然硼砂的開采加工,並將其產品銷往歐洲。新中國成立之前,在柴達木盆地的大柴旦湖濱開始土法生產硼砂。1958年,在青海大柴旦建成一個硼砂廠,利用大、小柴旦湖的鈉硼解石生產硼砂,一直延續至今。

  50年代中期以來,中國在遼寧東部和吉林南部已有數個礦山開采原生硼礦,並先後建立了一系列硼砂、硼酸等硼化工產品的生產廠。目前,該地區仍是中國最重要的硼原料生產基地。

硼礦資源


  據《Mineral Commodity Summaries》1996報道,世界硼礦儲量爲17 000萬t (B2O3),儲量基礎爲42 000萬t(B2O3)。世界硼礦資源的最大特點是分布集中,土耳其(儲量3 000萬t,儲量基礎15 000萬t)、美國(儲量4 000萬t,儲量基礎8 000萬t)、俄羅斯(儲量4 000萬t,儲量基礎4 400萬t)、智利(儲量800萬t,儲量基礎4 100萬t)、祕魯(儲量400萬t,儲量基礎2 200萬t)、玻利維亞(儲量400萬t,儲量基礎1 900萬t)和中國等國家幾乎囊括了世界的全部儲量。

  截止1996年底,中國已探明硼礦產地63處,保有儲量(B2O3)4 670.6萬t,其中A+B+C級占53.8%,爲2 512.8萬t(表4.10.1)。如以A+B+C級儲量與其他國家的儲量基礎相比,中國的硼礦儲量處於世界第5位。另據預測,中國硼礦的資源總量約1億t。其中以西藏的硼資源量爲最多,占全國總資源量的48.47%,遼寧居第2位,占28.98%,青海占20.7%,名列第3位。青海和西藏的鹽湖硼礦的資源量之和占全國總資源量的79.17%,因此可以認爲,中國的鹽湖硼礦資源比沉積變質再造硼礦更有潛力。

地 理 分 布


  和世界範圍内硼礦資源的分布特點相似,中國的硼礦產地的分布也很不平衡,主要分布在遼東-吉南沉積變質再造型硼礦成礦帶、青藏高原的鹽湖硼礦成礦帶和江蘇六合冶山-廣西鍾山黄寶夕卡岩型硼礦成礦帶中,集中在遼寧吉林青海西藏四省(區)(表4.10.2)。

資 源 特 點


  中國硼礦資源具有種類多、共伴生礦物多、儲量豐富、礦石品位較低、產地分布不平衡等特點。

  (一) 硼礦種類多,共生伴生礦物多

  中國硼礦床有8種成因類型。各類硼礦的礦物成分相當複雜,共生、伴生礦物很多。

  沉積變質再造型硼礦的主要組成礦物除了鎂硼酸鹽礦物(硼鎂石硼鎂鐵礦遂安石等)外,還含有硅酸鹽類礦物(鎂橄欖石硅鎂石金雲母透閃石鈦鐵礦赤鐵礦晶質鈾礦等);硫化物磁黄鐵礦黄鐵礦黄銅礦等)以及石膏硬石膏磷灰石等硫酸鹽礦物和磷酸鹽礦物。

  青藏高原的鹽湖硼礦與鈉、鋰、鉀、氯、硫等幾十種元素密切共生。

  内生夕卡岩硼礦的礦石成分也比較複雜,硼鎂鐵礦和硼鎂石等有用硼礦物與大量的磁鐵礦共生。礦石中還常含有W、Mo、Cu、Pb、Zn、Bi、As、Co等元素,這些元素有的呈單礦物產出,有的分散在其他的礦物晶格中。

  海相沉積硼礦床的含硼礦物爲錳方硼石。脈石礦物很多,有鐵白雲石、錳方解石、鐵方解石、方解石、石英長石黑雲海白雲母、磷灰石、金紅石鋯石以及粘土礦物和金屬礦物(黄鐵礦、黄銅礦、磁鐵礦等)。其中錳方硼石礦物含量爲13.5%
白雲石
     白雲石

  (二) 儲量不少,但礦石質量較差

  中國硼礦儲量不小,但絕大多數硼礦石的品位較低,B2O3含量低於12%的硼礦石約占全國硼礦保有儲量總數的90.74%。

  表4.10.2中國硼礦產地索引表

  t4-10-2.jpg

  沉積變質再造型硼礦按其中有用組分的不同,可分爲硼鎂石、硼鎂鐵和硼鎂石-硼鎂鐵3種類型。它們的平均品位隻有8.27%,其中除了硼鎂石礦相對來說較易選别外,其他兩類礦物因與鐵礦物等緊密共生,浸染狀,粒度微細,目前還未能完全解決其加工問題。

  青藏高原的鹽湖硼礦分爲固、液兩種礦床,固體硼礦的B2O3平均含量隻有3.33%(隻有極少數硼礦的平均品位達20%~30%,個别礦可達38.7%(但這種富礦的總儲量隻占全國總量的8.54%)。液體硼礦(鹽湖鹵水)中B2O3平均含量爲866.16 mg/L。

  内生夕卡岩硼礦床的儲量及工業利用情況在全國居第3位,其礦石品位僅6.6%。

  海相沉積硼礦床的含硼礦物爲錳方硼石和菱錳礦,其B2O3的平均含量爲6.7%。

  在上述眾多類型的硼礦資源類型中,目前被加工利用的原料95%以上是硼鎂石礦石,這部分礦石的數量僅占總儲量的6.64%,而占儲量58.54%的硼鎂鐵礦則由於加工技術尚未完全過關,因此目前工業利用量極少。占儲量33.13%的鹽湖硼礦由於分布在青藏高原,受交通條件和開采條件的限制,目前也基本上未得到開發利用。其他類型硼礦的總儲量僅占全國總量的1.69%。

  (三) 產地分布過於集中

  中國的硼礦產地和儲量絕大部分集中在遼寧吉林青海西藏4省(區)。這4個地區的硼礦保有儲量幾乎占全國總量的90%。其餘不足10%的儲量零星分布在黑龍江天津内蒙古江蘇浙江湖北湖南廣西四川新疆等省(區)。中國的硼礦產地和儲量絕大部分集中在遼寧、吉林、青海、西藏4省(區)。這 4個地區的硼礦保有儲量幾乎占全國總量的90%。其餘不足10%的儲量零星分布在黑龍江、天津、内蒙古、江蘇、浙江、湖北、湖南、廣西、四川、新疆等省(區)。

礦床時空分布及成礦規律


  (1)中國前寒武紀沉積變質再造型硼礦床產在中朝准地台東北部的遼東吉南地區。該地區的前寒武紀地層由下往上分爲:古中太古界龍崗群、鞍山群、新太古界寬甸群;古元古界草河群和大栗子群;中元古界遼陽群和許屯群;新元古界震旦系下統。其中,寬甸群產有多種金屬和非金屬礦產,沉積變質再造型硼礦床就全部產在這個群中。

  新太古界的寬甸群分爲7個岩組,其中,含硼層位岩組有4個:硼鎂石- 遂安石建造產於磚廟組内下部的淺粒岩、黑雲變粒岩、電氣石變粒岩段内;硼鎂鐵礦-磁鐵礦建造產在炒鐵河組的黑雲變粒岩和淺粒岩層中,以及高小嶺組下部的磁鐵淺粒岩、角閃透輝變粒岩段和該組上部的黑雲變粒岩、電氣石變粒岩、二雲片岩段這兩個岩段的分界處及老營溝組中間的一個岩段的變粒岩、淺粒岩中。也就是說,寬甸群含硼建造常產在電氣變粒岩等富硼的岩石中。含硼層中的硼礦和硼鐵礦體是同該層的鎂質碳酸鹽岩同時形成的,後來受到區域變質和混合岩化的再造。

  寬甸群中硼礦是經過沉積-成岩作用而富集形成的。硼的物質有海底火山噴氣直接供給的,也有古火山富硼沉積經水等介質的搬運再聚集的。也就是說,硼來自地殼内部,經外生作用而形成寬甸群中沉積變質再造礦床的主體。

  寬甸群的沉積變質再造型硼礦床的成礦可劃分爲3個階段:沉積岩階段、區域變質階段和混合岩化階段,硼礦體形成於沉積成岩階段,爾後又經歷了寬甸期(2 500 Ma)和草河期(1 900 Ma)的強烈改造。在區域變質階段硼礦體的形狀未有改變,但會形成新的礦物共生組合。混合岩化階段水的分壓增大,對礦物形成和再造起到很大作用。這個階段形成的主要硼酸鹽礦物有:硼鎂鐵礦、遂安石、板狀硼鎂石、鈦硼鎂鐵礦等。

  這就是說,沉積變質再造型硼礦的形成是多源、多階段的,成礦物質主要來自同火山有關的内源。其形成主要是在同生沉積-成岩富集的前提下,經過再造作用而形成的。
青藏高原
    青藏高原

  (2)中國的鹽湖硼礦產於青藏高原,在北緯30°~40°之間,處於特提斯活動帶東端,屬世界性東西硼礦帶的東端。

  新生代以來,印度板塊的碰撞引起了青藏高原中新生代褶皺帶和盆地的整體隆起與差異性凹陷,導致板塊内部複雜,古生代褶皺系相繼複活,使地殼深部含硼熱液上湧,以及含硼的新生代中酸性火山岩等含硼岩石分解和硼的聚集。自晚更新世以來,這些處在海拔4 000~5 000 m左右高原上的盆地氣候日趨幹寒,使硼組分得以在盆地中聚集成礦。

  青藏高原的硼礦帶可分爲3個亞帶。南亞帶位於岡底斯鈣鹼火山岩帶和雅魯藏布地熱帶,這是主要的硼礦帶。該地帶的鹽湖硼礦床以硼砂建造爲主,品位相當高,規模也是該類硼礦中儲量最大的。

  中亞帶處在昆崙山巴毛窮宗-里河田第四紀火山帶。該帶的硼礦床以鎂硼酸鹽建造爲主,局部有弱碳酸鹽亞型的硼砂湖。

  北亞帶主要位於柴達木盆地和南祁連-阿爾金地區,該帶的鹽湖型硼礦床以、鈣型硼酸鹽爲主,並還有較多的液體礦。

  由南亞帶到中亞帶至北亞帶,青藏高原鹽湖硼礦的水化學類型在空間上具有明顯的分帶性,即由碳酸鹽向硫酸鈉、硫酸鎂亞型-硫酸鹽和氯化物型過渡。pH值也由高漸低(由9~11到9~8至8~<6)。鹵水的含硼量也以西藏中南部爲最高,向北逐漸降低。

  鹽湖硼礦屬於現代沉積礦床,第四紀硼酸鹽沉積作用,具有北早南晚、南強北弱的特點。藏北地區的第四紀湖盆最早成鹽期大致距今18 900 a,接着便有硼酸鹽沉積,並一直持續至今。藏南鹽湖的硼酸鹽沉積距今隻有1 000~2 000 a。

  現代鹽湖沉積硼礦的形成條件如下:

  1)硼的物質來源:來自海水、與火山活動有關的熱泉、熱鹵泉以及地殼深部的鹵水鹽湖周圍的含硼岩石

  2)構造條件:需具有封閉的或半封閉的沉積盆地,特别是比較穩定的、較深的盆地,這樣對含硼鹽類的富集更爲有利。

  3)氣候條件:必須是氣候幹寒、雨量稀少、蒸發量大於降水量數十倍乃至百倍以上的地區,使含硼鹽類物質逐漸濃縮並沉積在盆地中。

  (3)内生夕卡岩硼礦床的主要成礦期是燕山期。進入中生代以來,由於板塊運動的影響,因此在華南地台中形成的北東向褶皺帶伴隨多次的岩漿活動,在岩漿和熱液作用下,鋁硅酸鹽類與碳酸鹽類的岩石之間或鋁硅酸鹽類溶液與碳酸鹽岩石之間發生交代重熔作用,在接觸帶形成夕卡岩,這些岩體含硼較高。這類夕卡岩根據其主要碳酸鹽類成分的不同,可分爲鎂質夕卡岩和鈣質夕卡岩。硼鎂石—硼鎂鐵的鎂硼酸鹽礦床就產在鎂質夕卡岩中。

  該硼礦帶長達2 000 km,寬爲數十至數百公里,主要分布於湖南、廣西、浙江、江蘇、雲南等省區。

  (4)海相沉積錳方硼石礦床賦存於中元古界長城系高於莊組中。位於天津市薊縣東水廠。其大地構造位置屬華北地台燕遼沉降帶,次級構造爲馬蘭峪的南翼。

  經研究證明,錳方硼石是在水質含硼濃度較大,且爲強還原的弱鹼性,海水較爲平靜的條件下沉積而成的。

礦 床 類 型


  根據礦床成因,可將中國硼礦床劃分爲8類:沉積變質再造型硼礦床、鹽湖硼礦床、内生夕卡岩硼礦床、海相沉積礦床、含硼地下鹵水硼礦床、鹽沼湖硼礦床、溫泉噴氣硼礦床和火山沉積硼礦床。其中,主要的是前4類型。現將這4類主要硼礦床簡述如下。

  (一) 沉積變質再造型硼礦床

  中國遼吉東部的沉積變質再造型硼礦床西起遼寧的營口,經鳳城、寬甸向東,一直延伸至吉林省的集安,礦帶長達300多km,寬約50 km。
橄欖岩
     橄欖岩

  這是中國重要的硼礦工業類型,分布在華北地台的北緣。硼礦體產在寬甸群固定的含硼層位——富鎂的碳酸鹽岩中,礦體直接圍岩常是蛇紋石化的白雲質大理岩,有時爲金雲橄欖岩菱鎂岩,礦體產狀與圍岩常整合產出。礦體傾角各個礦床均不一樣。礦體的形態主要是似層狀、透鏡狀。礦體長度一般50~500 m,最大可達3 000 m,厚度爲10~15 m,最厚的有160多m。按礦石類型分,這類硼礦又可分4個亞型,即硼鎂石型、磁鐵礦-硼鎂石型、硼鎂石-遂安石型、晶質鈾礦-磁鐵礦-纖維硼鎂石-硼鎂鐵型。

  (二) 鹽湖硼礦床

  鹽湖硼礦是中國和世界上硼原料的重要來源之一。它可分爲固、液兩類硼礦;且固、液相處於動態平衡之中。有的鹽湖硼礦(如青海柴達木的大、小柴旦湖硼礦)同時兼有固體硼礦和液體硼礦。

  1.固相硼礦床

  鹽湖硼礦床屬於現代沉積礦床,埋藏很淺,有的直接出露地表。

  不同的水化學類型含硼鹽湖形成不同的硼礦建造類型。碳酸鹽型湖中的主要硼礦物爲硼砂以及少量的三方硼砂;硫酸鹽型鹽湖中主要硼礦物是鈉硼解石-柱硼鎂石或是多水硼鎂石-庫水硼鎂石。

  鹽湖的硼酸鹽礦床的產狀比較複雜,多數是層狀礦床,與圍岩的界限爲漸變關係。這類礦床產於鹽湖内,另一種硼酸鹽礦床則產於湖濱,這種湖濱礦床雖然數量不太多,但品位較高。還有一種爲含鹽淤泥,其中含有大小不等的鈉硼解石集合體。

  2.液體硼礦

  液體硼礦爲含硼的地表鹵水和晶間鹵水。這類硼礦鹽湖中除含硼外,還含有鉀、鋰等多種鹽類,可綜合開發利用。

  (三) 内生夕卡岩硼礦床

  夕卡岩硼礦體產於鎂質夕卡岩和鎂質碳酸鹽岩中。在鎂質夕卡岩硼礦床中,硼往往和許多金屬元素形成單獨的工業礦體,或呈共生礦物出現,可以綜合利用。

  内生夕卡岩硼礦的礦物成分複雜,有三種組合形式:硼鎂鐵-磁鐵礦、硼鎂石-硼鎂鐵-磁鐵礦和鎂硼石-硼鎂石-磁鐵礦

  礦床呈似層狀、透鏡狀,產在接觸帶附近。礦體產狀與接觸帶產狀基本一致。

  (四) 海相沉積錳方硼石礦床

  這類硼礦床在世界範圍内並不多見,中國也是首次發現於天津薊縣。

  礦床賦存於中元古界長城系高於莊組中。按岩性特征可將高於莊組由下至上劃分爲4個岩段,錳方硼石礦床位於第二岩段,該岩段又分爲4個大層,硼礦體分布在第一大層的第二分層中。含礦層共有4層,細水平層理發育,平均厚度16.7 m。第一礦層的礦體變化比較穩定,呈透鏡狀和餅狀,斷續出現,礦層平均厚0.10~0.20 m,第二礦層呈扁豆狀,厚0.1~0.2 m。

  礦床產於白雲岩中或頁岩與白雲岩之間,與圍岩之間呈漸變關係。有富、貧兩種礦體,富礦體在礦層中呈扁豆狀、透鏡狀、餅狀、串珠狀。貧礦體往往分布於富礦體之間或其上、下盤中,有條帶狀、囊狀、團塊狀、浸染狀等。礦石中主要礦物爲菱錳礦、錳方硼石;礦石構造有豆狀和假鲕狀、團塊狀、條帶狀及浸染狀等。貧礦的B2O3含量爲2%左右,富礦中B2O3含量可達17%左右,硼與錳礦物之間常爲正相關關係。

典型礦區(床)


遼寧後仙峪硼礦


  (硼鎂石-遂安石型硼礦)

  後仙峪硼礦位於遼寧營口市虎皮峪背斜南翼。區内地層爲寬甸群和草河群變質岩系,硼礦產在寬甸群磚廟組中。

  後仙峪礦區分爲5個礦化帶,其中規模最大的是第二號礦化帶(圖4.10.3)。該礦化帶中有6個硼礦體,其中以Ⅴ號礦體爲最大,其次是Ⅲ、Ⅳ號礦體。

  V號礦體呈扁豆狀和似層狀。該礦體的主要礦物爲硼鎂石和遂安石,礦體厚度變化較大,最厚可達61 m,平均厚度17 m,是一個高品位大礦體。

  該礦體的主要脈石礦物是鎂橄石、蛇紋石,其次還有金雲母透閃石滑石方解石白雲石菱鎂礦以及少量的硅鎂石類、綠泥石磁鐵礦磷灰石等。

  礦石按自然類型劃分有:遂安石型、硼鎂石型、遂安石和硼鎂石混合型、硼鎂鐵和硼鎂鐵與硼鎂石混合型等。按工業要求劃分,則有硼鎂石礦石、硼鎂鐵礦石以及硼鎂鐵與硼鎂石混合型礦石。遂安石礦石多位於礦體的中部,硼鎂石礦石多位於礦體的上部和下部,而混合型礦石隻見於礦體上部,分布很局限。

  沿整個礦化帶走向和傾向,B2O3含量的變化規律不明顯,但就單一礦體而言,無論是沿走向或傾向,在礦體收縮或尖滅方向上均有逐漸變貧的趨勢,在礦體膨脹部位,B2O3含量爲最高。

遼寧翁泉溝硼鐵礦床


  (硼鎂石-硼鎂鐵礦型)

  該礦床於1958年發現,位於遼寧省鳳城市劉家河鄉與西門子鄉的交界處,是一個硼、鐵共生並含鈾的特大型沉積變質再造型硼礦床。

  該礦床包括東台子、業家溝和翁泉溝三個主要礦段,總儲量(B2O3)爲2 185萬t,鐵礦石2.8億t。B2O3儲量占全國總儲量的45%左右。由於選礦及鈾的放射性問題,因此使之至今未能得到開發利用。但近年來,在這方面已有相當大的突破,研究證明,該礦床中90%以上礦石是屬於具有可選性的硼鎂石-磁鐵礦型,通過選、冶結合的加工工藝,能穫得較滿意的結果,可望不久將會有實質性的進展。

  翁泉溝硼礦賦存於古元古界遼河群里爾峪組下部的變粒岩段之中。硼鐵礦層主要產於蛇紋岩、金雲蛇紋岩中,部分產於蛇紋石化大理岩中。放射性元素與硼鎂鐵礦緊密共生、礦體傾角變化大,一般是淺部較陡,深部較緩,靠近向斜軸部礦體近於水平。

  礦區分上、下兩層礦,共分9個礦體。礦體呈層狀、透鏡狀、扁豆狀。礦體長約3 000 m,寬約1 500 m,最大延深600 m,一般厚度30~50 m,厚度變化較大,隨含礦岩層的厚度變化而異。

  礦體與圍岩呈整合接觸關係,中間爲金雲透閃岩的交代帶。礦體中夾有數層黑雲角閃變粒岩、蛇紋岩、電氣透輝岩等,厚度0.5~25 m不等,延長幾米到數百米。

  礦體與賦礦岩層的厚度之間關係密切。沿走向、傾向二者厚度有正相關關係。

  礦體内較大礦體是Ⅰ、Ⅱ號礦體,Ⅰ號礦體規模最大,其儲量占全礦區的90%。南北寬1 500 m,東西延長2 800 m,最大厚度150 m,平均厚度45 m。Ⅱ號礦體平均厚度22 m。

  整個礦床屬鎂質硼鎂鐵礦,主要礦石礦物爲磁鐵礦、硼鎂鐵礦,其次爲纖維硼鎂石、遂安石、晶質鈾礦。脈石礦物爲蛇紋石、金雲母硅鎂石。主要爲變晶、交代殘餘結構、條帶狀、塊狀、斑雜狀構造。礦石中B2O3含量一般爲4%~10%(平均7.23%),最高可達22.68%。TFe在空間上分布較爲均勻,與B2O3一般呈正相關關係,依硼酸鹽礦物和磁鐵礦的含量,可將本礦區礦石分爲四類:硼鎂石-磁鐵礦型、硼鎂鐵礦-磁鐵礦型、硼鎂石(遂安石)-硼鎂鐵礦-磁鐵礦型、磁鐵礦型。其中,以前兩類爲主要類型。

西藏班戈錯硼礦


  (鹽湖碳酸鹽型硼礦)

  班戈錯硼礦位於藏北高原東部,是鹽湖硼礦床中鹽湖硼砂亞型硼礦。

  新生代火山及地熱活動爲本區鹽湖硼礦的主要物質來源。班戈錯是第四紀晚期由於高原湖泊的收縮、分離、解體而成。距今約18 900 a左右開始形成含硼鹵水,後來,隨着氣候漸趨寒冷,而在湖中形成硼酸鹽沉積。

  班戈錯硼礦實際由3個湖(一湖、二湖和三湖)組成,硼礦體大多賦存於“二湖”(圖4.10.5)。

  該礦包括固、液相兩種硼礦。固體硼礦多爲貧礦。B2O3含量僅爲0.25%~1.5%,大多數爲表外礦。僅在局部地段有硼礦聚集體,盡管品位較高,但由於分散、規模小,因而僅適於手工開采。

  這類固體硼礦主要是指各種形狀的硼砂:板狀硼砂、粉狀或細粉塊體硼砂、砂礦狀硼砂、透明塊狀硼砂和結核狀硼砂。

  板狀硼砂晶形完整,顆粒粗,含硼量高(B2O3含量爲33%~35%),雜質含量較少。主要分布在二湖東北部。礦帶長約6 km,寬約300~800 m,形成狹長形硼礦帶。該類硼砂爲該湖最早人工開采的礦石,稱之爲第一硼礦帶。

  粉狀或細粉狀塊體硼砂是灰白色不透明的塊體,半自形-自形不等粒結構,主要由0.01~0.5 mm細粒硼砂組成。其B2O3含量爲20%~30% 。該類硼礦儲量大、質量好,開采容易。稱爲第二個硼礦帶。礦體埋藏深度不等。

  砂礦狀硼砂爲灰白-白色、半透明-透明,似砂礦狀,分布於第一、二硼礦帶中。

  透明塊體硼砂埋深大於2 m,厚度爲數十米至1.6 m。這類礦石數量不多,但品位最高,B2O3含量高達36.51% 。產於第二硼礦帶中。

  結核狀硼砂呈灰黄-灰白色結核狀,結核大小爲10~30 cm,數量很少,品位也隻有20%~25%。

青海大柴旦湖硼礦


  (硫酸鹽型鹽湖硼礦)

  青海大柴旦湖位於柴達木盆地的北緣。盆地北緣的南祁連山斷裂帶有一個溫泉-泥火山活動帶,自第四紀更新世晚期以來,含硼鹵水從深部湧出,通過周圍的河流、溫泉等匯入大、小柴旦湖而形成礦床。

  大柴旦湖硼礦系硫酸鹽型的鈉硼解石-柱硼鎂石亞型的鹽湖硼礦。是一個大型的、含有硼、鋰、鉀等多種有用成分的綜合性礦床。

  大柴旦湖硼礦爲現代沉積型固相硼礦和晶間水、地表鹵水液相硼礦兩者兼有的礦床。固體硼礦又分爲湖濱硼礦和湖底硼礦兩種。

  湖濱硼礦分布於湖泊階地和緩坡地帶,分布於湖東、西部階地上。東部的含礦層底部爲黑色泥灰,其上部爲石膏細砂粘土層(厚度約0.2~0.3 m),再往上就是硼礦層,主要硼礦物爲柱硼鎂石,其次爲鈉硼解石和水方硼石。礦層呈扁豆狀、窩狀、條帶狀、團粒狀,B2O3含量較高,礦層含B2O3 0.75%~9.19%,礦體集中部位高達25%~30%以上。礦層長35 km,寬0.8~1.5 km。西部硼礦產於粉砂石膏層中,一般出露地表,最深也隻有2 m多。硼礦物以鈉硼解石爲主,柱硼鎂石爲次。礦體長7 km,寬0.5~1.5 km,B2O3含量一般爲0.77%~7.06%。礦體集中部位硼的品位較高,構成富礦體。

  另一種固相硼礦爲湖底硼礦。按其成硼時間和沉積物的組合特征,由下到上可劃分爲五個礦層和一個礦化層:粘土礦化層、鹽類硼砂、石鹽粘土硼礦、泥灰石膏硼礦、芒硝硼礦和石鹽硼礦共6層(圖4.10.6)。五個礦層的共同之處是:主要硼礦物爲鈉硼解石或柱硼鎂石,或是兩者皆有,除泥灰石膏層外,其餘皆爲貧礦體,B2O3含量都不到3%;礦體形狀多呈似層狀(或層狀)或透鏡體。

  泥灰石膏硼礦層爲本礦區湖底固體硼礦中品位最高的含硼礦層,B2O3含量通常爲0.75%~10.70%,分布於現代湖水範圍内,埋深6~8 m。

  液體硼礦也分爲地表鹵水礦和晶間鹵水礦。

  地表鹵水礦分布於礦區的東部和北部。面積爲44 km2,水深0.2~0.7 m。其面積和水深受季節性影響明顯。

  地表鹵水屬於硫酸鎂亞型,礦化度330~350 g/L,B2O3含量爲1 700~1 800 mg/L。

  晶間鹵水賦存於鹽層和黑色含鹽泥灰中。晶間鹵水中含有的硼及鋰、鉀等組份含量比地表鹵水高。而且,隨季節變化幅度也比地表鹵水小。該種鹵水由上往下可粗分兩層:第一層賦存於全新世鹽沉積中,埋深0~0.5 m,面積130.18 km2,B2O3含量1 269~2 385 mg/L。第二層賦存於上更新世晚期鹽沉積中,面積30 665 km2,埋深14 m,厚度3~5 m(最大10.10 m)。B2O3含量高達1 453~2 264 mg/L,屬於硫酸鎂亞型。

  晶間鹵水儲量大,濃度和組份相對穩定,是提取硼及其它礦物(鋰、鉀等)的主要液體硼礦床。

湖南常寧七里坪硼礦


  (内生夕卡岩硼礦床)

  七里坪硼礦位於大義山黑雲母花崗岩體北西端。區内褶皺斷裂發育。礦區地層爲上古生界石炭系壺天群、二叠系棲霞組、鬥嶺組。

  礦體圍岩爲厚層狀白雲石大理岩。礦區爲單斜構造,斷層對礦體稍有破壞。燕山期岩漿活動強烈,大義山花崗岩體的黑雲母花崗岩是成礦母岩。圍岩蝕變主要爲鎂質夕卡岩化,其次爲鈣質夕卡岩化。

  礦區共有5個礦帶,18個礦體,構成工業礦體的主要是第一和第二礦帶(圖4.10.7)。

  第一礦帶規模大,礦化較好,分布於礦區的西部,礦帶長1 500 m,平均寬度300 m。該礦帶有兩個工業礦體,呈似層狀和透鏡狀。第一礦體長950 m,寬350 m。第二礦體長800 m,寬300 m,礦層平均厚4.37 m,B2O3平均含量6.5%。

  第二礦帶規模較小,但礦化好。它位於第一礦帶之上,全長1 200 m,平均寬度100 m。該礦帶僅一個工業礦體,呈透鏡狀,沿走向延長1 000 m,寬150 m。礦體平均厚度2.9 m,含B2O3 8.77% 。

  礦石自然類型有6種。其中有工業意義的是鎂硼石型、硼鎂石型和鎂硼石-硼鎂鐵礦型。

  主要礦物有鎂硼石、硼鎂石。次要礦物:硼鎂鐵礦、氟硼鎂石、輝銅礦。少量的伴生礦物有符硼鈣石、白硼鈣石、硼磷鎂石、 白鎢礦、斑銅礦等。

  脈石礦物主要是:方解石白雲石硅鎂石石榴子石符山石透輝石。其次還有蛇紋石角閃石透閃石硅灰石淺色閃石等。

硼礦資源開發階段


  在硼礦的地質勘探中,根據工作任務分爲找礦、初勘、詳勘和生產勘探4個階段。

  在硼礦的找礦階段,地球物理和地球化學方法起着重要作用。重力、磁性及電阻率等地球物理測量方法可用來測定隱伏構造形態及盆地基礎剖面。

  根據硼元素很活潑的特點,在尋找可溶性硼酸鹽時,可采水樣進行分析。水中硼元素的異常及與硼伴生的許多元素都可作爲找硼的標志。在地形被輕微切割地區和水系幹涸、氣候幹燥的條件下,可用分散流岩石地球化學方法。次生分散暈的地球化學結果可用來預測硼的遠景。含鋰較高的鹽湖鹵水或地下鹵水,也標志着可能有硼的富集。

礦 山 開 采


  硼礦的開采方法及開拓方式取決於礦床類型、礦體形態、產狀、規模、礦物岩石的物理機械性質及埋藏條件等因素。由於中國固體硼礦床一般規模較小,大部分出露地表,但延伸較深,因此多數礦山都是先期采取露天開采,後期轉入地下開采。對於礦化水型礦床用抽鹵的方法進行開采。

  露天開采工藝簡單,機械化程度高,作業條件和開采成本都優於地下開采,在條件允許時應盡量采用。

  地下開采的開拓方式主要根據礦體的埋藏條件和礦山地面作業場地等具體條件而定。中國地下硼礦山的開拓方式主要有斜井開拓(如遼寧營口501硼礦)、平硐盲豎井開拓(如遼寧寬甸硼礦楊木杆分礦)、平硐開拓(如遼寧寬甸的磚廟分礦),以及平硐斜井、豎井等形式。目前使用的地下采礦方法有淺孔留礦法(如遼寧營口501硼礦、吉林集安硼礦等)、崩落法(如遼寧寬甸的楊木杆硼礦、磚廟硼礦等),以及分段空場法等。

選  礦


  根據不同的礦石類型,采用不同的選礦方法。

  1.硼鎂石型

  遼寧地質中心實驗室曾對這一類型的遼寧後仙峪硼礦的礦石進行了浮選中間試驗。試驗礦石采用經過手選後剩下的中礦,B2O3含量爲7%~8% 。

  浮選工藝控制條件爲:給礦粒度3~0 mm,Ⅰ段磨礦細度-200目占40%,分級溢流濃度25%;Ⅱ段磨礦細度-200目占75%,分級溢流濃度14% 。浮選礦漿pH值爲6.5~7.0,浮選溫度40℃左右。

  2.硼鎂石-磁鐵礦-蛇紋石型

  此類礦石主要礦物爲硼鎂石、磁鐵礦和蛇紋石。硼鎂石以纖維狀爲主,浸染粒度一般爲0.05~0.10 mm。磁鐵礦浸染粒度0.30~0.1 mm,且與硼鎂石緊密共生。采用弱磁選或弱磁選-浮選聯合流程。圖4.10.10是遼寧鳳城二台子硼礦的階段磨礦階段、磁選的單一弱磁選流程。

  3.硼鎂石-碳酸鹽型

  吉林集安高台溝硼礦的主要礦物爲硼鎂石、蛇紋石、菱鎂礦,此類型硼礦可采用優先或混合浮選兩種方法。如圖4.10.11和圖4.10.12。

  4.硼鎂石化硼鎂鐵礦-磁鐵礦型

  此類礦石中,硼鎂鐵礦、磁鐵礦和蛇紋石爲主要礦物。根據它們的比磁化系數,采用弱磁-強磁的全磁選流程,可穫得硼鎂鐵精礦。硼鐵的分離率可用電鑪熔鍊-加壓鹼解法、直接還原-磁選法。

  5.含鈾硼鎂鐵礦化硼鎂石-磁鐵礦型

  該類礦床主要有用元素爲鐵、鈾、硼、鎂。遼寧翁泉溝鈾鐵硼礦床就屬此類。其選礦方法步驟是:以濕式弱磁選收磁鐵礦;以重選回收晶質鈾礦,並得到硼鎂鐵精礦;以水力鏇流器分級穫得硼精礦,總選别工藝流程如圖4.10.13。

  此外,“八五”期間由東北大學等單位進行的“硼鐵資源綜合利用——硼鐵礦高鑪分離生產含硼生鐵及富硼渣技術研究”,使高鑪鐵硼分離,富硼渣活化、提硼,硼、鈾分離及鈾的治理等重大技術關鍵已取得了很大進展。

硼礦的加工技術


  目前,中國絕大多數硼礦加工都是以硼鎂石爲原料生產硼砂和硼酸,然後進一步加工成其他的硼化合物。

  1.硼鎂礦加工制取硼砂

  硼砂(Na2B4O7·10H2O)又叫做十水四硼酸鈉。它是硼化工的母體產品。中國已研制出並已工業化的制取工業硼砂的方法主要有硫酸法、常壓鹼解法、加壓鹼解法、酸鹼聯產法、碳鹼法等。目前絕大多數企業均用碳鹼法。

  碳鹼法的工藝過程是:將硼鎂礦粉加入碳酸鈉溶液,通入石灰窯氣(CO2)進行碳解,過濾、洗水後用於碳解配料,濾液適度蒸發濃縮,冷卻結晶,離心分離而得到硼砂。

  碳酸法制取硼砂工藝具有流程短、硼砂母液可循環套用、鹼的利用率高、B2O3收率較高、設備和廠房需用量較少、基建投資省等優點,特别是該法可加工低品位硼鎂礦,適合中國硼礦資源的特點。因此,是目前廣泛使用的方法。

  2.工業硼酸的生產方法

  硼酸(H3BO3)是生產硼化學品的母體。其制法隨原料品種不同而異。中國目前主要生產硼酸的方法有硫酸法、硼砂硫酸酸化法、碳銨法、多硼酸鈉法等。

  (1)硫酸法制取工業硼酸    這種方法是中國大多數廠家采用的生產硼酸的方法。其工藝流程是:硼礦石經粗碎,磨到一定細度後,按一定的配料比依次將清水、洗水、礦粉和硫酸投入酸解反應器中。料漿在一定反應溫度下攪拌一定時間後,趁熱過濾得硼酸及硫酸鎂混合液,經冷卻硼酸結晶析出,再經分離、幹燥可得成品。

  (2)硼砂硫酸酸化法制取工業硼酸目前,國内部分工廠(如營口化工廠等)采用此法生產硼酸。

  該法的工藝流程是:將硼砂在溶解槽中加水和母液溶解配成一定濃度的溶液,經控制過濾,除去不溶物。濾液送至中和槽,在規定的溫度下加硫酸中和。反應完成液再進行冷卻、結晶、分離、幹燥後即得到硼酸。

  (3)碳銨法制取工業硼酸遼寧省的開原化工廠采用碳銨法生產硼酸。碳銨法的工藝流程是:將焙燒後的硼礦粉,碳酸氫銨溶液和分離硼酸的母液,在配料罐内充分攪拌混合均勻後,送入浸取釜内浸取,經過濾、洗滌、棄去殘渣。濃液送去蒸氨,稀液作爲下次投料稀釋用。濃液蒸氨中硼酸二氫銨分解,溶液變成硼酸的稀溶液,經蒸濃放入結晶罐内冷卻結晶、分離、幹燥即得到硼酸成品。

  (4)多硼酸鈉法制取工業硼酸該工藝流程是:硼鎂礦石經焙燒粉碎成一定細度的礦粉,加純鹼與呈適當液固比的料漿,通入不同濃度的CO2氣體,在一定溫度、壓力下進行碳解反應,反應後的料漿經過濾去渣。將得到的多硼酸鈉溶液蒸濃後加硫酸中和,冷卻結晶、分離、幹燥便得到硼酸。母液重新蒸濃,趁熱提取分離副產品硫酸鈉,再返回中和工序循環使用。

  除上述幾種方法外,目前正在研究能制取硼酸的方法還有鹽酸法、電解電滲析法、鹽酸分解-有機溶液萃取法等。

環 境 保 護


  中國硼工業生產中的環境污染比較嚴重。如井下開采中產生的廢水、廢氣、廢渣、粉塵、噪聲等都對職工的身體健康及生態環境有不良影響;其次,僅碳鹼法加工硼鐵礦生產硼砂產生的硼泥量一年就達100~120萬t,其堆放不僅占地而且也污染環境。爲此,防治廢水、廢氣、廢渣、噪聲以及放射性物質等的污染,達到國家或地方人民政府規定的排放標准和質量要求具有重要意義。

  1.礦山廢水

  硼礦山的廢水主要來源於礦井和露天采場的含硼外排水。目前有的礦山采用的治理方法是以石灰水混凝,產生硼酸鈣沉澱物,沉澱後的清水排放或複用。

  2.坑内通風防塵

  一般地下硼礦山均采用機械通風方式。井下主要中段設有通風機,局部獨頭工作面安設局扇排塵通風。對裝礦點采用噴霧降塵、巷道定期灑水清洗岩壁等措施。

  3.噪聲的防治

  地下硼礦山采礦場、通風機房、空壓機房、破碎廠等各種機電設備,在操作或運轉過程中均能產生噪聲,致使周圍環境遭到污染。部分礦山對接觸噪聲較多的工種采取個别的防護措施。爲鑿岩職工配備個人保護用耳塞等。對地表空壓機站或通風機房增設減振、隔音、消音設施。

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