楊瑞東，高軍波，莫洪成

(1. 貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550025;2.貴州大學 喀斯特地質資源與環(huán)境教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

鈷是戰(zhàn)略性緊缺礦產資源，是制造高溫合金、硬質合金、磁性合金和含鈷化合物的重要原料，被廣泛應用于國防、原子能、航天、電子、鋰電池等工業(yè)，以及高溫磁性合金等高科技領域，特別是近年來隨著新能源汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動了上游電池材料需求量迅速猛增，從而引起全球范圍鈷資源需求量的激增，進一步凸顯了鈷在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中特殊的戰(zhàn)略意義。

根據(jù)中國地質調查局全球礦產資源戰(zhàn)略研究中心發(fā)布的《全球鋰·鈷·鎳·錫·鉀鹽礦產資源儲量評估報告(2021)》，截至2020年，我國鈷礦資源量44萬t，約占全球鈷資源量的1.88%?？梢?，我國鈷礦資源極為短缺，存在很大的安全供應風險。近年來，鈷的需求快速增加。自2012年起，我國鈷年產量約7 000 t，年消耗則達到2.5萬t[1]，而僅2017年上半年我國消費鈷就達2.5萬t。

鈷是一個典型的地幔型元素，具遷移能力強的特點，在地殼中主要呈分散狀態(tài)。因此，鈷除少量以獨立礦床產出外，主要作為其他礦床的伴生金屬產出。主要的原生含鈷礦物包括硫銅鈷礦、硫鈷礦、鎳黃鐵礦、輝砷鈷礦、鎳輝砷鈷礦、鈷輝砷鎳礦、塊硫鎳鈷礦、輝鈷礦、鈷硫砷鐵礦、斜方砷鈷礦、方鈷礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦等[2]。

富鈷礦床的主要類型為沉積巖賦礦層控型Cu-Co礦床、風化型紅土Ni-Co礦床、巖漿Cu-Ni硫化物礦床、黑色頁巖賦礦型Ni-Cu-Zn-Co礦床、矽卡巖和交代型礦床、變質沉積巖型Co-Cu-Au礦床、鐵氧化物銅金礦床(簡稱IOCG礦床)、火山巖塊狀硫化物Cu(Zn-Co-Ag-Au)礦床、脈狀或熱液交代礦床、密西西比河谷型鉛鋅礦(簡稱MVT型鉛鋅礦)、海底富Co的Fe-Mn結殼和結核。中國富鈷礦床主要為巖漿銅鎳硫化物型Ni-Cu-Co礦(甘肅金川)、紅土型Ni-Co礦(云南元江—墨江)、變質沉積巖型Cu-Co礦(吉林白山市大橫路)、沉積巖賦礦層控型Cu-Co礦(遼寧營口市周家)、火山巖塊狀硫化物型Cu-Co-Zn礦(青海省瑪沁縣德爾尼)、鐵氧化物Cu(Au)-Co礦床(海南石碌)、熱水噴流Co-Au礦(青海省格爾木市駝路溝)、矽卡巖型Fe-Cu(-Co)礦(湖北省黃石市大冶鐵山)[2]。

截至2018年，貴州累計查明伴生鈷資源量207 t，其中，納雍水東—中寨鉬礦伴生鈷資源量118 t，納雍縣水東興旺鉛鋅鉬多金屬礦伴生鈷資源量89 t。

貴州富鈷礦床主要為Mo多金屬礦伴生鈷礦、Pb-Zn-Co硫化物礦床、沉積鈷錳礦、風化型鈷礦(峨眉山玄武巖風化殼鈷結核、板溪群變質巖風化殼鈷礦)。下面對各類型富鈷礦床進行論述。

1 鉬多金屬礦伴生鈷礦

2 Pb-Zn-Co硫化物礦床

密西西比河谷型鉛鋅礦床中也發(fā)育有鈷元素的顯著富集甚至成礦。常見的含鈷礦物有硫銅鈷礦、硫鎳鈷礦等。貴州西北部、東北部發(fā)育有大量規(guī)模不等的鉛鋅礦床，但目前發(fā)現(xiàn)富含鈷的鉛鋅礦床主要以納雍水東鉛鋅礦床最具代表性。該Pb-Zn-Co硫化物礦床中金屬礦物主要以閃鋅礦為主，約占金屬礦物的65%，其次為方鉛礦和黃鐵礦，約占金屬礦物的20%和10%。除此之外還有輝銅礦、黃銅礦和黝銅礦，含量不到1%。金屬礦物以閃鋅礦-方鉛礦-黃鐵礦組合較為普遍，其次為閃鋅礦-輝銅礦-黃鐵礦，閃鋅礦-黃鐵礦-黃銅礦，閃鋅礦-黃鐵礦，閃鋅礦-方鉛礦，黃鐵礦-黝銅礦等共生組合[4]。鉛鋅礦中，鈷為伴生資源，其品位0.01%～0.023%，平均品位0.018%，納雍水東—中寨伴生鈷118 t[3]。

3 沉積型鈷錳礦床

沉積型鈷錳礦僅發(fā)現(xiàn)3處礦點，分別是石阡中壩、黔西太來和興義市烏沙趙家溝。石阡縣中壩鄉(xiāng)鈷錳礦點，該鈷錳礦于20世紀80年代由貴州冶金地質一隊(現(xiàn)貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局一總隊)在石阡一帶開展礦產調查工作時被首先發(fā)現(xiàn)。含礦地層為震旦系陡山沱組底部白云巖的氧化帶，目前共發(fā)現(xiàn)有3個鈷錳礦體，礦體主要呈透鏡狀產出。礦體厚度介于1～4 m不等。礦石類型以含鈷錳白云巖為主，其次為含鈷錳黏土巖。含鈷0.01%～0.19%，平均0.036 9%，估算鈷金屬資源量26.45 t。黔西太來鈷錳礦點，含礦地層為二疊系樂平煤系與茅口灰?guī)r之間的白泥塘層，為沉積型錳鐵礦中的伴生鈷、鎳礦，有5個鈷錳礦體，其中1號礦體厚0.60～3.61 m，平均2.09 m，鈷品位0.026%～0.289%，平均0.143%；2號礦體厚0.30～3.60 m，平均1.80 m，鈷品位0.026%～0.069%，平均0.047%；3號礦體厚0.50～7.00 m，平均3.81 m，鈷品位0.041%～0.132%，平均0.075%；4號礦體厚0.20～1.95 m，平均0.71 m，鈷品位0.020%～0.168%，平均0.059 7%；5號礦體厚0.40～6.30 m，平均2.03 m，鈷品位0.071%～0.298%，平均0.140%。總計估算鈷、鎳礦石量1 000 t。興義市趙家溝鈷錳礦點，含礦圍巖為三疊系法郎組底部灰—深灰色灰?guī)r，礦體似層狀、透鏡狀產出，產狀與圍巖一致，鈷品位0.025%～0.131%，最高達0.37%，鈷錳質結核品位0.022%～0.044%；礦體2個，1號礦體長129.3 m，厚度小于2 m，平均含鈷0.025%～0.040%；2號礦體長60 m，厚度小于2.06 m，平均含鈷0.007%～0.013%；礦石Co、V、Mo、Ni、Hg等可綜合利用，鈷礦遠景儲量38.6 t[3]。

4 風化型鈷礦床

風化型鈷礦床分為風化殘積型和風化淋濾型兩種成因類型。前者與峨眉山玄武巖關系密切，主要分布于貴州西部玄武巖分布區(qū)；后者分布零星，主要是由新元古代變質巖風化淋漓形成，與原巖含鈷元素的豐度有關。

4.1 風化殘積型鈷礦

峨眉山玄武巖風化殘積型鈷礦主要分布于黔西北峨眉山玄武巖分布區(qū)，即威寧、納雍、赫章—畢節(jié)、水城龍場—楊梅等地。礦石含鈷0.012%～7.340%，一般1%～3%，Ni 0.001%～0.052%。威寧涼水井鈷礦為代表，鈷品位0.401%～0.652%，鈷金屬量2.82 t。除此之外，水城縣南部鈷礦，品位0.012%～7.340%，一般1%～2%，估算鈷金屬儲量11 t。

峨眉山玄武巖經(jīng)長期強烈的風化和侵蝕作用形成富含鐵、鎳、鈷的紅土風化殼，主要富鈷礦物是鈷土礦、含鎳鈷土礦和含鈷的鐵氫氧化物，鈷常常聚集在鎳礦石或鐵礦石中，在風化殼黏土巖中呈結核狀、條帶狀產出(圖1)。

峨眉山玄武巖風化殼富集稀土早就有深入研究[5-8]。貴州西部玄武巖具有高的稀土背景值，是稀土富集的重要基礎。玄武巖經(jīng)風化淋濾作用后，其稀土富集成礦受到地形地貌的控制，特別是在第四紀夷平面所形成的山崗、壟崗上的風化殼中發(fā)育稀土礦床。玄武巖第三亞段發(fā)育有富集Cu、Fe、Co及稀土元素的凝灰?guī)r，因此，在尋找稀土礦、鈷礦時應該在玄武巖第三亞段的風化殼中尋找。

玄武巖風化殼主要由高嶺石、蒙脫石組成，風化殼黏土層中的Co，Ni，Cu含量較高(表1)。黏土巖稀土總量中RE2O3為 0.022%～0.220%，稀土以微細粒稀土礦物型為主，含少量的離子吸附稀土，稀土總量大部分超過離子型工業(yè)品位RE2O30.05%，其中0.1%的富礦體可采厚度大于1 m，其稀土含量多高于織金寒武系磷礦中的稀土量[5]。

注：(a)富鈷脈狀、結核狀、條帶狀褐鐵礦；(b)富鈷結核體；(c)富鈷褐鐵礦；(d)富鈷結核體。圖1 赫章野馬川峨眉山玄武巖風化殼中鈷礦(化)產出特征Fig.1 The cobalt mineralization of the Emei Basalt in Yemachuan, Hezhang

表1 貴州赫章野馬川峨眉山玄武巖風化殼中 鈷等元素含量(×10-6)Tab.1 The element contents of the basalt laterite in Yemachuan, Hezhang, Guizhou(×10-6)

通過對赫章野馬川玄武巖風化殼剖面Co，Ni，Cu，Mo測試，Co含量大部分在20×10-6～60×10-6，個別樣品達到451×10-6，達到工業(yè)品位。

4.2 風化淋濾型鈷礦

新元代變質巖風化淋濾型鈷礦主要分布在黔中清鎮(zhèn)谷臘(圖2)、黔東北沿河及黔東南等地。該類礦床含鈷礦物來自上覆含鈷地層，經(jīng)風化淋積富集而成，礦體分布受地形地貌的控制，呈似層狀、透鏡狀和巢狀產出，礦石中含鈷0.015%～0.058%，多數(shù)為0.02%～0.05%，并含鎳、錳、鐵等元素(表2)。其中沿河縣譙家釉子土鈷礦點，含鈷0.071%～0.094%[3]。

表2 清鎮(zhèn)谷臘板溪群風化淋漓形成鈷土礦(化)微量元素組成特征(×10-6)Tab.2 The element contents of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou(×10-6)

注：(a)板溪群含鐵鈷砂巖；(b)強風化淋漓粉砂巖，鈷礦化；(c)黑色鈷錳土；(d)條帶狀黑色鈷錳土； (e)土狀褐色鈷土；(f)褐色含鈷褐鐵礦。圖2 清鎮(zhèn)板溪群風化淋漓作用形成的鈷土礦特征Fig.2 The cobalt mineralization of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou

5 貴州鈷礦找礦遠景分析

從上述貴州鈷礦(化)特征分析可以看出：鉛鋅礦中伴生鈷資源值得重視，貴州黔北地區(qū)鉛鋅礦資源豐富，而且往往富含鈷，應加強鉛鋅礦中鈷礦成礦特征、成礦規(guī)律研究；鉬礦中伴生鈷含量高，但鉬礦規(guī)模較小，鈷資源量不高；鈷錳礦中鈷資源豐富，特別是貴州西部水城—黔西一線二疊系錳礦，是尋找鈷錳礦的有利地區(qū)；貴州東部石阡一帶富鈷錳礦床產出層位穩(wěn)定，特別是陡山沱組底部風化白云巖是尋找富鈷錳礦床的重要層位；風化淋濾型鈷礦分布較廣泛，貴州西部玄武巖分布區(qū)、黔東南變質巖分布區(qū)，是尋找該類型鈷礦的有利區(qū)域。