彭 程，周迎春，李國杰，吳夢曉，吉榆師

（1.海南國際資源（集團）股份有限公司，海南?？?570100；2.海南省海洋發(fā)展有限公司，海南?？?570100）

0 引言

鋯被廣泛應(yīng)用于耐火材料和鑄造等領(lǐng)域，被稱為“21 世紀(jì)最具潛力的產(chǎn)品”及“原子能時代第一號金屬”（任軍平等，2021）；鈦還被廣泛應(yīng)用于航天航空和武器裝備等領(lǐng)域，被稱為“太空金屬”和“第三金屬”（劉艷花和孫湘莉，2017）。近年來，鋯鈦等礦產(chǎn)資源被中國、日本和美國等列為關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源，其戰(zhàn)略意義提升（彭程，2023）。隨著國內(nèi)環(huán)境保護政策加強，國內(nèi)以海南為主的鋯鈦砂礦資源大幅度減少，形成我國88%的鋯資源和34%的鈦資源依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，其中從非洲、特別是從莫桑比克鋯鈦資源進(jìn)口量長期名列前茅（董津蒙等，2022）。

非洲鋯礦資源研究主要集中在東南部非洲的莫桑比克等地區(qū)（張振芳等，2021），該地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，勘查與開發(fā)條件優(yōu)越，尤其是投資風(fēng)險低、周期短的鋯鈦砂礦資源（徐濤等，2022）。但多數(shù)學(xué)者對莫桑比克濱海鋯鈦砂礦資源的研究主要集中在地質(zhì)特征和礦床成因等方面（孟令華等，2015；鄧宇濤等，2017；張領(lǐng)軍等，2017；李家慶等，2019），缺乏對礦體形態(tài)、原礦砂粒度與品位及主要礦物特征等方面的半定性或定量研究。本文以莫桑比克楠普拉運營十余年的鋯鈦礦礦山實際經(jīng)驗和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在分析成礦地質(zhì)條件和成因的基礎(chǔ)上，對礦體空間變化規(guī)律、原礦砂粒度特征及其與主要礦物含量之間關(guān)系進(jìn)行定量評價，并詳細(xì)敘述了主要重礦物的礦物特征，為國內(nèi)外鋯鈦礦企業(yè)的礦區(qū)勘探、采礦、選礦和貿(mào)易全流程實踐提供參考數(shù)據(jù)。

1 成礦地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)條件

莫桑比克三分之二地層為前寒武紀(jì)地層，主要分布在西部和北部，該地層是以東非岡瓦納古大陸核為基礎(chǔ)演化而來的，由太古代至古元古代的巖漿巖和變質(zhì)巖組成（陳喜峰等，2021；徐濤等，2021）；地層中三分之一的地層為顯生宙地層，主要由卡羅超群、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、第三紀(jì)和第四紀(jì)沉積巖和巖漿巖組成，其中侏羅紀(jì)和更新世巖層在贊比西峽谷以南和東北部出露（梁勝躍等，2015；韓孝輝等，2018）。其境內(nèi)地塊按構(gòu)造分四個部分：一是與津巴布韋毗鄰的中部太古宙-古元古代的津巴布韋-馬尼卡克拉通；二是與坦桑尼亞接壤的北東部中元古代和新元古代-早古生代的泛非造山構(gòu)造帶；三是莫桑比克西北部的中元古代與新元古代-早古生代的泛非贊比西構(gòu)造帶；四是莫桑比克內(nèi)部盆地以及東部濱印度洋漸變帶的顯生宙中新生代覆蓋層（劉高峰等，2021）。莫桑比克地勢從西北至東南大致分為三級階梯：西北部以多山地帶和高原為主，海拔在500 m 以上，其中泛非造山運動的多山地帶1200 m 以上，東非大裂谷事件同期的高原地帶海拔在1200 m 以下（曾勇杰等，2021）；中部地臺區(qū)以低山丘陵和各種流水地貌為主，海拔從500 m 降至200 m；東部沿海為長條狀的莫桑比克平原，海拔在100 m 以下，由北向南，平行于海岸線呈帶狀分布，北窄南寬（梁勝躍等，2015）。

莫桑比克海岸線長約2600 km（楊海兵等，2012；陳喜峰等，2021），研究區(qū)域主要為侏羅紀(jì)和更新世地層，屬于顯生宙中新生代覆蓋層的東部濱印度洋漸變帶，位于長條狀莫桑比克平原的楠普拉東部濱海區(qū)。區(qū)域地勢是北西高、南東低，河流發(fā)育、水網(wǎng)密布；該區(qū)出露第四系、侏羅系、白堊系和前寒武系。第四系（Q）主要為分布在安戈榭-三加沙沿海地帶及安戈榭西南部河口地帶的濱海相沉積，為海灣I 級階地、紅樹林沼澤、河漫灘、洪沖積、濱海砂堤-潟湖地貌，為棕紅-褐紅色、桔黃-棕黃色和灰白色的松散礫石、含礫砂、中粗細(xì)粉砂、砂質(zhì)粘土、有機質(zhì)粘土、海灘巖及粘土夾層等。侏羅系（J）分布在安戈榭北部東向深斷裂以南一帶，主要為暗灰紅色杏仁狀玄武安山巖、安山巖、凝灰?guī)r及下覆泥巖等，該火山巖為礦區(qū)的基底巖石。白堊系（K）分布在安戈榭北部，巖性為含硅化木層狀粗砂巖，該地層亦為礦區(qū)基底巖石。前寒武系（Pre?）為前寒武系B 構(gòu)造層楠普拉超群，主要呈整合接觸的片麻巖與片巖組合（Pre?am）和不整合的大理巖組合（Pre?al）組成，其中以角閃片麻巖和基性片麻巖為主的巖性組合（Pre?am）主要在礦區(qū)西北出露。

區(qū)域構(gòu)造不發(fā)育，主要由一組北東向斷裂和一組南西向斷裂組成。區(qū)域內(nèi)巖漿巖主要有輝綠巖、輝長巖和花崗片麻巖。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)條件

礦區(qū)大面積被第四系松散沉積物覆蓋，構(gòu)造不明顯，僅東北部的濱海邊緣出露有白堊（K）系層狀粗砂巖和侏羅紀(jì)（J）暗灰紅色杏仁狀玄武安山巖。粗砂巖為灰白色、灰黃色，致密堅硬、層狀構(gòu)造，主要為鈣硅質(zhì)膠結(jié)的粗粒石英砂，含少量貝殼、珊瑚等生物碎屑，見少量鈦鐵礦。暗灰紅色杏仁狀玄武安山巖已局部強烈風(fēng)化，呈灰黃色的粘土狀，但原巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造尚可辨認(rèn)；其微風(fēng)化巖石呈暗灰紅色、灰黑色，杏仁狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為長石和橄欖石，其次為石英，見少量絹云母，微量褐鐵礦、鈦鐵礦等。

礦區(qū)內(nèi)出露的第四系全新統(tǒng)為莫埃巴塞組，主要出露河湖混合相沉積（Qbl）、濱海相的海岸砂丘沉積（Qd）和淺濱海相沉積（Qm）：河湖混合相分布在沖溝及干涸潟湖內(nèi)，主要為灰黃色、灰白色、灰褐色或黃褐色的含土細(xì)砂和粉質(zhì)粘土，半固結(jié)狀，含礦性較差，厚度≤4 m，在沖溝口的海潮區(qū)有灰黃色含礫細(xì)砂層，局部含礦，構(gòu)成礦體的底板和圍巖；淺濱海沉積在礦區(qū)東部的海岸砂堤（沙丘和灘涂）中出露，為中細(xì)砂、卵礫石層，含少量長石顆粒和生物碎屑，不含礦，厚度3～7 m；海岸砂丘沉積大面積出露在平坦和起伏的砂地上，是礦區(qū)主要出露地層，為灰黃-黃色含貝殼碎屑的中細(xì)砂，含少量長石和生物碎屑及粘土等，細(xì)砂含量50%～60%、中砂含量30%～40%，揭穿鉆孔揭露的厚度主要在3～8 m 之間，局部厚度>8 m。

1.3 礦床賦存與成因

礦區(qū)的第四系沉積物呈條帶狀與現(xiàn)代海岸線平行展布，礦床韻律層特征明顯，機械沉積作用清晰，呈似層狀、條帶狀產(chǎn)出，分布空間、形態(tài)、產(chǎn)狀嚴(yán)格受地層控制，礦層厚度總體連續(xù)且較穩(wěn)定、寬度相對較不穩(wěn)定。礦層裸露地表，東南部以海岸線為界，礦體底板和圍巖主要為第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組的河湖混合沉積（Qbl），主要為含粉細(xì)粒半固結(jié)顆粒。礦體從地表到底部的所有層位均含礦，礦體中基本無夾石（層），有用礦物為鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、磁鐵礦等。

鋯鈦礦資源的形成受物源、氣候與水動力、臺地變化、地形地貌和沉積作用等多因素影響（潘燕俊等，2017；周嬌等，2020）。研究區(qū)域廣泛分布的泛非構(gòu)造帶上古界片麻巖是鋯鈦礦的主要成礦母巖，是重礦物主要物質(zhì)來源；莫桑比克楠普拉省地處氣候炎熱多雨的亞熱帶氣候，使該地區(qū)母巖在強烈風(fēng)化作用下產(chǎn)生大面積的含礦風(fēng)化物質(zhì)，在季節(jié)性雨水和南部河流等水動力共同作用下進(jìn)行風(fēng)化、搬運、分選和沉積；區(qū)域第四紀(jì)早期-全新世地層曾經(jīng)歷了從臺地-淺濱海-臺地外緣濱海的變遷過程，為礦床形成提供有利條件；在地形地貌、水動力和風(fēng)化顆粒特征的相互作用下，鋯鈦礦礦物最終在濱海的海岸砂堤（沙丘和灘涂）中沉積，在受濱海環(huán)境的水動力進(jìn)一步影響下，粉細(xì)粒重礦物隨著中細(xì)粒石英砂同步沉積形成富含鋯鈦礦的沉積地層。

2 礦體特征

2.1 礦區(qū)地貌特征形態(tài)特征

礦區(qū)內(nèi)地勢較平坦，西部相對較高、東部略低；礦區(qū)大部分地形海拔標(biāo)高在7.0～15.0 m 之間，地形標(biāo)高極值為0 和35.0 m，分別位于礦區(qū)東部的沿海潮間帶和西南部的起伏砂丘。礦區(qū)位于濱海地帶，處于海成砂堤后緣，地貌以平坦砂地為主，有少量起伏砂地、干涸或殘余潟湖、古砂地殘丘等地貌。礦體（層）賦存于中細(xì)粒石英砂中，與地貌及第四紀(jì)沉積關(guān)系密切（圖2）。

2.2 礦體形態(tài)特征

礦床形態(tài)分布受地形地貌影響明顯，主要由2條礦體組成，礦體長度分別為15.20 km和11.20 km，平均寬度分別為812 m和1269 m。礦體寬度和厚度變化表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，即寬度增大或減小時，礦體厚度相應(yīng)增大或減小，但增減幅度存在差異（圖3）。

對36 條勘探線、288 個鉆孔控制的礦體寬度和厚度進(jìn)行統(tǒng)計（表1），數(shù)據(jù)表明礦體寬度和厚度分布呈平峰近似正態(tài)分布，寬度和厚度穩(wěn)定系數(shù)分別為50%～100%和小于50%，是寬度相對不穩(wěn)定、厚度較穩(wěn)定的礦體。兩條主要礦體在平面上表現(xiàn)為透鏡狀，兩端窄、中間寬，在垂向上呈現(xiàn)為北東端礦體厚度略大、南西端寬度略小。

3 礦砂質(zhì)量特征

礦石類型以中細(xì)粒石英砂為主，主要含粉細(xì)粒的鋯英石、鈦鐵礦等重礦物，松散狀結(jié)構(gòu)，似層狀構(gòu)造，礦石沉積韻律特征明顯。

3.1 礦石礦物組成

對原礦砂進(jìn)行自動礦物定量測定（表2），原礦砂主要礦物成分以石英為主，其次是鈦鐵礦、鋯英石、金紅石和獨居石等重礦物，含少量電氣石、磁鐵礦、白鈦礦和石榴石，有微量的銳鈦礦、藍(lán)晶石、綠簾石、磷釔礦、透閃石和菱鐵礦等礦物。

表2 原礦砂主要礦物成分測定Table 2 Determination of main mineral components of raw ore sand

3.2 礦石礦物粒度特征

原礦砂篩析結(jié)果（表3）與莫桑比克濱海鋯鈦砂礦（張建文等，2022；李寧和姚建軍，2022）、印度尼西亞（張敏等，2014；楊濤等，2016）中原礦砂的鋯鈦礦礦物的粒度分布特征一致。粒度篩析結(jié)果表明中細(xì)粒（0.10～0.50 mm）原礦砂占比91.45%，0.075～0.25 mm粒級中TiO2和ZrO2的分布率分別為87.51% 和82.84%；0.075～0.10 mm粒級中TiO2和ZrO2含量分別為4.60%和2.32%，是全粒級的6.13倍和21.06倍；在0.10～0.25 mm 和-0.075 mm 粒級中TiO2和ZrO2含量均大幅度下降，但0.10～0.25 mm 粒級中TiO2含量和-0.075 mm粒級中ZrO2含量仍高于全粒級平均含量；+0.25 mm 粒級中TiO2和ZrO2含量均低于全粒級含量，+0.5 mm 粒級中TiO2和ZrO2分布率均低于1%；TiO2含量與ZrO2含量比值隨著粒度降低先增加、后降低，中砂是鈦礦物富集區(qū)，粉砂是鋯礦物的富集區(qū)。

表3 原礦砂篩析結(jié)果表Table 3 Sieve analysis results of raw ore sand

根據(jù)濱海鋯鈦礦選礦原理，對原礦砂進(jìn)行螺旋重選可獲得鋯鈦粗精礦產(chǎn)品（江共養(yǎng)等，2018；廖乾等，2019）。對鋯鈦礦粗精礦進(jìn)行篩析（表4），結(jié)果表明0.076～0.15 mm 粒級的鋯鈦粗精礦占比93.07%，比原礦砂粒度更集中；0.076～0.15 mm 粒級中TiO2分布率為95.41%，-0.125 mm 粒級中ZrO2分布率為90.45%，0.076～0.125 mm 粒級中TiO2和ZrO2分布率分別為72.18%和74.94%。

表4 鋯鈦粗精礦篩析結(jié)果表Table 4 Sieve analysis results of Zr and Ti coarse concentrate

根據(jù)鋯鈦礦的理化特征和選礦工藝特點，對鋯鈦粗精礦進(jìn)行重選、磁選和電選可獲得鈦鐵礦和鋯英石的精礦產(chǎn)品（張建文等，2020；彭程等，2021）。對鈦鐵礦和鋯英石精礦進(jìn)行篩析（表5），結(jié)果表明鈦鐵礦在0.096～0.18 mm 粒級占比92.09%，鋯英石在0.075～0.15 mm 粒級占比86.02%；精礦粒度分布特征與鋯鈦粗精礦礦物對比，表現(xiàn)為粒度變粗，以粗?；厥招Ч?。

表5 精礦粒度分布特征表Table 5 Particle size distribution characteristics of concentrate

3.3 主要礦物賦存狀態(tài)

通過巖礦鑒定和能譜分析等方法查明礦物的理化特征，為確定選礦工藝和推測產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)。

鋯英石多數(shù)呈無色，少數(shù)鐵染棕色，四方雙錐、柱狀，晶體部分碎裂（圖4），次棱角狀-次圓狀為主，典型自形晶，莫氏硬度7.5～8，密度4.4～4.7 g/cm3，比磁化系數(shù)0.60×10-6～1.10×10-6cm3/g，因含鈦或鐵而具備弱磁選，非導(dǎo)體（金自欽等，2013；校韓立等，2015）。鋯英石大部分呈單體，常有裂紋和細(xì)小包裹體或孔隙（圖5）。鋯英石中ZrO2理論含量為67.10%，實際受Zr 與Hf類質(zhì)同像和混入少量Ti、Fe和稀土等元素而發(fā)生變化，其能譜分析見表6。

表6 鋯英石的能譜分析結(jié)果Table 6 Energy spectrum analysis results of zircons

鈦鐵礦呈鐵黑色，條痕為黑色，晶體呈不規(guī)則粒狀、板狀、次棱角狀-次圓狀，晶體上有蝕痕，莫氏硬度5～6，密度4.72g/cm3，比磁化系數(shù)0.220×10-3～1.170×10-3cm3/g，大部分在0.24～0.45 T 場強下進(jìn)入磁性產(chǎn)品，具備導(dǎo)電性（李麗匣等，2018；賴翔等，2020）。大部分鈦鐵礦以單體產(chǎn)出；少量鈦鐵礦與石英和榍石形成鑲嵌或包裹結(jié)構(gòu)（圖6），部分鈦鐵礦中Fe2+與Mg2+完全類質(zhì)同像，形成紅鈦錳礦（圖7），極少量鈦鐵礦中鈦和鐵發(fā)生固溶分離或氧化蝕變（彭程等，2021；彭程等，2022），發(fā)生赤鐵礦化，蝕變?yōu)榻鸺t石化或白鈦石化（圖8）。鈦鐵礦中TiO2理論含量為52.66% ，實際形成過程中，由于與紅鈦錳礦、赤鐵礦、磁鐵礦、金紅石、鉭鐵礦和鉻鐵礦等形成固溶體結(jié)構(gòu)，或含Na、Mg、Si、Al 等地殼高豐度元素氧化物雜質(zhì)而變化，其能譜分析見表7。

表7 鈦鐵礦能譜分析結(jié)果Table 7 Energy spectrum analysis results of ilmenite

金紅石呈褐色、黑色、褐紅色，顏色隨鐵含量增加而變深，金剛光澤-半金屬光澤，莫氏硬度6～6.5，密度4.2～4.4 g/cm3，比磁化系數(shù)1.11×10-5～1.45×10-5cm3/g，大部分在1.60～2.00 T 場強下進(jìn)入磁性產(chǎn)品，有導(dǎo)電性（金自欽等，2013；韓立等，2015）。金紅石多以單體形式存在，顆粒中常有孔洞，部分顆粒中有硅鋁質(zhì)脈石、榍石和黃鐵礦包裹體（圖9）。金紅石中TiO2理論含量為100%，實際金紅石中的Ti會與Fe、Nb 和Cr 等元素類質(zhì)同像，或發(fā)生雜質(zhì)的機械混入。

獨居石呈黃綠色、鐵染時變褐黃色，具備透光性，偏光鏡下呈高突起，反光鏡下反射率較石英及硅鋁脈石礦物高，掃描電鏡背散射圖像較鋯鈦礦明亮（圖10），莫氏硬度5.0～5.5，密度4.90～5.50 g/cm3，比磁化系數(shù)1.78×10-5～2.04×10-5cm3/g，大部分在0.70～1.10 T 場強下進(jìn)入磁性產(chǎn)品、非導(dǎo)體（金自欽等，2013；校韓立等，2015）。絕大多數(shù)獨居石呈單體顆粒，粒度與鋯石相當(dāng)，其成分復(fù)雜，主要為鑭、鈰、釹、鐠等輕稀土，鑭系元素存在類質(zhì)同象，絡(luò)陰離子部分有［SiO3］4-代替［PO4］3-，其能譜分析見表8。

表8 獨居石的能譜分析結(jié)果Table 8 Energy spectrum analysis results of monazite

圖1 楠普拉省安戈榭區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geologic map of Angoset，Nampula Province1-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組河流階地相沉積；2-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組現(xiàn)代海灘、潮間帶流動砂體；3-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組河湖混合相沉積；4-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組濱海相沉積；5-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組淺濱海相沉積；6-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組潮下砂壩；7-第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組灘涂相沉積；8-第四系更新統(tǒng)托必托組；9-第四系更新統(tǒng)托必托組中局部富含基底粘土的深紅棕色砂；10-白堊系；11-侏羅系；12-前寒武系角閃片麻巖及基性片麻巖；13-前寒武系大理巖；14-花崗巖巖脈；15-地質(zhì)界線；16-斷裂；17-礦床；18-安戈謝市；19-礦區(qū)范圍1-Quaternary Holocene Moebasa Formation river terrace facies sedimentation；2-Quaternary Holocene Moebasa Formation modern beach，intertidal flow sand bodies；3-Quaternary Holocene Moebasa Formation mixed facies sedimentation of rivers and lakes；4-Quaternary Holocene Moebasa Formation coastal sedimentation facies；5-Quaternary Holocene Moebasa Formation shallow coastal sedimentation；6-Quaternary Holocene Moebasa Formation sub-tidal sandbars；7-Quaternary Holocene Moebasa Formation mudflat facies sedimentation；8-Quaternary Pleistocene Tobito Formation；9-Quaternary Pleistocene Tobito Formation localised basal clay-rich dark reddish brown sand；10-Cretaceous；11-Jurassic；12-Precambrian hornblende gneiss and other mafic gneisses；13-Precambrian marble；14-granitic veins；15-geological boundaries；16-faults；17-deposits；18-Angoche City；19-mining area

圖2 地貌與第四系地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geomorphology and Quaternary geological profile

圖3 礦體寬度（左軸）與厚度（右軸）關(guān)系Fig.3 Relationship between ore body width（left axis）and thickness（right axis）

圖4 鋯英石碎裂形態(tài)特征（掃描電鏡像）Fig.4 Fragmentation morphology characteristics of zircons（scanning electron microscopy）

圖5 鋯英石中石英包裹體（油浸單偏光）Fig.5 Quartz inclusions in zircons（oil-immersed single polarization）

圖6 鈦鐵礦鏡下特征Fig.6 Microscopic characteristics of ilmenites

圖7 鈦鐵礦中金紅石Fig.7 Rutiles in ilmenites

圖8 紅錳鈦礦能譜成分圖Fig.8 Energy spectrum composition diagram of pyrophanite

圖9 金紅石中黃鐵礦和石英包裹體（背散射像）Fig.9 Pyrite and quartz inclusions in rutiles（backscattered image）

圖10 獨居石和鋯英石（背散射像）Fig.10 Monazite and zircon（backscattered image）1-獨居石成分分析區(qū)域；2-鋯英石成分分析區(qū)域1-analysis area of composition for monazite；2-analysis area of composition for zircon

含鐵類礦物以褐鐵礦為主，存在少量赤鐵礦，微量的磁鐵礦、黃鐵礦和鈮鐵礦。褐鐵礦多不規(guī)則，偶見脈石交生結(jié)構(gòu)和黃鐵礦殘余結(jié)構(gòu)，黃鐵礦殘余結(jié)構(gòu)表明褐鐵礦為黃鐵礦氧化生成；黃鐵礦含量甚微，微粒狀，粒度常在0.03 以下，多包裹在褐鐵礦、金紅石和鈦鐵礦等礦物中，偶見單體顆粒出現(xiàn)（圖11）；赤鐵礦為圓粒狀，少量在赤鐵礦中以微晶形式析出，其能譜分析見圖12；磁鐵礦以次棱角狀為主，普遍有風(fēng)化孔洞；鈮鐵礦含量極少，鐵黑色，半金屬光澤，薄板狀為主，莫氏硬度6，密度5.0 g/cm3，在外加磁場0.40～0.70 T 時可進(jìn)入磁性產(chǎn)品，易混入鈦鐵礦中，Nb2O5的理論含量為78.88%，鈮與鉭可完全類質(zhì)同像，硬度和密度隨鉭含量增高而增加，其能譜分析結(jié)果見表9。

表9 鈮鐵礦能譜分析結(jié)果Table 9 Energy spectrum analysis results of columbite

圖11 褐鐵礦與石英和硅酸鹽等脈石交生Fig.11 Phenomenon of limonites alternating with gangues such as quartz and silicate

圖12 赤鐵礦能譜分析圖Fig.12 Energy spectrum analysis results of hematite

石榴石呈黑色、褐紅色、黃色、白色，玻璃光澤，莫氏硬度6.5～7.5，密度3.60～4.20 g/cm3，比磁化系數(shù)1.50×10-5～3.00×10-5cm3/g、大部分在0.70～1.10 T場強下進(jìn)入磁性產(chǎn)品、極弱磁選，非導(dǎo)體。

角閃石呈黑色、褐色和綠色，莫氏硬度5.0～6.5，密度3.10～3.40 g/cm3，比磁化系數(shù)2.13×10-5～2.89×10-5cm3/g，極弱磁選，非導(dǎo)體。

3.4 礦石礦物化學(xué)成分和物相分析

原礦砂的化學(xué)多元素分析見表10，原礦砂中主要化學(xué)成分為地殼高豐度元素的氧化物，含鈦、鋯和稀土等有用元素。

表10 原礦砂化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 10 Chemical multi-elements analysis results of raw ore sand

對主要有用元素的氧化物進(jìn)行物相分析（表11和表12），結(jié)果表明鈦鐵礦和金紅石形態(tài)鈦元素分布率分別為88.14%和7.55%，在鋯英石形態(tài)鋯元素分布率為94.73%。

表11 TiO2的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 11 Chemical phase analysis results of TiO2

表12 ZrO2的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 12 Chemical phase analysis results of ZrO2

4 礦石礦物含量特征

4.1 礦石品位的統(tǒng)計特征

沉積型鋯鈦礦中，鈦鐵礦品位與金紅石品位之間呈較明顯的正相關(guān)，實踐中兩者之間品位根據(jù)礦區(qū)內(nèi)鈦元素在鈦鐵礦與金紅石之間固定分布率計算（何云等，2023）；鋯英石和鈦鐵礦品位根據(jù)鋯鈦礦品位的換算公式進(jìn)行換算（彭程，2023），其中原礦砂中TiO2和ZrO2含量為樣品化學(xué)分析結(jié)果，鈦鐵礦和鋯英石分布率為鈦鐵礦和鋯英石物相分析結(jié)果（表11 和表12 中的82.14%和94.73%），礦石為實測實方體重（取值1549 kg/m3），鈦鐵礦中TiO2和鋯英石中ZrO2含量為礦物能譜分析結(jié)果（表6 和表7中52.89%和65.35%）。

對1232 個鉆探樣品中鋯英石和鈦鐵礦品位統(tǒng)計，見圖13 和圖14，其中鉆孔樣中不小于鋯英石（0.5 kg/m3）和鈦鐵礦（7.5 kg/m3）邊界品位的樣品占比為91.73%和86.29%，不小于鋯英石或鈦鐵礦邊界品位的樣品占比93.26%，特高品位的鋯英石和鈦鐵礦樣品（大于平均品位的6 倍）占比0.89%和0.81%。

圖13 鉆探樣中鋯英石品位的頻數(shù)分布曲線Fig.13 Frequency distribution curve of zircon grade in drilling samples

圖14 鉆探樣中鈦鐵礦品位的頻數(shù)分布曲線Fig.14 Frequency distribution curve of ilmenite grade in drilling samples

對1232個鉆探樣品和目標(biāo)區(qū)域鉆探樣（不小于邊界品位、不大于特高品位）的品位分布特征統(tǒng)計，見表13。數(shù)據(jù)表明鈦鐵礦品位分布呈尖峰左偏態(tài)分布，目標(biāo)區(qū)域的最值、平均數(shù)、峰度和偏度等均小于全部鉆探樣品品位的數(shù)據(jù)，鉆探樣中鋯英石和鈦鐵礦品位變化系數(shù)分別為78.18%和74.42%，屬于品位較均勻的砂礦層。

表13 鉆探樣中鈦鐵礦和鋯英石品位統(tǒng)計表Table 13 Statistical table for grade of ilmenite and zircon in drilling samples

對288個單孔工程樣的鋯英石和鈦鐵礦品位統(tǒng)計，見圖15 和圖16，其中不小于鋯英石（1.0 kg/m3）和鈦鐵礦（12.5 kg/m3）邊界品位的單孔工程分別占比75.00%和66.67%，不小于鋯英石或鈦鐵礦邊界品位的單孔工程占比77.08%，單孔工程中鋯英石和鈦鐵礦的特高品位（大于平均品位的6倍）分別占比1.04%和0.35%。

圖15 單孔工程中鋯英石品位頻數(shù)分布曲線Fig.15 Frequency distribution curve of zircon grade in single hole engineering

圖16 單孔工程中鈦鐵礦品位頻數(shù)分布曲線Fig.16 Frequency distribution curve of ilmenite grade in single hole engineering

對288 單孔工程和目標(biāo)區(qū)域單孔工程（不小于最低品位）的品位分布特征統(tǒng)計，見表14。數(shù)據(jù)表明鈦鐵礦單孔工程樣品位分布呈尖峰左偏態(tài)分布，目標(biāo)區(qū)域的最值、平均數(shù)、峰度和偏度等均小于全部工程樣品品位的數(shù)據(jù)，單孔工程中鋯英石和鈦鐵礦的品位變化系數(shù)分別為80.21%和67.30%，屬于品位較均勻的砂礦層。

表14 單孔工程中鈦鐵礦和鋯英石的品位統(tǒng)計表Table 14 Statistical table for grade of ilmenite and zircon in single hole engineering

4.2 鋯鈦礦之間品位關(guān)系特征

對1233 個鉆探樣中鋯英石品位和鈦鐵礦品位對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行驗證：用線性公式表示為y=7.52xi+6.03（xi和y分別表示鋯英石和鈦鐵礦品位，下同），相關(guān)系數(shù)R為0.93；用多項式公式表示為y=-0.075xi2+11.25xi-0.33，相關(guān)系數(shù)R為0.96，因此采用多項式表示對應(yīng)關(guān)系的相關(guān)系數(shù)更高（圖17）。對目標(biāo)區(qū)域中1136 個鉆探樣的鋯英石品位和鈦鐵礦品位對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行驗證，用線性公式（圖18）和多項式公式表示分別為y=9.80xi+1.86 或y=0.038xi2+9.52xi+2.18，相關(guān)系數(shù)R均為0.92。因此，鉆探樣中鋯英石品位與鈦鐵礦品位相關(guān)系數(shù)均大于0.90，呈強相關(guān)性。

圖17 全部鉆探樣品中鋯鈦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.17 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in all drilling samples

圖18 目標(biāo)區(qū)域鉆孔樣中鋯鈦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.18 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in drilling samples of the target area

對288個單孔工程和目標(biāo)區(qū)域單孔工程的鋯英石品位和鈦鐵礦品位對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行驗證（圖19和圖20），數(shù)據(jù)表明單孔工程鋯英石與鈦鐵礦品位用線性關(guān)系式表示時相關(guān)系數(shù)最高，線性關(guān)系式分別為y=8.25xi+4.51 或y=7.86xi+6.50，相關(guān)系數(shù)R分別為0.93和0.92，表現(xiàn)為強相關(guān)性。

圖19 全部單孔工程中鋯鈦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.19 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in all single hole engineering

圖20 目標(biāo)區(qū)單孔工程中鋯鈦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.20 Corresponding relationship between grade of zirconium and titanium in single hole engineering of the target area

4.3 礦石品位的空間特征

鑒于鉆孔樣和單孔工程中鋯英石品位與鈦鐵礦品位之間均呈現(xiàn)強相關(guān)關(guān)系，本文采用鈦鐵礦品位代表礦石品位進(jìn)行空間特征分析。

對288個單孔工程的深度和鈦鐵礦品位關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計（圖21），數(shù)據(jù)表明單孔工程的深度與鈦鐵礦品位之間呈強相關(guān)的多項式關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R為0.89，單孔工程的品位隨著鉆孔深度增加先增大、后減小，鉆孔深度為8 m時單孔工程的品位最高。

圖21 單孔工程的深度與鈦鐵礦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.21 Corresponding relationship between depth and grade of ilmenite in single hole engineering

288 個鉆孔中，不同深度的鉆探樣數(shù)量隨鉆探深度增加逐步減少（圖22），深度超過11 m的鉆孔僅1 個；鉆探樣中鈦鐵礦品位隨著鉆探深度增加先增大后減小（圖23），相關(guān)系數(shù)R為0.80，鉆探深度為4 m至7 m時，鉆孔樣中鈦鐵礦品位最高。

圖22 鉆探樣的深度與數(shù)量對應(yīng)關(guān)系Fig.22 Corresponding relationship between depth and quantity of drilling samples

圖23 鉆探樣的深度與鈦鐵礦品位對應(yīng)關(guān)系Fig.23 Corresponding relationship between depth of drilling samples and grade of ilmenite

將36 條勘探線控制礦體的鈦鐵礦品位分別與礦體寬度（圖24）和礦體厚度（圖25）之間關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計。表明鈦鐵礦品位與勘探線平均厚度的線性相關(guān)式為y=-0.003xi+25.27，相關(guān)系數(shù)R為0.48；鈦鐵礦品位與勘探線平均深度的線性相關(guān)式為y=-5.98xi+60.31，相關(guān)系數(shù)R為0.65；鈦鐵礦品位與礦體寬度和厚度均成反比，且兩個礦體均表現(xiàn)為北東部品位高、寬度和厚度小。

圖24 勘探線上的品位與寬度的對應(yīng)關(guān)系Fig.24 Corresponding relationship between grade and width in the exploration lines

圖25 勘探線上的品位和厚度對應(yīng)關(guān)系Fig. 25 Corresponding relationship between grade and thickness in the exploration lines

5 討論

5.1 地質(zhì)條件與礦體特征

莫桑比克境內(nèi)廣泛分布前寒武紀(jì)基巖，主要包含片麻巖、角閃巖和中基性巖漿巖等巖體（鄧宇濤等，2017；曾勇杰等，2021），該巖性富含鋯鈦礦礦物（路鳳香等，2002）。在亞熱帶氣候影響下，前寒武紀(jì)母巖強烈風(fēng)化后，鋯鈦礦隨雨水和河流順著地勢向海洋方向搬運、分選，在海洋和河流等水動力條件下再次搬運和分選，在第四紀(jì)全新世的海岸砂丘（Qd）中沉積，形成鋯鈦礦重砂礦床。莫桑比克鋯鈦礦成因特征、實踐經(jīng)驗和鋯鈦礦床特征研究表明莫桑比克鋯鈦礦主要位于第四系全新統(tǒng)莫埃巴塞組海岸砂丘（Qd）中（楊學(xué)軍等，2012；孟令華等，2015；鄧宇濤等，2017；張領(lǐng)軍等，2017；李家慶和劉彭江，2019），一般距離海岸帶0～5 km范圍內(nèi)，呈條帶狀平行于海岸展布，長度為5～30 km，寬度為0.5～3 km，平均厚度為3～18 m。

非洲東部濱海鋯鈦砂礦的礦石礦物研究表明（校韓立等，2015；張建文等，2022；李寧等，2022），莫桑比克鋯鈦礦中鈦鐵礦礦石特征基本一致（表15）：鈦鐵礦主要賦存在中細(xì)粒石英砂中，0.10～0.50 mm粒級原礦砂占比89.34%；-0.25 mm 粒級原礦砂中鈦鐵礦相對品位高于平均品位，其中0.075～0.10 mm粒級的原礦砂中相對品位高達(dá)4.95，0.10～0.25 mm粒級的原礦砂中TiO2分布率高達(dá)73.93%。

表15 莫桑比克及鄰區(qū)的鈦鐵礦篩析結(jié)果統(tǒng)計表Table 15 Statistical table of sieve analysis results of ilmenites in Mozambique and neighboring areas

5.2 工藝礦物學(xué)研究

對莫桑比克鋯鈦礦的礦物特征研究表明（張華，2013；孟令華等，2015；李喬松，2016；單連軍，2016；鄧宇濤等，2017；李家慶和劉彭江，2019；廖乾等，2019；張建文等，2020；張建文等，2022；李寧等，2022），莫桑比克鋯鈦礦主要有用礦物為鈦鐵礦、鋯英石、金紅石和獨居石四種礦物，脈石礦物以石英和磁（赤）鐵礦、褐鐵礦等鐵質(zhì)礦物為主；莫桑比克鋯鈦礦中礦物的物化特性差異較小，其中鈦鐵礦礦物差異相對較大，如個別礦床中存在Cr 含量高（廖乾等，2019）、鈦鐵礦粒度粗大（單連軍，2016）和鈦鐵礦赤鐵礦化（張華，2013）等現(xiàn)象，這些差異大幅度增加選冶難度和運營成本，對礦山的建設(shè)投資和運營產(chǎn)生較大影響。因此，為了提升資源綜合利用效率和經(jīng)濟效益，工藝礦物學(xué)研究十分必要。

鋯鈦礦工藝礦物學(xué)研究一般采用化學(xué)分析、粒度分析、光譜分析、X射線衍射相分析和能譜分析等方法查明物質(zhì)組成和礦物特征，為選礦工藝研究提供依據(jù)（單連軍，2016；彭程等，2021；馬崇振等，2021；彭程等，2022；王越和王婧，2022）。鋯鈦礦的化學(xué)元素主要針對原礦砂、鋯鈦粗精礦、鋯英石和鈦鐵礦的中礦和精礦，分析主要以基本分析和多元素分析為主?；跇悠菲肺缓偷V石儲量計算的需要，大多數(shù)樣品僅開展主要有用元素的基本分析，通過基本分析可以查明鋯鈦礦之間品位關(guān)系特征。為了查明礦石礦物的組分，選擇少數(shù)有代表性的樣品開展多元素分析或全元素分析（表10）。鋯鈦礦礦砂粒度分析一般采用篩析法和水析法，其中篩析法是將礦砂通過一些列不同規(guī)格篩孔的標(biāo)準(zhǔn)篩后稱重方法，水析法又叫沉降法，是利用顆粒沉降速度來劃分粒級分布（蔣明麗等，2009）；篩析法和水析法分別適用于2.00～0.075 mm 和0.075～0.001 mm粒級，粒度分析經(jīng)常與化學(xué)元素基本分析結(jié)合（表3～表5），以查明鈦鐵礦品位與粒度之間關(guān)系特征（表15）。光譜分析通常是X 熒光光譜分析（XRF），采用布拉格定律，利用高能X 射線或微粒子激發(fā)不同結(jié)構(gòu)和組分的原子產(chǎn)生不同的能量和強度熒光輻射，檢測下限可到達(dá)0.15×10-6（章連香和符斌，2013）；X熒光光譜分析誤差較大，是半定量分析，通常與定量的化學(xué)多元素分析結(jié)合，以達(dá)到確定礦石化學(xué)組成的目的（表10）。X射線衍射相分析（XRD）是利用高速電子流轟擊金屬靶產(chǎn)生X射線照射到晶體，由于礦物晶體的原子間距與X射線波長相當(dāng)，導(dǎo)致不同原子散射的X射線相互干涉在某些特殊方向上被加強形成X 射線衍射圖，而每種礦物晶體的衍射線方位和強度空間分布與晶體結(jié)構(gòu)密切存在一一對應(yīng)關(guān)系（屈曉田，1998；王存勇等，2014）。通過X射線衍射相分析查明鋯鈦礦中礦物組分（表2），與礦石化學(xué)組分（表10）進(jìn)行核對驗證。能譜分析主要X 射線光電子能譜（XPS），利用X 射線激發(fā)樣品電子能量譜，分析樣品表面元素及其價態(tài)（陳蘭花和盛道鵬，2018）。鈦鐵礦、鋯英石、獨居石和赤鐵礦等主要礦物的能譜分析結(jié)果一般是一組數(shù)據(jù)，取該組數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果（表6～表9），該分析結(jié)果一般與鈦鐵礦精礦和鋯英石精礦產(chǎn)品中主要組分含量（表5）基本一致。鋯鈦元素氧化物的化學(xué)物相分析結(jié)果（表11～表12）一般可通過物相分析、能譜分析和化學(xué)基本分析結(jié)果計算，能為查明主要有用元素分布狀態(tài)、礦石品位計算和選礦綜合回收利用情況提供參考。

6 結(jié)論

（1）莫桑比克楠普拉鋯鈦礦主要賦存于海岸砂丘中，以灰黃-黃色含貝殼碎屑的中細(xì)砂為主，中細(xì)砂占比91.45%，原礦砂中TiO2和ZrO2含量分別為0.77%和0.11%；鋯鈦元素氧化物在0.075～0.25 mm粒級內(nèi)分布率為82.84%～87.51%，鈦礦物粒度比鋯礦物粗。

（2）礦床是由區(qū)域泛非構(gòu)造帶的上元古界片麻巖在炎熱多雨的亞熱帶氣候條件下風(fēng)化，受以濱海水動力為主的作用力而在沙丘和灘涂中沉積形成的；礦體受地層控制，礦層厚度總體連續(xù)且較穩(wěn)定、寬度較不穩(wěn)定，北東端礦體厚度略大、南西端寬度略小，礦體厚度與寬度變化表現(xiàn)為正對應(yīng)關(guān)系。

（3）鋯鈦礦原礦砂中主要重礦物為鈦鐵礦、鋯英石、金紅石和獨居石，鈦鐵礦和金紅石形態(tài)鈦元素分布率分別為88.14%和7.55%，鋯英石形態(tài)的鋯元素分布率為94.73%；重選獲得鋯鈦粗精礦中含43.86%TiO2和5.58%ZrO2，精選獲得54.35%TiO2的鈦鐵礦精礦和65.92%ZrO2的鋯英石精礦，鈦鐵礦和鋯英石的精礦在0.15～0.096 mm 粒級內(nèi)分布率為62.24 %～66.54%。

（4）鉆探樣和單孔工程樣中鋯英石或鈦鐵礦品位大于邊界品位的樣品占比分別為93.26% 和77.08%，鋯英石和鈦鐵礦的品位變化均勻，均為尖峰左偏態(tài)分布；鉆探樣和單孔工程樣中鋯英石品位與鈦鐵礦品位均呈強相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均不低于0.92。

（5）鉆探樣和單孔工程樣的品位與深度之間相關(guān)系數(shù)分別為0.89 和0.80，兩者的品位隨著鉆孔深度增加先增大、后減小，其中單孔工程深度為8 m 時品位最高、鉆探樣在深度4～7 m 時品位最高；勘探線控制礦體的品位與礦體寬度和厚度變化成反比，相關(guān)系數(shù)分別為0.48和0.65。