原生磷矿及其风化矿中微量和稀土元素特征分析

原生磷矿及其风化矿中微量和稀土元素特征分析

王洋

包钢和发稀土有限公司 内蒙古包头 014030

摘要：磷矿是一种重要的化学工业生产的矿物原材料，具有极高的经济价值与研究价值，其中蕴含的微量矿物元素与稀土元素，更是能够推动世界矿物研究发展的重点研究方向。本文通过对滇东北成矿区的原生磷矿进行研究分析，结合“生物成岩成磷作用”研究方法对该地区磷矿的成因及其中的稀土元素进行特征分析，表明磷矿中存在Ba、Ce、La、Nd等微量元素，结合高温沉积实验发现温度对原生磷矿的反应强烈，从而提取出区中稀土元素额特征。

关键词：原生磷矿；微量元素；稀土元素

引言

滇东地区为云南东部，以曲靖、文山、昭通等城市为主，在此地区有着全世界沉磷矿成型最早，规模最大的磷矿自然产区之一，是一座蕴含稀土元素的磷矿产区，研究意义重大。滇东地区气候湿润，常年处于夏季风覆盖范围地区，并且春夏季节磷矿地区白昼时间高于夜晚时间，所获得的阳光充足，是明显的亚热带季风气候，全年降水充沛，达1200毫升，在此气候条件的影响下，会造成地区云层内部的大气层中存在大量二氧化碳，使得蕴含在原生磷矿及风化矿中的碳酸盐矿物发生密度溶解，造成磷矿一定量的减少，从而产生磷矿石分化。本文选用滇东北成矿区进行原生磷矿及其风化矿中微量和稀土元素特征分析。

1. 滇东北成矿区的成因与过程

1. 地理位置分析

从滇东北成矿区的地理位置下图1所示，推断出磷矿沉积岩形成于晚震旦世中后期，通过矿石的沉积性能沉积形成，并且在矿区内部形成了以小型风化淋滤型磷矿碳酸盐矿床、蜂窝状磷矿、藻白云磷矿等一系列的磷矿岩层，能够推算出当地存有大量原生磷矿岩层；直至早寒武纪生物大爆炸的早期时期，由于海洋板块与陆地板块的分割移动，使得海洋向着滇东北成矿区转移，经历时间的不断推移演变，在此地区由河流湖泊的交汇口进行砂石矿床堆积，从而形成原生磷矿层。

图1滇东北成矿区地理位置示意图

在亚洲板块的剧烈地壳运动过程中，在滇东北地区形成大量的矿物堆积，并且逐渐呈现扩大趋势，原生磷矿就在当地的白云矿石矿床之上形成黑灰色的燧石，而地区内部的矿物岩层则是以凝胶状的磷矿矿石为主，表现特征为球状、砂石石末状、块状组合而成，并且集中分布于该矿区的表面地层；在滇东北成矿区的矿石化学元素主要以白云石、方解石与硅元素矿石，矿区矿石结构紧密，以隐晶矿物结构、砂石石末结构为主，存在部分胶状矿石。

2. 磷矿矿床的成因分析

磷矿矿床的成因大致有生物成因说、元素变动成因说、火山喷发沉积说、板块异动陆源成因说等几种假设成因，虽然对磷矿矿床的成因有着独树一帜的见解，但却并未对矿床的整体形成过程进行全面的叙述研究。自上世纪七八十年代各国学者针对洋流漂流学说进行全面的修正管理，将导致磷矿矿床成因的自然条件、地质变化、生物资源等相关因素进行整合分析得出“生物成岩成磷作用”的磷矿矿床成因学说，因此，本文采用磷矿元素的基本化学性质，对滇东北成矿区的成因综合讨论研究。

磷矿作为元素周期表中的第三周期的VA组非金属元素，在所有元素的KLK指数占比中处于15位，并且能够于其他金属、生物、化学分子产生相互吸引的功能，例如磷矿与铁矿、磷矿与生物遗骸、磷矿与O元素等；此外磷矿的元素本性较为活跃，因此容易在酸性亲阳原子中收到H2O及火山岩浆元素的引导，在对应的地质层次中形成磷碳酸盐矿物。

在对海洋地质元素的研究中发现，在海洋中存在微量的磷元素，磷元素的含量大概只有70x0.0000000009，海洋覆盖范围广阔，磷矿矿床处于一种极度缺乏能量吸收的状况，从而导致磷矿在水中的形成条件更为苛刻，因此在海洋中难以形成磷矿矿床，结合上世纪的“生物成岩磷作用”研究表明，磷矿的初代产生应该是由陆地上的生物遗骸形成，并且此类生物遗骸中存在大量的磷元素。除此之外，海洋植物与陆地植物也可以作为磷矿的成因原材料，在海洋中的存在大量海草、海藻及珊瑚等海生植物，在海草中可以对海洋中漂浮的磷元素进行摄取收集。

在海洋生物死亡后在死亡地区会形成矿石沉积区，例如鲨鱼死后会被其他海洋生物进行遗骸掠夺，然后遗骸沉积到海底形成淤泥地段，生活于淤泥中的海蟹、海草等就会对存在遗骸内部的磷元素进行摄取，在海底完成氧化运动后，将元素通过还原反应进行元素积累，从而形成岩矿，岩矿中存在的磷元素在通过上浮作业完成与海洋的第二次生态循环，在此过程中形成碳酸钙、磷酸盐与碳氧元素，随时进行无限的生物元素循环，当存在于海水中的碳氧元素被释放出来时，表示海水流动过程中的压力值降低，高压水流流向低压水流，使得该地区的温度迅速上升，从而引起海水的剧烈流动，酸碱值（PH）的酸性指数随之上升，结合矿物元素的分类选编作用、固结作用、磷酸盐流动性能与海水中的集磷物质相互冲撞结合，将其中的磷矿元素进行分离，将分离出的磷矿元素沉积从而形成磷矿岩矿床。

目前滇东北成矿区的原生磷矿产生来看，磷矿通常城下球状颗粒物与砂石石末；凝胶形态的磷矿石通常可以根据是否为同心圆判断。总结滇东北成矿区的磷矿以深黑色或灰黑色调为主，并且外部结构单一、细腻、球状颗粒物为主，平均半径以0.025mm为主。

2. 滇东北成矿区磷矿样本分析

根据滇东北的各个矿区进行矿石采集，对所收集的实验样本进行编号，其中1、3、4、6为风化磷矿样本，2、5为矿区的原生磷矿。结合前面的相关磷矿结论可知，位于磷矿外部的矿物结构是深色页岩，位于内部核心的矿物结构是白云矿石。对实验样本的采量根据“生物成岩成磷作用”的样本重量进行采集，即六个矿区的样本质量维持在15千克字左右。

通过相关化学仪器对样本矿物进行成分鉴定，从检测结构不难发现，滇东北成矿区的原生磷矿的元素构成主要以Ba、Ce、La、Nd、Sr、Y以上六种元素为主，相较于原生磷矿的检测结构发现，原生磷矿的Co及Ni两种元素含量较少，表明原生磷矿中的微量元素以Ca为主，并且随着周围地表温度的升高会提高相关微量元素的增加；此外Cr元素与铁元素之间存在相互吸引的影响，导致Cr元素在原生磷矿中占有比重不断上升。

在对原生磷矿与风化磷矿的元素分钟发现都存在Zr、Hf稀有元素，当矿石内部压力增加，温度上升时，二者具有强烈的差异性，Zr对磷矿形成早期有着较为活跃的特性；Hf则在磷矿形成的后期有着强烈的反应作用。

结合原生磷矿与风化磷矿的w（U）/w（Th）指数可知，滇东北成矿区的原生磷矿指数少于1个系列的矿石指数，表风化磷矿受到温度的影响较小，比较风化磷矿的w（Sr）/w（Ba）数值得出，3号磷矿的样本指数少于1个系列的矿石指数，因此得出原生磷矿属于碎裂矿石性的磷矿；其次，由w（Rh）/w（Cs）指数得出，两者磷矿类型差别较小，表示亲矿结构是两种磷矿的结合；再者，w（Zr）/w(Hf)的指数得出，原生磷矿指数高于风化磷矿，进一步说明了热量热体活动只影响原生磷矿；最后，在风化磷矿与原生磷矿中，二者的轻稀土元素的占比较高，其中LREE/HREE的指数为1.29，原生磷矿中的Ce、Eu含量较少；[w（La）/w（Yb）] N 的结果为15.98，因此原生磷矿的La、Nd含量较高。

结语

结合样本实验分析，原生磷矿及风化磷矿的稀土元素Ce出现反向发展主要是由于在形成时期处于高度氧化的环境，加剧Ce元素进入磷矿的难度；此外在海水浸泡中，稀土元素Ce易亏损，Eu拥有结晶分离作用，因此实验样本磷矿物质属于正常海洋沉积岩。

参考文献

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