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现代海底块状硫化物矿床中微量元素资源前景

2017-11-10 9:35:43 来源:中国矿业报社 作者:黄文斌

自从35年前首次在洋中脊发现黑烟囱以来,各国对海底进行了大量研究和勘探,目前在世界海洋里已经发现了600个以上活动的和不活动的热液区。它们主要出现在洋中脊,在海底火山弧以及相关的弧后盆地中也有发现。在这些地质环境里,已知有超过300个活动的和不活动的热液喷口与硫化物和硫化物的沉淀物有关。经过多年来不懈的努力,地质科学家在对海底热液系统和相关的海底块状硫化物矿床的认识上取得了巨大的进步。

近年来的研究进展表明,一些海底块状硫化物矿床中贱金属与贵金属品位较高,代表了一种新的贱金属和贵金属资源类型,它们具有潜在的深海开采价值,可能通过未来的深海采矿作业而加以利用。但是由于法律方面的原因,迄今在很大程度上制约了对位于世界海洋专属经济区内活动的火山弧和相关的弧后盆地内的海底块状硫化物矿床的商业勘探。然而,最近联合国颁布了一项新规定,由国际海底管理局负责,可以在国际水域内进行海底块状硫化物矿床找矿勘探(国际海底管理局大会决议 ISBA/16/A/12/Rev.1,49 p.,11/15/10)。目前为止,有6个国家(中国、法国、德国、印度、俄罗斯和韩国)与国际海底管理局签定了在印度洋和大西洋进行勘探的合同。在世界海洋开始商业矿产勘探提出这样一个问题——这些意义重大的海底块状硫化物矿床真的是贱金属和微星元素未来潜在的来源吗?

通过对采集到的样品进行的化学分析结果显示,形成与高温热液区有关的海底块状硫化物矿床可能富含贱金属和贵金属,其品位和古代块状硫化物矿床中的金属不同。目前可获得的数据显示海底块状硫化物矿床中金属含量随着火山和构造环境的不同变化很大。洋中脊玄武岩型海底块状硫化物矿床的Cu+Pb+Zn含量为3.2wt%。Au和Ag的中位值为0.3 ppm和27.3ppm。但超镁铁质岩型海底块状硫化物矿床Cu+Pb+Zn含量非常高,可达13.2wt%(由于分析的样品数量少使得统计结果可能不太可靠),Au和Ag的中位值为2.8ppm和26ppm。与汇聚板块边缘火山岩有关的海底块状硫化物矿床,成分变化较大。位于岛弧火山群的海底块状硫化物矿床的Cu+Pb+Zn为3.6wt%,Au和Ag含量分别为1.9 ppm和100 ppm。而与裂谷有关的热液系统形成的块状硫化物贱金属含量较高, Cu+Pb+Zn含量为11.1wt%。位于弧后扩张中心的海底块状硫化物矿床的Cu+Pb+Zn含量为16.1wt%。贵金属品位相比于裂谷岛弧环境下的海底块状硫化物矿床,含量则相对较低,Au为2.5ppm,Ag为94.7ppm。

在微量元素方面,海底块状硫化物可富集Bi、Cd、Ga、Ge、Hg、In、Mo、Sb、Se、Te和Tl,含量范围高达百万分之几十或万分之几。海底块状硫化物中微量元素含量明显地随火山与构造环境不同而变化。位于洋中脊的块状硫化物,Se、Mo和Te含量通常很高,而与岛弧相关的硫化物矿床可富集Cd、Hg、Sb和Tl。在火山与构造双重控制下,海底块状硫化物中微量元素的含量强烈地受随温度变化的溶解度的影响。微量元素Bi、In、Mo、Se和Te的高-中温组合通常富集在主要由黄铜矿组成的块状硫化物中,微量元素Cd、Ga、Ge、Hg、Sb和Tl的低温组合则通常与富含闪锌矿的块状硫化物有关。与温度有关的微量元素富集趋势可在现代海底热液系统里观察到,并且可与古块状硫化物矿床相对比。

虽然对海底块状硫化物矿床中矿物封存微量元素的知识所知甚少,但是块状硫化物中微量元素绝大部分赋存在诸如黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、纤维锌矿和方铅矿等主要硫化物矿物的晶体结构内。此外,在块状硫化物中已经识别出含有微量元素的痕量矿物有80种以上。由于现代海底块状硫化物没有受到变质再结晶作用和再活化的影响,块状硫化物中微量元素的分布和几何冶金学性质可能与古块状硫化物矿床中的微量元素不同。

目前推断世界海洋新火山带中只有6亿公吨块状硫化物,据此可估算出世界新火山带中全球微量元素的资源赋存量。估算结果显示,海底硫化物是Tl的一个重要储库,另外还富集Cd、Hg、In、Se和Te。相比之下,从资源远景来说,Bi、Mo和Sb显然在海底块状硫化物矿床中没有充分富集。海底块状硫化物矿床对全球Bi的贡献只相当于该元素陆地矿床储量的0.2%。海底块状硫化物矿床对全球Mo的贡献也只相当于该元素世界储量的0.2%。相比之下,海底块状硫化物矿床对全球Se和Te的贡献可能意义更大。可获得的数据清楚地表明,海底块状硫化物矿床中微量元素的资源赋存量与陆地矿产资源量相比是很有限的。尽管某些元素很有价值,但是在可预见的将来,微量元素不太可能成为海底块状硫化物矿床深海采矿的重要动力。在经济竞争激烈的气候下,深海采矿开发利用海底块状硫化物矿床的可行性取决于海底资源中贱金属与贵金属的含量,而不是微量元素的含量。然而,一旦开始进行深海开采海底块状硫化物矿床,那么一些微量元素可以利用冶炼厂和精炼厂早已掌握的技术从硫化物精矿中以副产品的形式回收出来。□

编辑:宫莉

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