摘要
河南省嵩县孔崖石英-钾长石矿位于华北陆块南缘熊耳山—外方山地区燕山期五丈山花岗岩体内，属伟晶岩型矿床，矿石类型为石英-钾长石混合矿。目前该类型矿石在现行规范中没有相应的工业指标，也没有可以参考的估算方法。本文以孔崖石英-钾长石矿石为研究对象，从矿石矿物构成、工业用途、地质可能性、技术可行性、经济合理性等方面进行分析，结合加工色选试验分析拟定了石英-钾长石混合矿工业指标，同时针对该类型矿石提出了合理的资源量估算方法。
Abstract
The Kongya quartz-potassium feldspar deposit in Songxian, Henan Province, is located in the Yanshanian Wuzhangshan granite pluton of the Xiongershan-Waifangshan district in the southern North China Block. It is a pegmatitic-type deposit with a mixed ore type consist of quartz and potassium feldspar. At present, there is no corresponding industrial index for this type of ore in the current specification, and there is no estimation method that can be referred to. In this paper, we analyze the mineral composition, industrial use, geological possibility, technical feasibility, and economic rationality of the quartz-potassium feldspar ore from the Kongya deposit, combine with the color separation test analysis to formulate the industrial index, and finally propose a reasonable resource estimation method for this type of ore.
Keywords
0 引言
河南省洛阳市嵩县大章镇孔崖石英矿在矿山实际生产过程中发现，与石英同体共生的钾长石矿石具有一定的资源量规模，具有品质好、价值高、易分离等特点，具备综合利用的潜力（郭文达等， 2019；贾德龙等，2019；焦丽香，2019；马超等，2019； 汪灵，2019；罗小南等，2023；曾垂升和杨勇，2025）。但是目前该类型矿石在现行规范中没有对应的工业指标，也没有可以参考的资源量估算方法（张起钻和杨建功，2008；鲁爱福，2011；任肖肖，2011；郝太平等，2012；肖玉华和吴干华，2012；曹建洲等， 2015；高帮飞，2018；梁景利等，2020）。为了合理开发利用资源，避免造成矿产资源流失，笔者对矿区开展勘查工作，在工作实施过程中，重点解决石英-钾长石混合矿的估算方法问题。
1 区域地质概况
孔崖矿山位于华北陆块南缘熊耳山—外方山地区。区域发育地层自老至新为太古宇太华群 （ArTh）变粒岩、斜长角闪片岩、黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩；中元古界长城系熊耳群（ChXn）中— 酸性火山岩、火山碎屑岩，蓟县系高山河群（JxGs）石英砂岩及紫红色泥岩，新元古界清白口系管道口群 （QnGd）白云岩；中生界上白垩统秋扒组（K2q）紫红色砂、砾岩和砂质黏土岩；新生界古近系砂、砾岩和第四系冲洪积砂砾石、黄土（图1）。
区域上褶皱不发育，地层呈单斜产出。由于受不同时期、不同方向的应力作用，区域内形成了复杂的断裂构造格局。主要断裂有北北东向、北西向、北东向和东西向。其中北北东向的万岭断层组与本区的金矿关系密切。该断层组由 3 条构造破碎带组成，破碎带宽度500~600 m，破碎带间距100~150 m。单条构造破碎带宽 80~100 m，走向 20°~30°，倾向北西，倾角 50°~65°。破碎带内左行平推挤压特征明显，总体破碎带呈波状弯曲，带内构造角砾岩、碎裂岩、蚀变岩发育，可见多组构造滑动面，局部见断层泥和劈理化带等，显示了多期活动的特点。
区域上岩浆岩以熊耳期火山岩和燕山期花岗岩为主，华力西期正长岩岩脉零星分布。其中：熊耳期火山岩构成本区的成矿围岩，燕山期的合峪斑状黑云母二长花岗岩和五丈山斑状二长花岗岩对该区金的成矿起着明显的控制作用。根据化探资料，花岗岩岩体接触带以外形成了一个大的环形异常带，异常带内以金为主的矿床（点）星罗棋布（郭钰心玥等，2016；于维满等，2020；赵金洲等，2022； 张锦煦等，2023）。
区域矿产以金为主，铁、铅、锌、铜、钼、银、硫等矿产均与其伴生产出，非金属矿产有瓷石、石墨、硫、脉石英、钾长石、萤石等。
2 矿区地质概况
矿区内大面积出露燕山期五丈山花岗岩体，沿沟谷及底凹地带有第四系全新统（Q）沉积覆盖。区内北西部分布有一条含矿断裂（F1），走向 145°，倾角 80°，长 245 m，宽 8~12 m，断裂带内被石英-钾长石充填，为区内最主要的一条含矿构造带。区内次要断裂为近南北向，倾角 20°，倾向 280°，厚度 3~5 m，主要充填石英-钾长石脉。其岩性主要为斑状钾长-二长花岗岩，岩石多呈浅红或灰白色，似斑状结构，块状构造。斑晶主要为钾长石或微斜条纹长石 （10%~30%）和斜长石（5%~8%），基质呈微细粒结构，主要由石英、斜长石、钾长石和黑云母组成。钾长石：宽板状或板柱状，粒径为 2.0 mm×2.5 mm~5.3 mm×9.0 mm，普遍具弱绢云母化。斜长石：主要为钠长石和更钠长石。呈自形—半自形的长条状，粒径在 0.6 mm×2.4 mm~3.0 mm×8.0 mm，聚片双晶发育。石英：呈他形不规则粒状，粒径为0.4~4.46 mm，无色透明。黑云母：呈深绿色细小鳞片状。
化学分析显示，石英-钾长石脉的围岩五丈山花岗岩的 SiO2 集中于 68.28%~71.59%，平均为 69.70%，略低于中国花岗岩类平均值（71.27%）；ω（Na2O+K2O）=9.25%~10.23%，平均 9.80%，ω（K2O）= 4.7%~5.2%，ω（K2O/Na2O）=0.95%~1.08%，显示出富碱富钾特征。Al2O3含量为 14.95%~15.88%，铝饱和指数（A/CNK）介于 0.89~0.98，五丈山花岗岩应属富钾碱性准铝质花岗岩。同位素研究表明，岩石87Sr/86Sr=0.7068~0.7076，εNd=-19.06~-20.97，与太华群同位素组成相似，而且Nd的两阶段模式年龄为 24.9～26.5 亿年，反映出五丈山花岗岩是太古宙结晶基底部分熔融的产物（嵩县孔崖矿业有限公司，2022a②，2022b②）。
图1华北陆块南缘熊耳山—外方山地区地质略图（据河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，2022①修改）
Cz—新生界；K2—上白垩统；K1j—下白垩统九店组；C-T—石炭系—三叠系； OT—奥陶系陶湾群；Є—寒武系；QbL—青白口系栾川群；JxG—蓟县系官道口群；ChR—长城系汝阳群；Chg—长城系高山河组；ChX—长城系熊耳群；Pt1Thc —古元古代太华群杂岩；ξγK1—早白垩世钾长花岗岩； ηγπK1—早白垩世二长花岗斑岩；ηγK1—早白垩世二长花岗岩；δοK1—早白垩世石英闪长岩；δK1—早白垩世闪长岩；γπJ3—晚侏罗世花岗岩； γπJ3—晚侏罗世花岗斑岩；ξT—三叠纪正长岩；ξπQb—青白口纪正长斑岩；ξοπQb—青白口纪石英正长斑岩；νQb—青白口纪辉长岩；ξπCh—长城纪正长斑岩；ξγCh—长城纪钾长花岗岩；λοπCh—长城纪石英斑岩；ηοCh—长城纪石英二长岩；δοCh—长城纪石英闪长岩；δCh—长城纪闪长岩；νCh—长城纪辉长岩；①—栾川断裂；②—熊耳山山前断层；③—陈宅沟—陆浑—鲁山逆断层；④—马超营断裂；⑤—车村—下汤断层；⑥— 星星阴—上宫—七里坪断层；⑦—焦园—万村逆断层；⑧—马元—陶村—赵楼正断层；⑨—蛮峪—旧县正断层；⑩—木植街正断层
3 矿体及矿石特征
矿体形态、规模受含矿断裂构造控制，矿体产状大体与断裂构造产状一致。矿体呈脉状，岩性为伟晶岩，成分主要为石英和钾长石，含量在 99% 以上，其他矿物较少（图2）。Ⅰ号矿体位于矿区中部偏西北方向，受F1号断裂构造控制，呈脉状产出，矿体在地表出露的最大标高 810 m，最低标高 680 m，长度 300 m。矿体总体走向 145°，倾向 55°，倾角 80°，矿体厚度7.5~12.5 m，平均9.50 m。厚度变化系数为 14%，属稳定型。矿体与围岩接触界线清晰 （图2），蚀变仅限于构造破碎带内及其上下盘附近的围岩中，可见硅化、钾化和零星方解石化。
混合矿石主要由石英和钾长石、斜长石组成，含量在 99% 以上，次为云母、不透明矿物。石英呈他形粒状，表面具有细微裂纹，单晶颗粒较大，粒径 0.5~2.5 cm，少数以包体形式包裹于大颗粒钾长石中。在不同标本镜下含量为 30%~70%。钾长石呈半自形板状—他形粒状分布，可见类型主要为条纹长石，与斜长石（钠长石）共生，构成条纹长石，较新鲜，基本未见高岭石粒度 0.6~1.5 cm。在不同标本镜下含量为 20%~40%。斜长石呈条纹状赋存于大颗粒的钾长石主晶中，其类型主要为钠长石-更长石，部分发育弱黏土化、绢云母化。粒度 0.04~2 mm。在不同标本镜下含量为 5%~10%。云母含量极少，呈细小叶片状分布于矿物颗粒间，主要为白云母，片径 0.2~0.6 mm。不透明金属矿物主要呈浸染状均匀分布于钾长石和石英中（图3）。
图2坑道内混合矿（a）、矿体与围岩接触界线（b）
图3混合矿镜下照片
a—浸染状金属矿物；b—斜长石呈条纹状赋存于大颗粒的钾长石主晶中；Qtz—石英；Pth—条纹长石
岩石呈伟晶结构，钾长石类型主要为正条纹长石（与斜长石共生），形成明显的条纹结构，斜长石主要为钠长石或更长石，与钾长石共生，构成条纹长石。少部分石英呈包体形式赋存于钾长石中。石英-钾长石混合矿主要为块状构造，是矿石中常见最广泛的一种构造，主要表现为矿物排列无次序，无方向，不具特殊现象的均匀块体。
4 加工技术性能及生产工艺条件
本矿区石英及钾长石矿石品质较好，开采后经破碎采用色选机进行选矿，能有效地将石英及钾长石进行分离。石英矿石质量可以满足日用陶瓷生产原料，钾长石精矿达到Ⅰ等品品质要求，销路通畅。企业针对矿区内石英-钾长石矿石制作了粒径5~30 mm的原料矿石近1 t，到安徽合肥选择了5个色选机厂家进行色选分离试验，其中比较理想的是合肥名德光电科技股份有限公司，具体结果见表1。
根据色选分离试验，结合企业对产品的定位要求，采取以下加工工艺流程：首先矿石采矿过程中控制最大粒径400 mm，进行初破送入大料仓。经过细破的矿石达到粒径为 5~30 mm 的物料直接通过振动筛送入色选机的细料仓，粒径大于 30 mm 的物料再进行细破使其达到5~30 mm的粒径要求。
表1石英-钾长石混合矿色选效果
注：数据据嵩县孔崖矿业有限公司，2022a②。
从色选机分离的产品有4种（图4）：高品质石英矿石、高品质钾长石矿石、次级钾长石副产品（含较多石英的钾长石矿石）、少量废料，还有一种是在破碎时产生的粒度小于 0.5 mm 的粉料。通过测算可产生 40% 的高品质石英矿石、30% 高品质钾长石矿石、20% 次级钾长石副产品（破碎产生的细料及色选提取的之和）、10% 的废料和损失，基本可以全部回收，实现资源的高效利用和环保目的。
图4分离选矿后矿石
a—采矿控制矿石粒径；b—经过细破后的矿石；c—分离选矿后钾长石精矿；d—分离选矿后石英精矿
5 拟定混合矿的品位指标
尽管规范中没有石英-钾长石矿的工业类型及相应的工业指标要求，但客观上在矿体开采过程中必须将两者一并采出。基于此，依据脉石英和钾长石的有益和有害成分含量，结合陶瓷用途的技术指标要求，并对所采取的各类样品进行统计，参考脉石英、钾长石矿的一般工业指标要求，从而确定本矿床石英-钾长石混合矿的工业指标。
据用途分析，石英、钾长石矿的有益组分为 SiO2、Al2O3、K2O、Na2O，有害组分为 Fe2O3、TiO2，因此把 SiO2+Al2O3+K2O+Na2O 共 4 项相加做为有益组分指标，把Fe2O3+TiO2二项相加做为有害组分指标（表2）。
表2全区混合矿石及围岩样品平均化学组分分析
注：数据据河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，2022①。
根据全矿区所有样品分类统计：花岗岩为矿体围岩，统计 30 个样品，SiO2+Al2O3+K2O+Na2O 最低 90.37%，最高95.81%，一般90%~92%，平均91.95%； Fe2O3+TiO2最高 1.98%，最低 1.32%，平均 1.68%。混合矿石主要成分是钾长石和石英，统计 74 个样品， SiO2+Al2O3+K2O+Na2O最低94.14%，最高100%，一般 96%~99%，平均 97.48%；Fe2O3+TiO2最高 0.371%，最低0.094%，平均0.172%。
以上统计结果，花岗岩（围岩）SiO2+Al2O3+K2O+ Na2O 含量一般小于 92%，Fe2O3+TiO2含量大于 1%，明显属于非矿。而混合矿中有用组分 SiO2+Al2O3+ K2O+Na2O 含量大于 94%，有害组分 Fe2O3+TiO2的含量小于 0.5%，可以利用有用组分 SiO2+Al2O3+K2O+ Na2O 含量和有害组分 Fe2O3+TiO2含量作为圈定石英-钾长石混合矿矿体的工业指标。根据以上统计，参考脉石英、钾长石矿的一般工业指标要求，确定本矿床中石英-钾长石混合矿工业指标（表3）：
表3石英-钾长石混合矿工业指标
注：数据据嵩县孔崖矿业有限公司，2022b③，该指标仅适用于杂质含量较少的石英-钾长石混合矿，开采技术条件等指标为套用相关规范确定。
6 矿石量估算方法的确定
通过岩矿鉴定和选矿实验可知，混合矿中除了钾长石和石英以外，其他矿物含量极少（≤0.5%）。石英成分比较单一，笔者利用（K2O+Na2O）作为钾长石特有化合物这一特点，开展矿石量估算。
（1）确定混合矿单工程中钾长石及石英的占比
以混合矿单样品中（K2O+Na2O）的百分含量确定混合样品中钾长石的占比。选取全区钾长石精矿（K2O+Na2O）百分含量的平均数值（14.73%）为基数，以单样品中（K2O+Na2O）的百分含量为变量，推算单个混合样品中钾长石的比例。对单工程中所有样品进行加权平均，推算出单工程混合矿中钾长石占比α 钾，同时推算出石英占比α 英=1-α 钾-0.5%。
（2）确定块段中钾长石及石英占比
通过单工程钾长石和石英占比数据，对块段中包含的单工程进行加权平均，推算出块段中钾长石和石英的占比。
（3）估算钾长石和石英的矿石量
以块段为单元估算混合矿的矿石量，依据各块段中钾长石和石英的占比估算各自矿石量，然后对所有块段进行汇总，得到矿体中钾长石矿石量和石英矿石量。
（4）估算方法验证
再次利用 Al2O3作为钾长石中的特有化合物重新进行估算，结果与（K2O+Na2O）估算结果误差仅为 3.2%。同时从矿山开展的选矿实验结果可知，钾长石精矿占比为 42.7%，石英占比 56.8%，该数据结果与笔者采用的估算方法所得的结果一致。
（5）估算方法的局限性
本估算方式从理论上看比较合理，但是存在一定的局限性。首先应保证混合矿中杂质含量不能过多，因为如果杂质含量过多，势必会增加特征化合物含量的不确定性，影响估算数据的精度。同时矿体与围岩的界线必须清晰且容易区分，否则在采样环节会降低样品的代表性。
7 结语
嵩县大章镇孔崖石英矿为石英和钾长石同体共生的伟晶岩矿床，受断裂构造控制，矿体呈脉状，系石英-钾长石混合矿，这类脉状伟晶岩中石英-钾长石混合矿比较常见，但在现有规范中没有相应的工业指标要求。本文通过对该矿区混合矿的综合勘查、深入研究，结合加工色选试验分析，确定了本矿区石英-钾长石混合矿的工业指标，同时分别估算了钾长石和石英的矿石量，进一步提升了该类型矿床的开发利用价值，避免了矿产资源的浪费。对于混合矿中石英和钾长石分离的计算方法，笔者利用钾长石中特征化合物组合的含量推算该混合矿中钾长石的占比，同时通过选矿实验对混合矿的相关指标进行了验证，证实了该估算方法合理可靠。本文的估算方法可以为类似矿石类型的矿床提供借鉴。
注释
① 河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院 .2022. 河南省嵩县大章镇孔崖石英矿生产勘探报告[R].
② 嵩县孔崖矿业有限公司.2022a. 河南省嵩县大章镇孔崖石英矿选矿实验报告[R].
③ 嵩县孔崖矿业有限公司.2022b. 河南省嵩县大章镇孔崖石英矿工业指标论证报告[R].
