金属采矿学总论

金属采矿学主讲人：廖军一、矿产资源分类矿产资源：由地质作用形成并天然赋存于地壳或地表的固态、液态或气态的物质，它是具有经济意义或潜在经济价值的有用岩石、矿物或元素的聚集物。1、能源矿产（煤、石油、天然气）2、原料矿产（金属矿产、非金属矿产）金属矿产分类1、黑色金属矿产铁Fe锰Mn铬Cr等2、有色金属矿产铝Al铅锌Pb&Zn铜Cu锡Sn镍Ni等3、贵重金属矿产金Au银Ag铂Pt族(钯Pd、锇Os、铱Ir、钌Ru、铑Rh)金属等4、稀有金属矿产铌Nb钽Ta稀土金属等5、放射性矿产铀U钍Th等六种重要有色金属市场价格（元/吨）铅Pb锌Zn铜Cu铝Al镍Ni锡Sn20300__2050018450__1855064450__6460018640__18660241000__243000154500__155000黑色金属矿石有色金属矿石贵重金属矿石二、矿产资源基本特征及形势基本特征：产出天然性、经济效用性资源相对性、效用基础性不可再生性、分布地域性储量耗竭性、供给稀缺性赋存差异性基本形势：资源矿种较齐全、总量较丰富、人均占有量少、找矿潜力大；重要大宗矿产国内供应缺口大，某些有色、稀有金属、稀土、非金属矿产及煤具有资源优势。未来20年矿产资源需求将成倍增长，金属矿产资源形势将十分严峻。（三）我国金属矿产资源状况1、矿产资源总量丰富，但人均拥有量不足2、用量较少的矿产资源丰富，但大宗矿产储量相对不足3、贫矿多富矿少，开发利用难度大4、中小型矿床多，超大型矿床少，矿山规模偏小5、共生伴生矿多，单矿种矿床少，利用成本高6、金属矿产资源的区域分布相对不均（四）金属矿床工业特性一、基本概念矿石：在目前的技术经济条件下，在质和量两方面都能为国民经济所利用的矿物集合体。废石：矿体周围以及夹在矿体中的岩石，不含有用成分或含量过少，当前不宜作为矿石开采的部分。矿体：矿石的集合体。矿体的产状：矿体的形态、大小及其与围岩的接触关系。围岩：矿体周围无开采价值或尚无开采价值的岩石。上，下盘岩石。顶，底板。夹石：矿体中矿石品位达不到工业要求而无开采价值或尚无开采价值的岩石。矿床：矿体及其围岩的集合体。一个或多个矿体及其围岩，包括围岩周围地层，构造等地质特点的整个含矿地段。品位：矿石中有用成分（元素，化合物，矿物）的单位含量。有用成分含量的百分比。工业品位：当前技术经济条件下可以开采利用的矿石中有用成分的最低平均含量。边界品位：用于区分矿石与废石的临界品位，矿床中高于边界品位的部分为矿石，低于边界品位的部分为废石。矿石损失率：开采过程中损失的工业储量和工业储量的比率。矿石贫化率：因混入废石，或高品位矿石的流失，矿石有用成分氧化析出等原因造成矿石品位降低的百分率。二、矿石和岩石的性质矿石和岩石（以下简称矿岩）的物理力学性质，影响到对矿床的开采和生产安全。主要的物理力学性质包括硬度、坚固性、稳固性、结块性、氧化性、自燃性、含水性和碎胀性等。硬度指矿岩抵抗工具侵入的性能。取决于矿岩颗粒的硬度，形状，大小，晶体结构及颗粒间胶结物的情况，直接关系着凿岩难易以及破碎方法和凿岩设备选择。坚固性指矿石抵抗外力的性能，这种外力是一种综合的外力，如锹、镐、机械破碎、爆炸等的作用力。与强度的概念不一样。坚固性大小常用坚固性系数（普氏系数）f来表示，它反映岩石的极限抗压强度、凿岩速度、炸药消耗量等的平均值。f=R/100注:式中R为岩石的极限抗压强度，单位是公斤/平方厘米。极坚固岩石f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等）坚固岩石f=8～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等）中等坚固岩石f=4～6（如普通砂岩，铁矿等）不坚固岩石f=0.8～3（如黄土、各种煤等）注：详见普氏坚固性分级表稳固性指岩石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间的长短的性能。其影响因素较多，包括岩性、地质结构、开采方式、地下水等。稳固性对采矿方法的选择和地压管理有重要影响。稳固性的分类1、极不稳固的：随掘随冒，不允许有暴露面积，要开挖时必须超前支护。2、不稳固的：允许有较小的不支护暴露面积，一般不大于50平方米。3、中等稳固的：不支护暴露面积为50～200～800平方米。4、稳固的不支护暴露面积为200～800平方米。5、极稳固的：不支护暴露面积大于800平方米。结块性指采下矿石遇水和受压后连结成块的性质。氧化性指硫化矿石在水和空气的作用下，变为氧化矿物的性质。自燃性指矿岩（高硫矿石，含炭岩石等）在空气中氧化，放出大量的热量，温度达到着火点后自燃的性质。含水性指矿岩吸收和保持水分的性能。碎胀性指岩石破碎后，其体积比原岩体积增大的这种性质称为碎胀性。破碎后的体积与破碎前的体积之比被称为碎胀系数，一般坚硬矿岩的碎胀系数为1.2～1.5。三、金属矿床埋藏要素走向长度，厚度，倾角，延伸深度，埋藏深度四、金属矿床的分类金属矿床的矿体形状、厚度、倾角和赋存深度，对于矿床开拓和采矿方法的选择，有直接的影响。金属矿床可按上述几个特征进行分类。1、按矿体形状分类：层状矿床（a）脉状矿床（b、c）块状矿床（d、e、f）2、按矿体倾角分类：水平和微倾斜矿床，倾角小于5°缓倾斜矿床，倾角为5°～30°倾斜矿床，倾角为30°～55°急倾斜矿床，倾角大于55°3、按赋存深度分类：浅埋矿体一般小于500～600m深埋矿体一般大于500m4、按矿体厚度分类：极薄矿体，厚度小于0.8m。薄矿体，厚度为0.8～4m。中厚矿体，厚度为4～10－15m之间。厚矿体，厚度为10－15～40m之间。极厚矿体，厚度大于40m。五、金属矿床的特性1、矿体赋存条件不稳定2、矿石品位变化大3、构造复杂4、矿岩坚固性大5、矿床的含水性Fe铁矿我国是铁矿资源总量丰富、但矿石含铁品位较低。目前已探明储量的矿区有1834处，总保有储量矿石463亿吨，居世界第5位。除上海市、香港特别行政区外，铁矿在全国各地均有分布，以东北、华北地区资源为最丰富，西南、中南地区次之。就省(区)而言，探明储量辽宁位居榜首，河北、四川、山西、安徽、云南、内蒙古次之。中国铁矿以贫矿为主，富铁矿较少，富矿石保有储量在总储量中占2.53%，仅见于海南石碌和湖北大冶等地。从铁矿成因类型来看，根据程裕淇和赵一鸣等的意见，主要有与铁质基性、超基性岩浆侵入活动有关的岩浆型铁矿床，如四川攀枝花铁矿床，与中酸性(包括偏基性与偏碱性)岩浆侵入活动有关的接触交代-热液铁矿床，如湖北大冶、福建马坑、内蒙古黄岗等；与中性钠质或偏钠质火山-侵入活动有关的铁矿，如江苏、安徽两省的宁芜铁矿、云南大红山铁矿等；沉积型赤铁矿和菱铁矿床如鄂西、赣西、湘东地区的赤铁矿；变质沉积铁矿，如鞍山铁矿、冀东铁矿等；风化淋滤残积型铁矿，如广东大宝山、贵州观音山等。铁矿成因类型以分布于东北、华北地区的变质-沉积磁铁矿为最重要。该类型铁矿含铁量虽低(35%左右)，但储量大，约占全国总储量的一半，且可选性能良好，经选矿后可以获得含铁65%以上的精矿。从成矿时代看，自元古宙至新生代均有铁矿形成，但以元古宙力量重要。Mn锰矿中国锰矿资源较多，分布广泛，在全国21个省(区)均有产出；有探明储量的矿区213处，总保有储量矿石5.66亿吨，居世界第3位。中国富锰矿较少，在保有储量中仅占6.4%。从地区分布看，以广西、湖南为最丰富，占全国总储量的55%；贵州、云南、辽宁、四川等地次之。从矿床成因类型来看，以沉积型锰矿为主，如广西下雷锰矿、贵州遵义锰矿、湖南湘潭锰矿、辽宁瓦房子锰矿、江西乐平锰矿等；其次为火山-沉积矿床，如新疆莫托沙拉铁锰矿床；受变质矿床，如四川虎牙锰矿等；热液改造锰矿床，如湖南玛璃山锰矿；表生锰矿床，如广西钦州锰矿。从成矿时代来看，自元古宙至第四纪均有锰矿形成，以震旦纪和泥盆组为最重要。Cr铬矿中国铬矿资源比较贫乏，按可满足需求的程度看，属短缺资源。总保有储量矿石1078万吨，其中富矿占53.6%。铬矿产地有56处，分布于西藏、新疆、内蒙古、甘肃等13个省(区)，以西藏为最主要，保有储量约占全国的一半。中国铬矿床是典型的与超基性岩有关的岩浆型矿床，绝大多数属蛇绿岩型，矿床赋存于蛇绿岩带中。西藏罗布莎铬矿和新疆萨尔托海铬矿等皆属此类。从成矿时代来看，中国铬矿形成时代以中、新生代为主。Al铝土矿中国铝土矿资源丰度属中等水平，产地310处，分布于19个省(区)。总保有储量矿石22.7亿吨，居世界第7位。山西铝资源最多，保有储量占全国储量41%；贵州、广西、河南次之，各占17%左右。铝土矿的矿床类型主要为古风化壳型矿床和红土型铝土矿床，以前者为最重要。古风化壳型铝土矿又可分贵州修文式、遵义式、广西平果式和河南新安式4个亚类。从成矿时代来看，古风化壳铝土矿主要产于石炭纪和二叠纪地层之中，为一水型铝土矿。福建漳浦式红土型铝土矿为由第三系到第四系玄武岩受近代风化作用形成的残积红土型铝矿床，为三水型铝土矿。Pb&Zn铅锌矿中国铅锌矿资源比较丰富，全国除上海、天津、香港外，均有铅锌矿产出。产地有700多处，保有铅总储量3572万吨，居世界第4位；锌储量9384万吨，居世界第4位。从省际比较来看，云南铅储量占全国总储量17%，位居全国榜首；广东、内蒙古、甘肃、江西、湖南、四川次之，探明储量均在200万吨以上。全国锌储量以云南为最，占全国21.8%；内蒙古次之，占13.5%；其他如甘肃、广东、广西、湖南等省(区)的锌矿资源也较丰富，均在600万吨以上。铅锌矿主要分布在滇西兰坪地区、滇川地区、南岭地区、秦岭-祁连山地区以及内蒙古狼山-渣尔泰地区。从矿床类型来看，有与花岗岩有关的花岗岩型(广东连平)、夕卡岩型(湖南水口山)、斑岩型(云南姚安)矿床，有与海相火山有关的矿床(青海锡铁山)，有产于陆相火山岩中的矿床(江西冷水坑和浙江五部铅锌矿)，有产于海相碳酸盐(广东凡口)、泥岩-碎屑岩系中的铅锌矿(甘肃西成铅锌矿)，有产于海相或陆相砂岩和砾岩中的铅锌矿(云南金顶)等。铅锌矿成矿时代从太古宙到新生代皆有，以古生代铅锌矿资源力量丰富。Cu铜矿中国是世界上铜矿较多的国家之一。总保有储量铜6243万吨，居世界第7位。探明储量中富铜矿占35%。铜矿分布广泛，除天津、香港外，包括上海、重庆、台湾在内的全国各省(市、区)皆有产出。已探明储量的矿区有910处。江西铜储量位居全国榜首，占20.8%，西藏次之，占15%；再次为云南、甘肃、安徽、内蒙古、山西、湖北等省，各省铜储量均在300万吨以上。从矿床类型看，以斑岩型铜矿为最重要，如江西德兴特大型斑岩铜矿和西藏玉龙大型斑岩铜矿；其次为铜镍硫化物矿床(如甘肃自家嘴子铜镍矿)，夕卡岩型铜矿(如湖北铜绿山铜矿、安徽铜官山铜矿)，火山岩型铜矿(如甘肃白银厂铜矿等)；沉积岩中层状铜矿(如山西中条山铜矿、云南东川式铜矿)，陆相砂岩型铜矿(云南六直铜矿)以及少量热液脉状铜矿等。从铜矿形成时代来看，从太古宙至第三纪皆有铜矿形成。但从储量规模和矿床数量来看，则主要集中在中生代和元古宙。中生代铜矿多与侵位浅的中酸性岩浆活动有关，如德兴铜矿；元古宙铜矿多与海相火山岩浆活动有关，如甘肃白银厂铜矿；两者相比，又以中生代斑岩型铜矿力量重要。Sn锡矿中国是世界上锡矿资源丰富的国家之一。探明矿产地293处，总保有储量锡407万吨，居世界第2位。矿产地分布于15个省(区)，以广西、云南两省(区)储量最多，分别占全国的32.9%和31.4%，湖南、广东、内蒙古、江西次之，以上6省(区)共占全国的93%。锡矿矿床类型主要有与花岗岩类有关的矿床、与中、酸性火山-潜火山岩有关的矿床、与沉积再造变质作用有关的矿床和沉积-热液再造型矿床，以第一类矿床为最重要，云南个旧和广西大厂等世界级超大型锡矿皆属此类。这两个锡矿储量占全国锡总储量的33%。从成矿时代来看，锡矿成矿时代比较广泛，以中生代锡矿为最重要，前寒武纪次之。Ni镍矿中国镍矿资源不足。总保有储量镍784万吨，居世界第9位。镍矿产地有近100处，分布于18个省(区)。其中以甘肃省为最多，保有储量占全国的61.9%，新疆、吉林、四川等省(区)次之。甘肃金川镍矿规模仅次于加拿大的萨德伯里镍矿，为世界第二大镍矿。镍矿矿床类