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鎢礦
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鎢礦是指通過有關(guān)地質(zhì)作用加以富集形成的鎢礦床。鎢,在元素周期表中縮寫為W,是一種稀有貴重金屬,以其優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)而聞名。1781年瑞典化學(xué)家卡爾·舍勒(C.W.Scheele)發(fā)現(xiàn)的鎢。鎢礦石是指含有化合物形式的鎢的天然巖石或礦物。鎢在自然界中通常以鎢酸鹽的形式存在,例如白鎢礦 (CaWO4) 和黑鎢礦 [(Fe,Mn)WO4]。

鎢的熔點3410±20℃,是熔點最高的金屬。鎢是稀有金屬,也是重要的戰(zhàn)略物資。鎢具有一系列優(yōu)異的性能。鎢的蒸氣壓很低,蒸發(fā)速度也較小,非常耐高溫;化學(xué)性質(zhì)也十分穩(wěn)定,防腐性能非常好,在鹽酸硫酸硝酸等強酸中都不溶解;密度在非貴金屬中最高;硬度在金屬中名列前茅;可塑性強;楊氏模量與強度高。鎢及其合金基本上是采用粉末冶金的方法所制備。主要應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域有鋼鐵工業(yè)(高速鋼、鎢鋼、鎢磁鋼等)、硬質(zhì)合金、熱強和耐磨合金、觸頭與鎢合金、電真空照明材料、密封與屏蔽、發(fā)汗材料等。

鎢礦是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源,全國有23個省(市、自治區(qū))查明有鎢資源儲量,累計查明鎢資源儲量780萬t,查明(保有)資源儲量696.88萬 t。據(jù)國土資源部報道,到2013年我國查明鎢礦資源696.88萬 t,比上年增加18.7%。

歷史沿革

從1783年西班牙首次用炭從黑鎢礦中提取了金屬鎢至今有200余年的鎢礦開發(fā)、冶煉、加工歷史。

中國對世界鎢業(yè)發(fā)展作出了舉世矚目的貢獻。我國鎢礦于1907年發(fā)現(xiàn)于大余縣西華山,鎢礦開采始于1915~1916年(據(jù)《中國礦床發(fā)現(xiàn)史·江西卷》,1996年)。此后在南嶺地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)不少鎢礦區(qū),生產(chǎn)不斷擴大,至第一次世界大戰(zhàn)末期,鎢精礦產(chǎn)量達到萬噸,躍居世界鎢精礦產(chǎn)量首位,至今仍居世界第1位。

我國鎢礦資源豐富。開發(fā)鎢礦地質(zhì)調(diào)查工作,由翁文灝先生創(chuàng)始于1916年,爾后在河北省江西省廣東省廣西壯族自治區(qū)等省(區(qū))分別做了一些探測工作。20世紀三四十年代,對贛、湘、粵、桂、滇等省(區(qū))的一些鎢礦床進行了較系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查,特別是對贛州市地區(qū)的鎢礦,先后有燕春臺、查宗祿、周道隆、徐克勤、丁毅、張兆瑾、馬振圖等地質(zhì)學(xué)家做了頗有成就的地質(zhì)調(diào)查研究。其中,徐克勤、丁毅所著《江西南部鎢礦地質(zhì)志》(1943),對贛南幾十年鎢礦床分別作了系統(tǒng)的論述,堪稱我國第一部鎢礦地質(zhì)專著。這些地質(zhì)前輩的工作成果,不僅為后來地質(zhì)勘探工作奠定了基礎(chǔ),而且也為當(dāng)時開采贛南鎢礦提供了重要依據(jù)。

1935年江西省成立了資源委員會鎢業(yè)管理處,統(tǒng)一價格,收購鎢砂。1938年西華山建立礦場,投資經(jīng)營東西大巷,進行坑采。抗戰(zhàn)勝利后改為資源委員會第一特種礦產(chǎn)管理處西華山工程處。據(jù)不完全統(tǒng)計,西華山鎢礦至新中國成立前,共采出鎢砂近5萬t。1937年成立大吉山鎢礦工程處,收回民窿開鑿第九中段,開始國營生產(chǎn)。

在30~40年代,不僅發(fā)現(xiàn)了大量黑鎢礦,而且白鎢礦也有陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。資源委員會礦產(chǎn)測勘處金耀華、楊博泉于1943年對云南省文山縣老君山地區(qū)進行礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查時,首次發(fā)現(xiàn)接觸交代型白鎢礦床(夕卡巖型白鎢礦床),著有《云南文山老君山白鎢礦床之成因及其意義》論文(地質(zhì)論評,1943,№.Ⅷ)。1947年徐克勤又在湖南省宜章瑤崗仙鎮(zhèn)和尚灘發(fā)現(xiàn)了白鎢礦床,并寫專文報道。

新中國成立后,為振興鎢業(yè),在五六十年代開展了前所未有的大規(guī)模鎢礦地質(zhì)普查和勘探工作。由原重工業(yè)部、冶金部、地質(zhì)部所屬地質(zhì)勘探部門,迅速地對贛、湘、粵以及閩、桂、滇等省區(qū)的鎢礦開展全面普查勘探工作,在第一個五年計劃期間(1953~1957年),為贛南西華山、大吉山鎮(zhèn)、巋美山、盤古山等“四大名山”黑鎢礦礦床作為重點礦山建設(shè)項目以及在湘南、粵北、桂東北等地區(qū)的鎢礦建設(shè)礦山,提供了可靠的地質(zhì)成果,作為采選設(shè)計的依據(jù)。60~80年代,為保礦山、保建設(shè)和鎢業(yè)持續(xù)發(fā)展,繼續(xù)進行了大量地質(zhì)勘查工作,在華南和西北甘肅等地又發(fā)現(xiàn)并探明了一批大型、超大型鎢礦,為中國鎢業(yè)可持續(xù)發(fā)展,準備了充足的礦產(chǎn)資源。

在大量地質(zhì)勘探工作基礎(chǔ)上,從50~70年代建成了原中央直屬企業(yè)的礦山有20多座和一大批地方國營的中小型礦山,到80年代以來,國營鎢礦山形成生產(chǎn)礦石總能力達870萬t。年產(chǎn)鎢精礦4~5萬t(WO3含量)。

2015年12 月1日,江西省國土資源廳在南昌市組織召開了《江西省浮梁縣 朱溪外圍(30-78線)鎢銅礦普查成果報告》評審會。經(jīng)專家 評審,確認該項目查明333+334類三氧化鎢(WO3)資源量286萬 噸,再次刷新了鎢礦儲量規(guī)模的世界記錄。

2016年1月5日,江西省國土資源廳在南昌召開浮梁縣朱溪鎢銅礦普查成果通報會,宣布浮梁縣朱溪外圍(30-78線)查明333+334類三氧化鎢(WO3)資源量 286萬噸,再次刷新了鎢礦儲量的世界記錄,浮梁縣朱溪鎢礦成為新的世界最大鎢礦。其資源量是原世界最大鎢礦大湖塘鎢 礦的2.7倍。

應(yīng)用范圍

鎢在冶金和金屬材料領(lǐng)域中屬高熔點稀有金屬或稱難熔稀有金屬。鎢及其合金是現(xiàn)代工業(yè)、國防及高新技術(shù)應(yīng)用中的極為重要的功能材料之一,廣泛應(yīng)用于航天、原子能、船舶、汽車工業(yè)、電氣工業(yè)、電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等諸多領(lǐng)域。特別是含鎢高溫合金主要應(yīng)用于燃氣輪機、火箭、導(dǎo)彈及核反應(yīng)堆的部件,高比重鎢基合金則用于反坦克和反潛艇的穿甲彈頭。

鎢精礦用于生產(chǎn)金屬鎢、碳化鎢鎢合金及化合物。

原料特點

化學(xué)特性

鎢是一種分布較廣泛的元素,幾乎普遍見于各類巖石中,但含量較低。通過有關(guān)地質(zhì)作用加以富集才能形成礦床作為商品礦石開采。鎢在地殼中的平均含量為1.3×10-6,在花崗石中含量平均為1.5×10-6。鎢在自然界主要呈六價陽離子,其離子半徑為0.68×10-10m。由于W6+離子半徑小,電價高,具有強極化能力,易形成絡(luò)陰離子,因此鎢主要以絡(luò)陰離子形式[WO4]2-,與溶液中的Fe2+、Mn2+、ca(clo)2+等陽離子結(jié)合形成黑鎢礦白鎢礦沉淀。黑鎢礦結(jié)晶溫度為320~240℃,白鎢礦的結(jié)晶溫度為300~200℃。

在表生作用中,由于含鎢礦物較穩(wěn)定,常形成砂礦。但在酸性條件下,含鎢礦物可被分解,并以WO3形式溶于地表水中,在一定條件下形成某些鎢的次生礦物。有時以礦物微粒或離子形式被粘土或鐵錳氧化物吸附而集聚于頁巖、泥質(zhì)細砂巖及鐵錳礦層中。

如今在古老的變質(zhì)巖系中發(fā)現(xiàn)有層控鎢礦床和鎢的礦源層,說明在變質(zhì)作用過程中,鎢也能發(fā)生某種程度的富集。

礦物組成

鎢的重要礦物均為鎢酸鹽。在成礦作用過程中能與[WO4]2-絡(luò)陰離子結(jié)合的陽離子僅有幾個,主要有Ca2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+,其次為Cu2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Y3+等,因而礦物種類有限,如今在地殼中僅發(fā)現(xiàn)有20余種鎢礦物和含鎢礦物,即黑鎢礦族:鎢錳礦鎢鐵礦、黑鎢礦;白鎢礦族:白鎢礦(鈣鎢礦)、鉬白鎢礦、銅白鎢礦;鎢華類礦物:鎢華、水鎢華、高鐵鎢華、釔鎢華、銅鎢華、水鎢鋁礦;不常見的鎢礦物:鎢鉛礦、斜鎢鉛礦、鉬鎢鉛礦、鎢鋅礦、鎢鉍礦、銻鎢燒綠石、鈦釔釷[tǔ]礦(含鎢)、硫鎢礦等。

盡管已發(fā)現(xiàn)的鎢礦物和含鎢礦物有20余種,但其中具有開采經(jīng)濟價值的只有黑鎢礦和白鎢礦。黑鎢礦(Fe、Mn)WO4,含WO3 76%;白鎢礦CaWO4,含WO3 80.6%。

冶煉原料

國外長期以來開發(fā)的鎢礦,主要是白鎢礦,占總生產(chǎn)能力的60%。而我國盡管白鎢礦已探明儲量376萬t,占世界鎢礦總儲量的71%,但由于一些大型、超大型鎢多金屬礦床的礦石物質(zhì)成分復(fù)雜,嵌布粒度細,選冶技術(shù)尚未徹底解決,因而現(xiàn)階段開采仍以石英脈型黑鎢礦為主,占全國采出礦量的90%。

礦石要求

鎢礦產(chǎn)工業(yè)要求(或稱礦產(chǎn)工業(yè)要求),包括礦床邊界品位(WO3%)、工業(yè)品位(WO3%)、可采厚度(m)和夾石剔除厚度(m)。

鎢礦床伴生有益組分通常有錫、鉬、鉍、銅、鉛、鋅、銻、金、銀、鈷、鈹、鋰、、、稀土、硫、磷、、壓電水晶、熔煉水晶、螢石等。其中,硫、磷、砷、鉬、鈣、錳、銅、錫、硅、鐵、銻、鉍、鉛、鋅等對鎢的冶煉工藝和鎢制品為有害雜質(zhì),對各類鎢精礦產(chǎn)品所含的這些有害雜質(zhì),國家已制定行業(yè)標準,即GB2825-81。因此,這些有害組分,要經(jīng)過選冶技術(shù)途徑富集綜合回收,變害為益,變廢為寶,綜合利用。

資源狀況

鎢礦是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)并探明有儲量的礦區(qū)252處,累計探明儲量(WO3,下同)637.5萬t,其中A+B+C級儲量232萬t,占36.4%。截至1996年底,鎢礦保有儲量為529.08萬t,其中A+B+C級儲量228.11萬t,占43.1%。在找礦行動中,根據(jù)國土部公布的最新數(shù)據(jù),金屬礦產(chǎn)勘查取得一批世界級的重大發(fā)現(xiàn),查明資源儲量達106萬噸的鎢礦。

中國鎢礦資源豐富,著稱世界,其儲量在世界排位,以中國表內(nèi)A+B+C級儲量同世界儲量基礎(chǔ)相比居世界第1位。第2位加拿大(儲量基礎(chǔ)49.3萬t)、第3位俄羅斯(儲量基礎(chǔ)35.5萬t)。中國鎢礦不僅儲量居世界第一,而且產(chǎn)量和出口量長期以來也居世界第一,因而被稱譽為“世界三個第一”。創(chuàng)造和打破了多項中國世界紀錄協(xié)會認可的世界紀錄、中國紀錄。

中國大余縣,是世界著名的“鎢都”。那里有四百多處星羅棋布的鎢礦點。第一次鴉片戰(zhàn)爭后,德國人曾在那里首先發(fā)現(xiàn)了鎢,當(dāng)時只花500元錢就秘密地收買了礦權(quán)。愛國民眾發(fā)現(xiàn)后,紛紛起來保礦、護礦。經(jīng)多方交涉,終于在1908年以1000元收回礦權(quán),并集資開采。這便是贛州市最早的鎢礦開發(fā)業(yè)。

我國湖南省郴州市柿竹園是個“世界有色金屬博物館”,擁有140多種礦物。其中鎢礦儲量就占了當(dāng)前世界總儲量的四分之一。

中國鎢礦儲量位居世界首位,超過國外30多個國家總儲量(130萬噸)的3倍。截至2024年,中國探明鎢儲量約為230萬至240萬噸,占全球總儲量的52%左右。另外的主要產(chǎn)鎢國是加拿大和美國。

儲量分布

在全國已探明鎢礦儲量有21個省、自治區(qū)、直轄市。其中保有儲量在20萬t以上的有8個省區(qū),依次為湖南179.89萬t、江西省110.09萬t、河南省62.85萬t、廣西壯族自治區(qū)34.92萬t、福建省30.67萬t、廣東省23.02萬t、甘肅省22.29萬t、云南21.66萬t,合計485.39萬t,占全國鎢保有儲量的91.7%(以1996年底全國鎢礦保有儲量統(tǒng)計)。

從全國大行政區(qū)分布來看,依次:中南區(qū)占全國鎢儲量的58.2%,居首位,其次是華東區(qū)占28%、西北區(qū)占4.3%、西南占4.1%、東北區(qū)占3.2%、華北區(qū)占2.2%。

在三大經(jīng)濟地區(qū)鎢礦儲量分布的比例:東部沿海地區(qū)占17.1%、中部地區(qū)占75.1%、西部地區(qū)占7.8%。全國大中型、超大型鎢礦分布及其儲量和礦區(qū)開發(fā)利用情況見圖3.12.1和表3.12.4。

鎢在自然界中不是以單質(zhì)出現(xiàn)的,它只存在于不同的化合物中。工業(yè)用途中,最重要的兩種鎢礦是黑鎢礦 ((Fe,Mn)WO4),或者我們也稱它為鎢鐵礦黑鎢礦和白鎢礦 (CaWO4),這也是兩種用來開采鎢的最常用的兩種礦物。

現(xiàn)在中國是世界上最大的鎢輸出國。美國地質(zhì)勘探局(USGS)估計2007年世界鎢礦產(chǎn)量,中國生產(chǎn)了77000噸,占了世界總產(chǎn)量的86%。

此外,根據(jù)美國地質(zhì)勘探局的計算,中國的礦產(chǎn)儲備基地占世界總儲備基地的67%。

勘探類型

根據(jù)我國鎢礦床的勘探經(jīng)驗和礦山生產(chǎn)實踐以及勘探與開采對比研究,1984年修改補充了1981年制定的《鎢礦地質(zhì)勘探規(guī)范(試行)》,將我國鎢礦劃分為4個勘探類型:

第一勘探類型

礦體規(guī)模大至巨大(長>1500m,深>800m),形態(tài)較簡單至簡單,產(chǎn)狀較穩(wěn)定(有小的起伏)到穩(wěn)定,厚度變化較小,成礦后構(gòu)造和火成巖體對礦體僅有局部破壞,品位較均勻(品位變化曲線呈波狀)至均勻(品位變化曲線呈舒緩波狀),礦化基本連續(xù)至連續(xù),礦床規(guī)模為巨大型。如湖南瑤崗仙夕卡巖型白鎢礦床。

第二勘探類型

礦體規(guī)模中等至大型(長1000~1500m,深500~800m),形態(tài)較簡單,產(chǎn)狀較穩(wěn)定,厚度變化不大,成礦后構(gòu)造和火成巖體對礦體有一定破壞或只有局部破壞,但礦體仍較易對比連接,品位較均勻。礦化基本連續(xù),礦床規(guī)模為中—大型。如江西漂塘石英細脈型鎢錫礦床的Ⅰ、Ⅱ礦帶。

第三勘探類型

礦體規(guī)模一般為中等(長300~1000m,深200~500m),少數(shù)為大型。總體形態(tài)較簡單至較復(fù)雜,組構(gòu)形態(tài)較復(fù)雜,如石英大脈型鎢礦體的分支復(fù)合,尖滅側(cè)現(xiàn),尖滅再現(xiàn);夕卡巖型鎢礦體的彎曲變化,扁豆?fàn)畹V體的斷續(xù)相連等。厚度變化不大至較大。成礦后構(gòu)造和火成巖體對礦體有一定破壞或只有局部破壞,部分礦體對比連接較困難,品位一般不均勻(品位變化曲線呈跳躍狀),少數(shù)礦體品位較均勻或很不均勻(品位變化曲線呈劇烈的跳躍狀),礦化基本連續(xù),少數(shù)不連續(xù),礦床規(guī)模多為中型,少數(shù)大型或小型。如湖南鄧阜仙石英大脈型鎢銅錫礦床,江西盤古山石英大脈型鎢鉍礦床。

第四勘探類型

礦體規(guī)模中等至小型(長<300m,深<200m),總體形態(tài)和組構(gòu)形態(tài)都是較復(fù)雜至很復(fù)雜(如石英大脈型鎢礦體分支復(fù)合,尖滅側(cè)現(xiàn),尖滅再現(xiàn)頻繁;又如其他類型的鎢礦體彎曲變化多、幅度大、小扁豆?fàn)睢⒛覡畹V體時斷時續(xù)等),厚度變化較大至很大,礦化不連續(xù),少數(shù)基本連續(xù),品位不均勻至很不均勻,礦床規(guī)模多為小型,少數(shù)中型。如江西棕樹坑石英大脈型鎢錫礦床;湖南沃溪層狀浸染型鎢銻金礦床。

成礦特點

多元成礦

即成礦物質(zhì)的多來源(巖源、層源、混合源、殼源、殼幔混合源等);含礦建造的多層位(元古宇、震旦系、寒武系—奧陶系、泥盆系—石炭系、上侏羅統(tǒng));成礦作用的多期性;成礦環(huán)境的多樣性;以及鎢元素地球化學(xué)的多種適應(yīng)性,如在巖漿階段、巖漿熱液、各種礦化流體、變質(zhì)作用及表生作用中,均可活化、遷移,在有利的構(gòu)造條件下富集成礦。

多因素

地層沉積建造是供礦、容礦的基本因素之一,不同的容礦建造機制分別控制形成不同類型的鎢礦。如碳酸鹽巖建造總是形成夕卡巖或似夕卡巖型鎢礦床(以白鎢礦為主);而在硅鋁建造則往往產(chǎn)生交代巖或角巖,形成巖體浸染型、細脈浸染型、脈型、角礫巖筒型鎢礦床。不同的構(gòu)造-巖漿機制,形成各具特征的礦床類型。例如,由深大斷裂從深部帶來的殼幔混源型巖脈,可以形成斑巖型、角礫巖筒型鎢礦;而來自殼源型的巖脈則形成脈型或夕卡巖型鎢礦。各種成礦條件聯(lián)合控礦,必然產(chǎn)生多型礦床的共生與復(fù)合。

高度集中

南嶺是中國鎢礦最密集的成礦區(qū),尤其是贛南、湘南、粵北地區(qū)的鎢礦床更是高度集中分布,而且是成群成組的出現(xiàn)。如在贛南大余—崇義縣上猶縣地區(qū),僅在7800km2范圍內(nèi)就有180多個礦床(點)密集分布,幾乎平均10km2內(nèi)即有兩處鎢礦床,并呈現(xiàn)等距、近等距的分布;又如,盤古山區(qū)在11000km2范圍內(nèi)也有100多處鎢礦床(點)分布,平均每100km2就有1處礦床。在南嶺每一個密集區(qū)里往往產(chǎn)有1~2個大型鎢礦并有“衛(wèi)星”式一批中小型礦床圍繞大型礦床產(chǎn)出而成群成組的分布。在每個礦床中幾乎都有1~2條“王牌”礦脈(即規(guī)模大、品位富的礦脈),如西華山鎢礦的299號“王牌”脈長920m,脈寬最大3.60m,而且品位富。每個礦區(qū)的含鎢石英脈成群成帶的產(chǎn)出(即許多脈鎢礦體一起產(chǎn)出而形成礦體群;按礦體分布疏密程度而分為脈帶型礦脈和單脈形礦脈)。如贛南的西華山、大吉山鎮(zhèn),湘南的瑤崗仙鎮(zhèn),粵北的鋸板坑、梅子窩、石人嶂等特大型、大中型鎢礦床中的礦脈,均是成群成帶的分布。這種成群成帶的分布規(guī)律,對找礦、勘探、開發(fā)具有重要指導(dǎo)作用。

成礦規(guī)律

分帶規(guī)律

在南嶺內(nèi)生鎢礦床具有明顯的分帶性。這種分帶規(guī)律在一些成礦區(qū)帶和礦田、礦床中均不同程度的顯示。如南嶺贛州市鎢礦成礦區(qū)帶,王成發(fā)(1984)提出贛南脈狀鎢礦具有區(qū)域性水平分帶特征,表現(xiàn)以大余嶺為中心的半環(huán)狀分帶,按鎢礦地球化學(xué)特征劃分3個帶,依次為:Ⅰ——鎢錫礦帶,Ⅱ——鎢礦帶,Ⅲ——鎢多金屬礦帶。

礦床垂直

脈石英型鎢礦床(簡稱脈鎢礦床)的礦體形態(tài)在垂直空間具有“五層樓”式的變化規(guī)律。這種垂直變化規(guī)律的認識,是60年代初廣東冶金地質(zhì)九三二隊在勘探粵北梅子窩脈鎢礦床時研究總結(jié)出來的,形象地稱為“五層樓”:即①石英云母線(也叫線脈帶)、②稀疏細脈帶、③密集細脈帶、④平行薄脈組、⑤單獨大脈,即以帶、組、脈為基本模式。在贛州市、湘南等地的脈鎢礦床的礦脈也存在這類似的垂直分帶。這種“五層樓”式模式,對找礦、勘探和礦床開采具有實際指導(dǎo)意義。但應(yīng)指出,有些脈鎢礦床的礦脈因剝蝕和其他地質(zhì)因素所致,不一定每個礦床都顯現(xiàn)出“五層樓”式的垂直變化規(guī)律,有的僅具有三層、四層。

選礦方法

鎢礦的選礦方法主要有手選,航模選,重選,浮選,磁選和靜電分離。黑鎢礦以重選為主,而白礦以浮選為主。為了全面提取有用的成分,提高產(chǎn)品質(zhì)量和鎢精礦的回收率。選礦和冶煉技術(shù)相結(jié)合,提高烘烤和淋溶和其他濕法提煉方法。

參考資料 >

鎢礦.geologyscience.2024-03-21

鎢- — 熔點最高的金屬.中國數(shù)字科技館.2024-03-21

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