硼是典型的非金屬元素,在自然界中僅以化合物形式存在。
雖然硼在地殼中的豐度值較高(10ppm),但形成硼礦床的卻不多。因此,硼是典型的分散元素和親石元素,廣泛分布于各類巖石和水體中。
一、硼礦物
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然硼礦物,按化學(xué)成分可分為硼硅酸鹽礦物、硼鋁硅酸鹽礦物和硼酸鹽礦物三類。
1、硼硅酸鹽礦物主要是硅鈣硼石和賽黃晶
硅鈣硼石,datolite。Ca2[B2Si2O8(OH)2]。單斜晶系。短柱狀、板狀晶體,集合體致密塊狀。顏色多樣,白色、無色、紅色、棕色、綠色等。條痕白色。玻璃至油脂光澤。透明至不透明。硬度5-5.5。比重2.8-3.0。無解理。參差狀斷口。溶于酸,燃燒時火焰呈綠色。常見于基性侵入巖脈及偉晶巖中。大量富集在接觸交代矽卡巖中,和賽黃晶、斧石、方解石、石榴石、輝石等共生。亦見于火山巖杏仁體中,與葡萄石、沸石等共生。
賽黃晶,Danburite。CaB2[SiO4]2。斜方晶系。圓頂、菱形斷面的具溝痕的柱體,有明顯的鑿形外觀。無解理,半貝殼狀斷口。硬度7,密度3,玻璃光澤,透明。黃色及無色,偶見粉紅色。長、短波紫外光下可發(fā)藍色熒光。
2、硼鋁硅酸鹽礦物主要有電氣石和斧石
電氣石,Tourmaline。Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4。鎂電氣石,黑電氣石(Schorl),鋰電氣石(Elbaite),鈉錳電氣石(Tsilaisit)。三方晶系,柱狀,晶體兩端晶面不同。柱面上常出現(xiàn)縱紋,橫斷面呈球面三角形。顏色隨成分不同而異:富含F(xiàn)e的電氣石呈黑色,富含Li、Mn和Cs的電氣石呈玫瑰色,亦呈淡藍色,富含Mg的電氣石常呈褐色和黃色,富含Cr的電氣石呈深綠色。電氣石常具有色帶現(xiàn)象。玻璃光澤。無解理。硬度7~7.5。相對密度3.03~3.25,電氣石晶體呈柱狀,集合體呈棒狀、放射狀、小針狀,也呈致密塊狀或隱晶體狀。以柱狀晶形,柱面有縱紋,橫斷面呈球面三角形,無解理,高硬度為特征。
斧石,axinite。(Ca,Fe,Mn,Mg)3Al2BSi4O15(OH)。三斜晶系,板狀晶體。褐、紫褐、紫、褐黃、藍色,玻璃光澤。一組中等解理。硬度6~7,密度3.29g/cm3。通常無螢光,黃色者可有紅色螢光(短波)。
這兩類硼礦物中,除了硅鈣硼石尚具有工業(yè)價值外,其他或難以加工,或因未大量聚集成工業(yè)礦床而意義不大。
3、硼酸鹽礦物。這類礦物有100多種,但作為工業(yè)硼資源開發(fā)利用的僅有10余種,如天然硼砂、遂安石、硼鎂石、硬硼鈣石、天然硼酸、鈉硼解石、柱硼鎂石等。在中國,硼鎂石、遂安石、硼鎂鐵礦、硼砂、鈉硼解石、柱硼鎂石等均可形成大、中型礦床。
硼鎂石,Ascharite。Mg2[B2O4(OH)](OH):B2O3的理論含量為41.38%;斜方柱晶系。纖維狀、柱狀、板狀晶形。柱狀晶體可見斜方柱和平行雙面,其橫切面為菱形,有時也可見八邊形(有平行雙面、)。依(100)成聚片雙晶。纖維狀者普遍含H2O偏高(>理論值10.70%),板狀者的H2O含量隨其纖維化程度增高而增大。白、灰白、淺綠、黃色。條痕白色。絲絹光澤至土狀光澤。解理完全和不完全。硬度3-4。相對密度2.62-2.75。不溶于水。加HCl不起泡。閉管中燒之生水。在吹管焰中燒時易熔融,爆裂變?yōu)榈只疑镔|(zhì)。略溶于酸。
硼鎂鐵礦,ludwigite。(Mg·Fe)3Fe[BO3]O2:B2O3的理論含量17.83%;斜方晶系,晶體呈針狀、柱狀、纖維狀、短柱狀,集合體常呈放射狀或粒狀塊體。暗綠色至黑色,含鐵越多顏色越深。硬度5.5~6,密度3.6~4.7g/cm3。珍珠、金剛光澤。不溶于水。
天然硼砂(nativeborax)Na2B4O5(OH)4·8H2O:B2O3的理論含量是36.51%;形態(tài)為晶體或致密塊狀、土狀集合體;顏色有白色,微帶淺灰、淺黃、淺藍或淺綠色。條痕白色。單斜晶系,柱狀晶體。一般呈土狀、致密塊狀、皮殼狀。玻璃光澤或油脂光澤。密度為1.69~1.72g/cm3;莫氏硬度2.0~2.5;可溶于水,而顯弱堿性??諝庵幸资ゲ糠纸Y(jié)晶水,最后變成白色粉末。
遂安石SuaniteMg2(B2O5):B2O3的理論含量46.34%;形態(tài)有板柱狀、楔狀、竹葉狀、針狀、纖維狀等多種晶形;呈玻璃油脂光澤;有白色或淡褐色;密度為2.91~2.93g/cm3;莫氏硬度5.9;不溶于水。
鈉硼解石(硼鈉鈣石),Ulexite。NaCa(H2O)6[B3B2O7(OH)4]。B2O3的理論含量42.95%。三斜晶系,平行雙面晶類,Ci-1(C)。沿c軸呈針狀,具聚片雙晶。集合體通常為由針狀、纖維狀晶體組成的白色絹絲狀、團塊狀和放射狀。有的呈結(jié)核狀、腎狀或土狀塊體。玻璃、絲絹光澤;無色或白色;密度1.65~1.95g/cm3;莫氏硬度2.5;難溶于水。性極脆。手捏即成粉末。有滑感。溶于熱水中;在冷水中長時間可部分溶解并呈漿糊狀。
硬硼鈣石,colemanite。Ca(H2O)[B2BO4(OH)3]。B2O3的理論含量50.81%;形態(tài)為等粒狀、放射狀、致密狀集合體;有玻璃、金剛光澤;白色或無色;密度2.41~2.44g/cm3;硬度4.5~5;不溶于水?!?o:p>
柱硼鎂石,Mg[B2O(OH)3]。B2O3的理論含量42.46%;有柱狀、短柱狀和纖維狀3種晶形;玻璃光澤;顏色有白色、灰白色或無色;密度2.3g/cm3;莫氏硬度3.5。
二、硼礦工業(yè)指標(biāo)與礦床類型
(一)工業(yè)指標(biāo)
硼鎂石礦:邊界品位為B2O33%;工業(yè)品位為B2O35%;可采厚度為1~2m;夾石剔除厚度為1~2m;Ⅰ級品礦石(富礦)B2O3>11%,不需選礦,直接加工;Ⅱ級品礦石(貧礦)B2O35%~11%,需經(jīng)選礦或配礦。
鹽湖硼礦
固體硼礦層:邊界品位為B2O31.5%;工業(yè)品位為B2O32%;可采厚度為≥0.3m;夾石剔除厚度為≥0.6m。
液體硼礦(含硼鹵水及晶間鹵水):邊界品位為B2O3400mg/L;工業(yè)品位為B2O31000mg/L。
(二)礦床類型
礦床類型主要有:1、沉積變質(zhì)型;2、鹽湖沉積-鹵水型;3、矽卡巖型;4、海相沉積型。
1、沉積變質(zhì)型
此類硼礦礦石礦物組合復(fù)雜,主要為鎂硼酸鹽礦物(硼鎂石、硼鎂鐵礦、遂安石等),硅酸鹽類礦物(鎂橄欖石、硅鎂石、金云母、透閃石、鈦鐵礦、赤鐵礦、晶質(zhì)鈾礦等);硫化物(磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等)以及石膏、硬石膏、磷灰石等硫酸鹽礦物和磷酸鹽礦物。
進一步可分為硼鎂石(白硼)硼鎂鐵礦(黑硼)和硼鎂石-硼鎂鐵3種類型。它們的平均品位只有8.27%,其中除了硼鎂石礦相對來說較易選別外,其他兩類礦物因與鐵礦物等緊密共生,浸染狀,粒度微細(xì),目前還未能完全解決其加工問題。
代表性礦床有遼吉寬甸群含硼巖系,如后仙峪硼礦,翁泉溝硼鐵礦床,磚廟硼礦、大石橋硼礦和廟溝硼礦。
2、鹽湖沉積-鹵水型
此類硼礦有含硼湖泥、湖水、含硼鹵水、天然硼砂;常含有鈉、鋰、鉀、氯、硫等幾十種元素。
可分為固體硼礦和液體硼礦。固體硼礦的B2O3平均含量只有3.33%(只有極少數(shù)硼礦的平均品位達20%~30%,個別礦可達38.7%;液體硼礦(鹽湖鹵水)中B2O3平均含量為866.16mg/L。
代表性礦床有:西藏班戈錯硼礦(碳酸鹽型硼礦),青海大柴旦湖硼礦(硫酸鹽型),美國加州的Mojave沙漠硼城地區(qū)Clear湖大型硼砂和四水硼砂礦床,Searles湖中含硼酸鹽的鹵水礦床,內(nèi)華達州西部的干鹽湖硼砂礦,德斯谷小型硬硼鈣石礦床。土耳其靠近地中海沿岸的火山-鹽湖盆地沉積型硬硼鈣石、鈉硼解石、白硼鈣石礦床及Kirka地區(qū)的巨型硼砂礦床。
3、矽卡巖型
矽卡巖硼礦床產(chǎn)于鎂質(zhì)矽卡巖和鎂質(zhì)大理巖中。硼往往和許多金屬元素形成共伴生工業(yè)礦體,常含有W、Mo、Cu、Pb、Zn、Bi、As、Co等元素或呈共生礦物出現(xiàn),可以綜合利用。
礦物組合有:硼鎂鐵礦-磁鐵礦型、硼鎂石-硼鎂鐵礦-磁鐵礦型和鎂硼石-硼鎂石-磁鐵礦型。礦床呈似層狀、透鏡狀,產(chǎn)在接觸帶附近。礦體產(chǎn)狀與接觸帶產(chǎn)狀基本一致。
礦石品位較低,一般在6.6%左右。
代表性礦床有:廣西鐘山黃寶、江蘇六合冶山,湖南常寧七里坪硼礦,俄羅斯遠東地區(qū)矽卡巖型硅硼鈣石礦床。
4、海相沉積型
含硼礦物為錳方硼石。脈石礦物很多,有鐵白云石、錳方解石、鐵方解石、方解石、石英、長石、黑云海、白云母、磷灰石、金紅石、鋯石以及粘土礦物和金屬礦物(黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等)。其中錳方硼石礦物含量為13.5%。B2O3的平均含量為6.7%。
代表性礦床有:薊縣東水廠硼礦,產(chǎn)于長城系高于莊組含硼巖系中;浙江長興和平硼礦,產(chǎn)于勞村組底部石灰質(zhì)礫巖中,長616米,厚4.5米,呈橢圓形透鏡體產(chǎn)出,累計探明工業(yè)儲量(B203)5萬噸,遠景儲量5萬噸,礦石含B2O38.74%,F(xiàn)e2O32.06%;共生鉛、鋅礦,品位Pb1.73%,Zn1.56%,遠景儲量鉛4356噸,鋅3930噸,總礦石量25萬噸。
(三)硼礦資源儲量
世界硼礦總儲量為3.34億t(以B2O3計),基礎(chǔ)儲量總計為6.17億t(以B2O3計),其中最具有工業(yè)開發(fā)價值的硼礦主要集中在美國加州的硼城和西爾茲湖、土耳其東部、阿根廷的安底斯山脈、哈薩克斯坦的英捷爾湖及中國東北的吉林等地區(qū)。
我國硼礦探明儲量為4908萬t,位居世界第四位,其中90%的儲量分布在西藏、遼寧和青海地區(qū)。
三、硼礦找礦標(biāo)志
1、因硼元素很活潑,部分硼礦物易溶于水中。因此,采集水樣,分析水中硼元素及與硼伴生的元素含量,硼含量異??勺鳛檎遗鸬臉?biāo)志;
2、在地形被輕微切割地區(qū)和水系干涸、氣候干燥的條件下,可用水系沉積物地球化學(xué)方法;
3、土壤地球化學(xué)異??捎脕眍A(yù)測硼的找礦遠景;
4、含鋰較高的鹽湖鹵水或地下鹵水,也標(biāo)志著可能有硼的富集;
5、含鎂的碳酸鹽系、膏鹽系、大理巖、矽卡巖;
6、鹽湖