Question

铬矿工业类型及成因类型简述

Answer 1

一、铬矿的工业类型

铬的工业矿物高度集中于铬尖晶石亚族矿物中，化学通式为（RO·R₂O₃）即（Mg，Fe2+）（Cr，A1，Fe3+）₂O₄或（Mg，Fe2+）O·（Cr，A1，Fe₃₊）₂O₃，统称铬尖晶石。有工业价值的铬矿，Cr₂O₃含量一般都在30%以上，主要由以下几种含铬矿物组成，铬铁矿[（Mg，Fe）Cr₂O₄]Cr₂O₃含量50%～60%；铝铬铁矿[（Mg，Fe）（Cr，A1）₂O₄]Cr₂O₃含量32%～50%；富铬尖晶石[（Mg，Fe）（Cr，A1）₂O₄]Cr₂O₃含量32%～38%。

根据不同的工业用途，铬矿石可以划分为冶金级、耐火级、化工级及铸石级4种工业类型，各种类型工业标准也有所不同：

1）冶金级铬矿石：主要用于冶炼各种铬铁合金，进而作为冶炼铬钢、铬合金钢及不锈钢的重要原料。冶金级铬矿石，还可用来冶炼金属铬，金属铬含铬可达98%以上。

目前我国冶炼铬铁合金的方法主要是电炉法和真空碳还原法。铬矿石需要选用富矿或精矿。工业指标见表2-1（姚培慧等，1996）。

表2-1 冶炼铬铁合金用富矿（或精矿）的工业指标

2）耐火级铬矿石：铬矿石主要用来制造镁铬砖、铬砖、铬铝砖等；此外，还可用来制造各种不定型的耐火材料。制造方法，主要有烧结法和电熔法两种。

此种矿石可分两个品级：

一级品：Cr₂O₃含量≥35%，SiO₂≤8%，CaO≤2%。可用作天然耐火材料。

二级品：Cr₂O₃含量≥30%，SiO₂≤11%，CaO≤3%。可用来制造铬砖、铬镁砖等。

3）化工级铬矿石：铬矿石主要用来生产重铬酸盐，并以此为原料生产其他铬化合物产品，常用方法为硫酸法和碳化法。此种用途的铬矿石，其化学成分要求Cr₂O₃≥30%，Cr₂O₃/（FeO）≥2～2.5，SiO₂少量。

4）铸石级铬矿石：可用来制造辉绿岩铸石及铬菱镁矿制品。其化学成分要求 Cr₂O₃≥10%～20%，SiO₂≤10%。

二、铬矿床成因类型

世界铬矿以原生铬矿为主，且无一例外地产于基性-超基性岩体中，一般呈独立矿种产出，显示了极强的成矿专属性。现将两种成因类型特征简述如下：

层状基性-超基性侵入体中的岩浆结晶分异铬矿，一般规模和储量都比较大，是世界主要的铬矿类型，储量约占世界铬矿储量的70%以上（杨经绥，2010），但产量却不及50%。世界豆荚型铬矿由于质优、易选冶，颇受青睐。据施俊法（2010）统计，产量达到55%。层状铬矿一般产于古老的稳定克拉通内部具张性大陆裂谷环境或大陆边缘，赋矿岩层为基性-超基性层状杂岩体，具有多旋回特点，最著名的有南非布什维尔德、美国斯蒂尔沃特、津巴布韦大岩墙等典型矿床。铬矿呈层状产于基性程度最高或较高的岩层中（图2-1）。

图2-1 斯蒂尔沃特、津巴布韦大岩墙铬矿层位示意图

（转引自施俊法，2010，略作修改）

蛇绿岩型豆荚状铬矿的成因类型比较复杂，国内外学者曾进行过大量研究，有代表性的如：欧美学者创立的早期岩浆结晶堆积说；随后兴起的晚期岩浆分异-残浆成矿说；我国学者王恒升等提出的熔离成矿说（20世纪70年代铬矿会战）等。Thayer首次于1964年将形成于阿尔卑斯山的铬矿命名为“豆荚型铬矿”，20 世纪70年代后，板块构造理论兴起，特别是1972年美国彭罗斯（Penrose）会议确定了蛇绿岩定义以来，由于其与板块构造间的密切关系，引起了各国岩石学家和构造地质学家的重视。在1979～1990年间，国际上就蛇绿岩与大洋岩石圈问题召开过4 次学术讨论会。我国也于1996，1997年连续召开两次蛇绿岩学术讨论会，并出版了相应的论文集。由于蛇绿岩研究的进展，为铬矿的成因理论研究开辟了新的思路，不少学者认识到产于特定环境的豆荚状铬矿与蛇绿岩关系密切，提出了一些成因解释，但缺乏系统的分析和总结。20 世纪80年代，我国学者王希斌、鲍佩声等（1999）通过具体矿区工作，与第一线地质入员一起，在对罗布莎、东巧、萨尔托海、大道尔吉等铬矿床深入研究的基础上，提出了蛇绿岩建造中豆荚型铬矿为原始地幔岩高度熔融再造的观点，并对中国豆荚型铬矿床作了系统总结，阐明豆荚型铬矿多产于显生宙以来代表板块缝合带的蛇绿岩带（蛇绿混杂岩）中，是大洋地幔岩高度熔融再造的产物。在蛇绿岩理想剖面中（图2-2），由地幔岩局部熔融形成的豆荚型铬矿，产于岩石莫霍面（I.G.Gass＆j.D.Smewing，1973）之下的变质地幔橄榄岩中（即以斜辉辉橄岩为主夹纯橄岩透镜体），部分地区莫霍面上部岩浆房中可能出现具岩浆分异特征的似层状铬矿（矿石围岩主要为纯橄岩）。蛇绿岩通过板块运动的俯冲和碰撞作用，以随机截取的断块（岩片）形式进入大陆地壳。由于构造运动强烈而复杂，导致蛇绿岩原位特征受到破坏，层序完整保存者十分少见，故而判别铬矿产出的层位比较困难。变质地幔橄榄岩（即图2-2中地幔构造岩）中铬矿矿体宏观上常具有塑性变形特征，形态不规则，具有成群出现、成带分布、分段集中特点，一个矿区常由数十至数百个小矿体组成，虽大型矿床不多，但因质优、品位高而具有良好的工业价值。

图2-2 蛇绿岩剖面中铬矿产出位置示意图

（转引自陈征等，2004，略作修改）

我国铬矿也不例外，一类是产于古老陆块区或裂谷带附近基性-超基性岩体中的“似层状”铬矿床，其特征不同于国外巨型层状铬矿床，韵律层往往不明显，规模也小得多。主要产于我国东部陆块区及陆块深断裂附近，含矿岩体多呈条带状分布，面积较广，矿体与围岩呈过渡关系，代表矿床有北京平顶山、放马峪等铬矿床；另一类铬矿产于深断裂附近小基性-超基性岩体中，岩体具有明显的环状结构，由边缘到中央基性程度增高，往往形成中央纯橄岩岩相带，铬矿多分布于基性程度最高的岩相带中，以河北高寺台、四川大槽铬矿为代表。此类铬矿，造矿铬尖晶石化学成分往往以高铁（高钛）为特征，推测铬矿可能属于由大陆地幔派生岩浆经结晶分异作用而成，具有正常的岩浆岩结构，并可与Fe、Cu、Ni、Pt族元素等伴生，工业价值不高。

蛇绿岩型铬矿是我国的主要铬矿类型，如西藏的罗布莎大型铬矿床、新疆萨尔托海中型铬矿床、内蒙古赫格敖拉中型铬矿床。有工业价值的矿体主要产于局部熔融后的地幔橄榄岩中（斜辉辉橄岩夹纯橄岩）；少数矿床的矿体赋存于代表岩浆房的堆晶岩底部（基性程度最高的岩相）中。关于蛇绿岩型铬矿的成矿机制，将结合第三章典型矿床成因详述之。