中国储能网讯:锂作为一种新型且重要的能源战略金属,在锂电池,新能源汽车,可控核聚变等领域发挥着显著的作用。同时由于其重要的战略意义,市场和经济等多因素的推动下,全球范围内都掀起了锂矿资源的勘查热潮及研究,2016年更是可以称得上是“全球锂矿找矿年”,与大宗矿产市场的萎靡不振相比,锂矿资源却相对成为了市场的热点。
目前锂矿矿床类型以卤水型和伟晶岩型的锂矿为主,少量为沉积型等新类型锂矿。
自然界中发现的锂矿床最主要的有3种类型:卤水型、伟晶岩型和沉积岩型。据美国密歇根大学Paul Gruber和Pablo Medina统计(2010),含锂卤水型矿床占全球锂资源的66%,伟晶岩型占26%,沉积岩型占8%。此外,黏土型(在黏土矿床中含有锂)和湖成蒸发岩型(在湖成蒸发岩中含有锂)也具有潜在开发意义。
卤水型锂矿
卤水型锂矿是锂矿床的重要类型和锂的主要来源,主要分布在南美洲的玻利维亚、智利和阿根廷,称为“锂三角区”。自20世纪80年代起开发利用盐湖卤水中巨大的锂资源,卤水提锂已成为世界锂工业的主导,1995年全球从卤水中提锂只占全部锂生产能力的26%,到2003年世界锂生产中卤水提锂所占的比例已上升到了91.2%。其成因机制主要是,在封闭盆地,特别是干旱沙漠地区的封闭盆地中,锂可在地下卤水中发生富集并形成有开采价值的锂矿床。在南美州西部高原荒漠地区,已查明有世界著名的玻利维亚乌尤尼盐沼(Salar de Uyuni)和智利阿塔卡马盐沼(Salar de Atacama)巨型锂矿床,前者的成矿时代为白垩纪至古近-新近纪,后者属第四纪。此外,在美国西部内华达山脉与落基山脉之间的大盆地区域内已查明有西尔斯湖、锡尔弗皮克等地下卤水型锂矿床,它们的成矿时代均为白垩纪至古近-新近纪。
阿塔卡马盐沼锂矿床位于安托法加斯塔以东200 km处,总面积3000 km2,盐核面积1400 km2。盐层总厚估计超过400 m。盐层顶部30 m以内呈多孔状,其中充满富锂的卤水。该矿床是目前世界最大锂产品原料基地之一,除提取锂之外,还从卤水中提取钾。
中国盐湖锂资源主要分布于青藏高原中的盐湖中。卤水类型有碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型3种,目前主要开发的是碳酸盐型和硫酸盐型。中国独有的优质碳酸盐型锂资源主要集中于西藏羌塘中部,即冈底斯板块中北部,那曲—师泉河公路南侧;硫酸盐型锂资源主要分布于柴达木盆地和藏北锂资源带的北侧;氯化物型盐湖锂资源主要分布于藏北无人区和青海可可西里地区(郑绵平等,2007)。
一般理解的卤水锂矿指的是南美的可地表开采的盐湖型锂矿,但近年来国际上尤其是美国不断强化深部卤水型锂矿的找矿工作,内华达也已经成为一个找矿热点地区,那里在1977年施工的USGS钻孔(CV-5) 深度仅为146 m(479 ft),钻遇的地下卤水含锂24×10-6~110×10-6。2016年12月21日,Advantage Lithium Corp.宣布,在内华达Clayton Valley一带钻获富锂热卤水,深度209.23~596.92 m,锂含量达243.66 mg/L,远高于1977年钻遇的卤水中的锂含量。这一新发现又进一步激发了全球对于寻找深部含锂热卤水的热情。
除了深部卤水找锂之外,在南美,2016年智利列出15个具有潜力的盐滩在全世界范围“招投标”,Pujsa盐湖也是其中之一,预计锂浓度为220 mg/L至620 mg/L。2016年9月,阿根廷卡塔马卡省的矿业和环境部门批准了Neo Lithium的环境报告和Tres Quebradas(3Q)项目的工作计划,允许公司进入勘探阶段,建造并运行试验蒸发池,建设必要的实验室以及永久和半永久的营地。
伟晶岩型锂矿
这类矿床的分布比较广泛,主要产在古老结晶地盾、地块等相对稳定的地质构造单元中,成矿时代以前寒武纪为主,少数形成于早古生代。含矿伟晶岩可分为带状构造伟晶岩和无带状构造伟晶岩两大类。
(1) 带状构造伟晶岩锂矿床。该类矿床的矿物成分复杂,除含有大量锂辉石、透锂长石、锂云母、锂霞石和磷铝锂石等矿物之外,还常含有少量可综合利用的绿柱石、铌钽铁矿、锡石、铯榴石等多种稀有金属矿物。这类矿床中锂辉石含量约为20%,晶体粗大,最大长度可超过14 m,是目前优质低铁锂辉石精矿的主要来源(如澳大利亚的格林布希斯锂矿)。
(2) 无带状构造伟晶岩矿床。此类矿床的伟晶岩体基本是单相均质岩体,由钠长石、微斜长石、石英、白云母和锂辉石组成,少量矿物有绿柱石、锡石和钽铌矿物。锂辉石分布均匀,其含量可占岩体总量的25%,是伟晶岩型锂辉石的重要来源。这类锂矿床通常是独立的锂矿床,或者是伴有少量铍和钽的锂矿床。美国北卡罗来纳州“锡石-锂辉石”带的金斯山矿床和贝瑟默城矿床可作为典型代表。中国的锂辉石型锂矿床主要分布在新疆、四川、福建和陕西东秦岭等省(区),包括新疆可可托海、柯鲁木特锂铍铌钽矿床,四川甲基卡、可尔因、扎乌龙锂铍铌钽矿床和福建南平铌钽锂矿床。此类矿床的共性是多种稀有金属共生。不同的历史时期偏重于开采某种矿床。例如新疆可可托海和柯鲁木特等稀有金属矿床在早期以开采铍资源为主,近年来逐渐偏重于锂资源的开发利用。
伟晶岩型锂矿由于分布范围不像卤水型锂矿那样局限于少数几个盆地,因而引起了全世界的勘查兴趣,勘查新进展也很多。如西澳皮尔甘古拉矿田(Pilgangoora)这个世界级的伟晶岩型锂矿田,具有埋深浅、矿体厚、高品位的特点,侵位于太古宇皮尔巴拉克拉通绿岩带内,2016年7月资料显示该矿田的总资源量达12860万t,Li2O平均品位为1.22%。欧洲也掀起了找锂矿的热潮,据国土资源部发布的矿业信息显示,2015年2月,欧洲金属控股公司宣布其锡诺维克项目的推测矿石资源量为5.148亿t,Li2O平均品位为0.43%,即Li2O资源量为221.36万t,碳酸锂当量为700万t,因此也使该项目一跃成为世界级锂矿床。近日,该项目最新完成17个钻孔,并升级了资源量,再次传来捷报。锡诺维克项目最新计算的矿石资源量为6.565亿t,Li2O品位0.43%,锡品位0.04%。
沉积型锂矿床
广义的沉积型锂矿床一般指的是产于沉积岩中的、尚不具备独立工业开采而具有市场竞争价值的锂矿床,包括产于铝土矿、煤矿、高岭土矿床中可作为伴生矿产利用的矿床,一般含量不高、赋存状态不清楚或者往往没有独立矿物而是赋存在黏土矿物晶格中,难以经济有效地开发利用,但由于其资源总量非常大而引起了高度重视,尤其是对一些经济效益不高的大宗矿产类矿山企业,一些实现了技术突破,必将引领产业的新发展。如,贵州大竹园铝土矿区Li2O含量可大于0.50%、可以独立开采的锂矿本身也是铝土矿(王登红等,2013);而Li2O含量大于0.05%,可以作为伴生矿产综合利用的锂资源,既可以出现在铝土矿中,也可以出现在低品级的铝土岩中,还可以出现在黏土岩中。
值得重视的是,自从在塞尔维亚贾达尔盆地发现Jadarite (羟硼硅钠锂石)含锂新矿物之后,沉积型锂矿有了新的含义,即具备了独立开采的可能性。由于羟硼硅钠锂石是一种含硼锂硅酸盐矿物,同时含硼和锂,是世界少见的一种矿物中能够同时开发硼和锂两种重要资源的特殊矿物,其中Li2O的含量也达到7.3%,与锂辉石相似。目前贾达尔推断的矿石量至少11460万t,Li2O含量为1.8%(即Li2O资源量可达206万t)。矿体产于中新统湖相沉积岩中,凝灰岩层、低电阻率、重力异常低可作为找矿标志,而选矿和化工处理流程又比较简单,因而羟硼硅钠锂石新矿物的发现及贾达尔锂硼矿的勘探也推动了东欧及世界其他地区寻找沉积型新类型锂矿的找矿热潮(赵元艺等,2015)。
黏土型锂矿床
富锂黏土主要是富含锂皂石、皂石和斯皂石的黏土。已知在美国西部的锂皂石黏土中蕴藏有巨大数量的锂资源。美国在20世纪70年代就可以把古风化壳黏土岩中75%的锂提取出来。中国华北煤矿分布区的石炭系本溪组中的黏土矿分布也十分广泛,是中国重要的耐火材料原料基地,河南焦作、山西运城等地的黏土矿、铝土矿及其围岩——黏土岩普遍含锂,氧化锂含量远远超过《矿产工业要求参考手册》中对西南某含锂镓铝土矿床的锂的要求。此类矿床的资源量往往可以达到超大型规模而备受关注,如,2016年1月6日,加拿大阿里克斯资源公司宣布在墨西哥塔克洛特(Tecolote)发现了富含锂的黏土层(黏土型锂矿),推测资源量为4330万t,锂平均品位0.3005%。塔克洛特锂矿化区发育在古近-新近纪渐新世到中新世的流纹质凝灰岩、熔结凝灰岩区和火山角砾岩区,矿体由一系列含锂的黏土层组成。上层含锂矿物主要是锂皂石,下层含锂矿物是多硅锂云母。
下面着重举一个实例:在第一轮十年(2010年-2020年)的地质找矿突破行动中,四川省地质调查院的地质工作者们创新找矿思维,构建了“岩浆-变形-变质-成矿”四位一体成矿理论,获得了巨大的突破,成功发现了康定市甲基卡大型锂矿,为硬岩型锂矿,属于富锂辉石细粒碱性花岗岩型锂矿,全脉矿化。