杨瑞东，高军波，莫洪成
(1. 贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025;2.贵州大学 喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025)
钴是战略性紧缺矿产资源，是制造高温合金、硬质合金、磁性合金和含钴化合物的重要原料，被广泛应用于国防、原子能、航天、电子、锂电池等工业，以及高温磁性合金等高科技领域，特别是近年来随着新能源汽车产业的蓬勃发展，带动了上游电池材料需求量迅速猛增，从而引起全球范围钴资源需求量的激增，进一步凸显了钴在国民经济和社会发展中特殊的战略意义。
根据中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布的《全球锂·钴·镍·锡·钾盐矿产资源储量评估报告(2021)》，截至2020年，我国钴矿资源量44万t，约占全球钴资源量的1.88%。可见，我国钴矿资源极为短缺，存在很大的安全供应风险。近年来，钴的需求快速增加。自2012年起，我国钴年产量约7 000 t，年消耗则达到2.5万t[1]，而仅2017年上半年我国消费钴就达2.5万t。
钴是一个典型的地幔型元素，具迁移能力强的特点，在地壳中主要呈分散状态。因此，钴除少量以独立矿床产出外，主要作为其他矿床的伴生金属产出。主要的原生含钴矿物包括硫铜钴矿、硫钴矿、镍黄铁矿、辉砷钴矿、镍辉砷钴矿、钴辉砷镍矿、块硫镍钴矿、辉钴矿、钴硫砷铁矿、斜方砷钴矿、方钴矿、黄铁矿和磁黄铁矿等[2]。
富钴矿床的主要类型为沉积岩赋矿层控型Cu-Co矿床、风化型红土Ni-Co矿床、岩浆Cu-Ni硫化物矿床、黑色页岩赋矿型Ni-Cu-Zn-Co矿床、矽卡岩和交代型矿床、变质沉积岩型Co-Cu-Au矿床、铁氧化物铜金矿床(简称IOCG矿床)、火山岩块状硫化物Cu(Zn-Co-Ag-Au)矿床、脉状或热液交代矿床、密西西比河谷型铅锌矿(简称MVT型铅锌矿)、海底富Co的Fe-Mn结壳和结核。中国富钴矿床主要为岩浆铜镍硫化物型Ni-Cu-Co矿(甘肃金川)、红土型Ni-Co矿(云南元江—墨江)、变质沉积岩型Cu-Co矿(吉林白山市大横路)、沉积岩赋矿层控型Cu-Co矿(辽宁营口市周家)、火山岩块状硫化物型Cu-Co-Zn矿(青海省玛沁县德尔尼)、铁氧化物Cu(Au)-Co矿床(海南石碌)、热水喷流Co-Au矿(青海省格尔木市驼路沟)、矽卡岩型Fe-Cu(-Co)矿(湖北省黄石市大冶铁山)[2]。
截至2018年，贵州累计查明伴生钴资源量207 t，其中，纳雍水东—中寨钼矿伴生钴资源量118 t，纳雍县水东兴旺铅锌钼多金属矿伴生钴资源量89 t。
贵州富钴矿床主要为Mo多金属矿伴生钴矿、Pb-Zn-Co硫化物矿床、沉积钴锰矿、风化型钴矿(峨眉山玄武岩风化壳钴结核、板溪群变质岩风化壳钴矿)。下面对各类型富钴矿床进行论述。
密西西比河谷型铅锌矿床中也发育有钴元素的显著富集甚至成矿。常见的含钴矿物有硫铜钴矿、硫镍钴矿等。贵州西北部、东北部发育有大量规模不等的铅锌矿床，但目前发现富含钴的铅锌矿床主要以纳雍水东铅锌矿床最具代表性。该Pb-Zn-Co硫化物矿床中金属矿物主要以闪锌矿为主，约占金属矿物的65%，其次为方铅矿和黄铁矿，约占金属矿物的20%和10%。除此之外还有辉铜矿、黄铜矿和黝铜矿，含量不到1%。金属矿物以闪锌矿-方铅矿-黄铁矿组合较为普遍，其次为闪锌矿-辉铜矿-黄铁矿，闪锌矿-黄铁矿-黄铜矿，闪锌矿-黄铁矿，闪锌矿-方铅矿，黄铁矿-黝铜矿等共生组合[4]。铅锌矿中，钴为伴生资源，其品位0.01%～0.023%，平均品位0.018%，纳雍水东—中寨伴生钴118 t[3]。
沉积型钴锰矿仅发现3处矿点，分别是石阡中坝、黔西太来和兴义市乌沙赵家沟。石阡县中坝乡钴锰矿点，该钴锰矿于20世纪80年代由贵州冶金地质一队(现贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队)在石阡一带开展矿产调查工作时被首先发现。含矿地层为震旦系陡山沱组底部白云岩的氧化带，目前共发现有3个钴锰矿体，矿体主要呈透镜状产出。矿体厚度介于1～4 m不等。矿石类型以含钴锰白云岩为主，其次为含钴锰黏土岩。含钴0.01%～0.19%，平均0.036 9%，估算钴金属资源量26.45 t。黔西太来钴锰矿点，含矿地层为二叠系乐平煤系与茅口灰岩之间的白泥塘层，为沉积型锰铁矿中的伴生钴、镍矿，有5个钴锰矿体，其中1号矿体厚0.60～3.61 m，平均2.09 m，钴品位0.026%～0.289%，平均0.143%；
2号矿体厚0.30～3.60 m，平均1.80 m，钴品位0.026%～0.069%，平均0.047%；
3号矿体厚0.50～7.00 m，平均3.81 m，钴品位0.041%～0.132%，平均0.075%；
4号矿体厚0.20～1.95 m，平均0.71 m，钴品位0.020%～0.168%，平均0.059 7%；
5号矿体厚0.40～6.30 m，平均2.03 m，钴品位0.071%～0.298%，平均0.140%。总计估算钴、镍矿石量1 000 t。兴义市赵家沟钴锰矿点，含矿围岩为三叠系法郎组底部灰—深灰色灰岩，矿体似层状、透镜状产出，产状与围岩一致，钴品位0.025%～0.131%，最高达0.37%，钴锰质结核品位0.022%～0.044%；
矿体2个，1号矿体长129.3 m，厚度小于2 m，平均含钴0.025%～0.040%；
2号矿体长60 m，厚度小于2.06 m，平均含钴0.007%～0.013%；
矿石Co、V、Mo、Ni、Hg等可综合利用，钴矿远景储量38.6 t[3]。
风化型钴矿床分为风化残积型和风化淋滤型两种成因类型。前者与峨眉山玄武岩关系密切，主要分布于贵州西部玄武岩分布区；
后者分布零星，主要是由新元古代变质岩风化淋漓形成，与原岩含钴元素的丰度有关。
4.1 风化残积型钴矿
峨眉山玄武岩风化残积型钴矿主要分布于黔西北峨眉山玄武岩分布区，即威宁、纳雍、赫章—毕节、水城龙场—杨梅等地。矿石含钴0.012%～7.340%，一般1%～3%，Ni 0.001%～0.052%。威宁凉水井钴矿为代表，钴品位0.401%～0.652%，钴金属量2.82 t。除此之外，水城县南部钴矿，品位0.012%～7.340%，一般1%～2%，估算钴金属储量11 t。
峨眉山玄武岩经长期强烈的风化和侵蚀作用形成富含铁、镍、钴的红土风化壳，主要富钴矿物是钴土矿、含镍钴土矿和含钴的铁氢氧化物，钴常常聚集在镍矿石或铁矿石中，在风化壳黏土岩中呈结核状、条带状产出(图1)。
峨眉山玄武岩风化壳富集稀土早就有深入研究[5-8]。贵州西部玄武岩具有高的稀土背景值，是稀土富集的重要基础。玄武岩经风化淋滤作用后，其稀土富集成矿受到地形地貌的控制，特别是在第四纪夷平面所形成的山岗、垄岗上的风化壳中发育稀土矿床。玄武岩第三亚段发育有富集Cu、Fe、Co及稀土元素的凝灰岩，因此，在寻找稀土矿、钴矿时应该在玄武岩第三亚段的风化壳中寻找。
玄武岩风化壳主要由高岭石、蒙脱石组成，风化壳黏土层中的Co，Ni，Cu含量较高(表1)。黏土岩稀土总量中RE2O3为 0.022%～0.220%，稀土以微细粒稀土矿物型为主，含少量的离子吸附稀土，稀土总量大部分超过离子型工业品位RE2O30.05%，其中0.1%的富矿体可采厚度大于1 m，其稀土含量多高于织金寒武系磷矿中的稀土量[5]。
注：(a)富钴脉状、结核状、条带状褐铁矿；
(b)富钴结核体；
(c)富钴褐铁矿；
(d)富钴结核体。图1 赫章野马川峨眉山玄武岩风化壳中钴矿(化)产出特征Fig.1 The cobalt mineralization of the Emei Basalt in Yemachuan, Hezhang
表1 贵州赫章野马川峨眉山玄武岩风化壳中 钴等元素含量(×10-6)Tab.1 The element contents of the basalt laterite in Yemachuan, Hezhang, Guizhou(×10-6)
通过对赫章野马川玄武岩风化壳剖面Co，Ni，Cu，Mo测试，Co含量大部分在20×10-6～60×10-6，个别样品达到451×10-6，达到工业品位。
4.2 风化淋滤型钴矿
新元代变质岩风化淋滤型钴矿主要分布在黔中清镇谷腊(图2)、黔东北沿河及黔东南等地。该类矿床含钴矿物来自上覆含钴地层，经风化淋积富集而成，矿体分布受地形地貌的控制，呈似层状、透镜状和巢状产出，矿石中含钴0.015%～0.058%，多数为0.02%～0.05%，并含镍、锰、铁等元素(表2)。其中沿河县谯家釉子土钴矿点，含钴0.071%～0.094%[3]。
表2 清镇谷腊板溪群风化淋漓形成钴土矿(化)微量元素组成特征(×10-6)Tab.2 The element contents of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou(×10-6)
注：(a)板溪群含铁钴砂岩；
(b)强风化淋漓粉砂岩，钴矿化；
(c)黑色钴锰土；
(d)条带状黑色钴锰土；
(e)土状褐色钴土；
(f)褐色含钴褐铁矿。图2 清镇板溪群风化淋漓作用形成的钴土矿特征Fig.2 The cobalt mineralization of the Banxi Group weathering crust in Qingzhen, Guizhou
从上述贵州钴矿(化)特征分析可以看出：铅锌矿中伴生钴资源值得重视，贵州黔北地区铅锌矿资源丰富，而且往往富含钴，应加强铅锌矿中钴矿成矿特征、成矿规律研究；
钼矿中伴生钴含量高，但钼矿规模较小，钴资源量不高；
钴锰矿中钴资源丰富，特别是贵州西部水城—黔西一线二叠系锰矿，是寻找钴锰矿的有利地区；
贵州东部石阡一带富钴锰矿床产出层位稳定，特别是陡山沱组底部风化白云岩是寻找富钴锰矿床的重要层位；
风化淋滤型钴矿分布较广泛，贵州西部玄武岩分布区、黔东南变质岩分布区，是寻找该类型钴矿的有利区域。