锌的特性

锌是一种蓝白色有光泽的金属，化学符号为 Zn。它是地壳中含量第24丰富的元素，也是全球消费量第4广泛的金属，仅次于铁、铜和铝。在室温下，锌是一种略微脆性的金属，但在100 ° C ( 212 ° F) 时会变得具有延展性。锌和其他贱金属（例如铜和铅）通常一起存在于矿床中。表1列出了弗吉尼亚州已报告的一些重要的富锌矿物。

矿物名称	化学式	比重	铝含量%
闪锌矿	（锌、铁）硫	3 . 9 - 4 . 1克/立方厘米	67 。 1
菱锌矿	碳酸锌3	4 . 4 - 4 . 5克/立方厘米	52 。 15
异极矿	Zn 4 (Si 2 O 7 )(OH) 2 ·H 2 O	3 . 4 - 3 . 5克/立方厘米	58 。 16
纤锌矿	（锌、铁）硫	3 . 9 - 4 . 1克/立方厘米	67 。 1
水锌矿	锌5 （ CO 3 ） 2 （OH） 6	3 . 5 - 4 . 0克/立方厘米	59 。 56

表1 ：含锌元素的矿物

锌的用途

锌被视为国内冶金业的“关键矿物”。该元素是镀锌钢的重要组成部分，目前风力涡轮机、太阳能发电系统和电动汽车（EV）对镀锌钢的需求量很大。氧化锌广泛用于各种药物和营养补充剂，以及在称为硫化的化学过程中用于橡胶的制造。美国消耗的锌中约有四分之三被用作金属，主要用作保护钢铁免受腐蚀的涂层（镀锌金属）、用作制造青铜和黄铜的合金金属、用作锌基压铸合金以及用作压延锌。厚度仅为0 . 02毫米的薄层锌可以使钢材使用长达一个世纪甚至更久才需要维护。美国剩余的四分之一的锌以锌化合物的形式被消耗，主要用于橡胶、化学、油漆和农业行业。标准电极电位 (SEP) 为0 . 76V、锌用作电池的阳极材料。锌也是人类、动物和植物的必需营养元素；它是人体内自然存在的第二大微量金属，仅次于铁。根据精矿中所含的锌计算， 2021开采的锌的价值约为2至4亿美元（美国地质调查局矿产商品摘要， 2022 ）。

锌地质学

在地壳中，锌的丰度平均约为每百万75份 (ppm)，或约0 . 0075 %。其主要矿石矿物为闪锌矿，是一种硫化锌矿物，化学式为ZnS。闪锌矿存在于多种矿床类型中，包括沉积喷流型、密西西比河谷型（MVT）和火山成因块状硫化物矿床。当热液活动或接触变质作用使热的、酸性的、含锌的流体与碳酸盐岩接触时，就会形成许多可开采的闪锌矿矿床。在那里，闪锌矿可以沉积在矿脉、裂缝和空洞中，也可以沉积在交代矿床中。在这些矿床中，闪锌矿经常与方铅矿、白云石、方解石、黄铜矿、黄铁矿（和其他硫化物）、白铁矿和磁黄铁矿伴生。所有天然闪锌矿都含有各种浓度的杂质，这些杂质通常会取代晶格中阳离子位置的锌。最常见的阳离子杂质是镉、汞和锰，但镓、锗和铟也可能以相对较高的浓度存在（数百至数千 ppm）。锌的其他来源矿物包括菱锌矿（碳酸锌）、异极矿（硅酸锌）、纤锌矿（另一种硫化锌），有时还有水锌矿（碱式碳酸锌）。除纤锌矿外，所有其他矿物都是由原生硫化锌风化形成的。

在弗吉尼亚州，大多数地质省份都发现了锌源矿物（Dietrich， 1990 ）。据报道，蓝岭省以西的几乎所有县和皮埃蒙特省的许多县都发现了闪锌矿。所有弗吉尼亚州锌矿床中都含有微量的菱锌矿和异极矿（Dietrich， 1990 ；表1 ）。

矿物系统	存款类型	地质省
盆地盐水路径	密西西比河谷型（MVT）	山谷和山脊
火山海底	多金属硫化物	Piedmont
IOA-IOCG	多金属硫化物SRV（夕卡岩交代脉）	Blue Ridge
镁铁质岩浆	中大西洋岩浆省（CAMP）	中生代盆地
斑岩锡（与花岗岩有关）	云英石（锡、钨、铍、锌）	皮埃蒙特和蓝岭

表2 ：弗吉尼亚州的潜在锌矿物系统、矿床类型（Hofstra 和 Kreiner， 2020 ）和地质省

工业用锌

全世界范围内， 95 % 的锌是从硫化矿床中开采出来的，主要开采地点在中国、澳大利亚和秘鲁。据报道，全球锌资源约为1 . 9亿吨（美国地质调查局，《矿产商品摘要》， 2022 ）。2021年，美国在爱达荷州、密苏里州、纽约州、华盛顿州和田纳西州等五个州开采锌。在弗吉尼亚州，山谷和山脊、蓝岭、皮埃蒙特和中生代盆地省都有历史悠久的锌矿、矿藏和矿点。铁铜锌和铅锌铁重晶石通常出现在紧密平行的区域，重叠或沿走向延伸数英里，具有局部不同的金属组合。所有这些矿床似乎最初都是由富含金属的温盐水或海底温泉形成的，这些盐水或温泉沿着与裂谷系统或岛弧相关的裂缝或巨型裂缝流动。

山谷和山脊省

锌矿产于山谷和山脊省，为地层控制的密西西比河谷型 (MVT) 矿床，位于寒武纪的 Shady Dolomite 和奥陶纪的 Beekmantown 地层中。Shady Dolomite 和 Rome 组内的大部分矿床位于怀斯县和史密斯县。其中一些位于普拉斯基县和蒙哥马利县。Shady Dolomite 内最重要的锌铅矿床位于怀斯县的 Austinville-Ivanhoe 矿区。据估计，从1870年代到1981 ，该矿区的锌总产量超过1 . 3万短吨（Sweet 等人， 1989 ）。2020年，弗吉尼亚能源公司与美国地质调查局国家地质和地球物理数据保存计划 (NGGDPP) 合作，完成了对位于弗吉尼亚州奥斯汀维尔的新泽西锌公司历史采矿记录的存档工作。比克曼敦组内的矿床位于奥古斯塔县、罗金厄姆县和谢南多厄县。比克曼敦组内最重要的矿山是罗金厄姆县的鲍尔斯-坎贝尔矿（Sweet 等人， 1989 ）。

蓝岭省

蓝岭省的锌主要存在于两种矿床类型中：块状硫化物矿床和脉状矿床。锌是从卡罗尔县、格雷森县和弗洛伊德县 Gossan Lead 地区的层状和同生块状硫化锌和铜磁黄铁矿矿床中开采出来的。预计有2 . 0 %铁帽铅矿中的硫化物体中的锌。该矿床被林奇堡群（前寒武纪）阿什组的碎屑变沉积岩包裹。在罗克布里奇县和阿默斯特县的爱尔兰溪-扬基马岭-巴克山区，与花岗岩类岩体相关的矿脉和云英岩中发现了少量的锌、铅和铜矿物。

皮埃蒙特省

在皮埃蒙特省，人们已从寒武纪乔帕瓦姆组和塔河变质岩套中的局部块状硫化物透镜体中开采出锌。乔帕瓦姆西克地层从东北向西南延伸110英里，横跨弗吉尼亚州中部地区，涵盖路易莎县至白金汉县。这些金属以高度局部化的简单硫化物富集形式存在于石英脉中，以地层控制的矿床形式存在于裂缝中，以地层控制的浸染体形式存在于裂缝中（Sweet 等人， 1989 ）。黄铁矿块状硫化物透镜体中存在高度局部化的简单硫化物富集，并含有少量的铅。

在弗吉尼亚州中北部乔帕瓦姆西克组的中性、长英质变质火山岩和金黄铁矿带中也发现了铜、铅和锌。这些硫化物矿体可能含有超过10万吨的黄铁矿、铜、铅和锌，位于路易莎县矿产区（Pavlides 等人， 1982 ）。在白金汉县的安德森维尔地区，勘探钻探发现了一组与乔帕瓦姆西克组含铁石英岩有关的硫化物矿化带。其中两个区域的 Zn 含量为4 . 68 % 和4 . 87 %，具有巨大的未来勘探潜力 (Young, 1981 ; Sweet 等人, 2016 )。

中生代盆地

历史上，中生代库尔佩珀盆地曾发生过铅锌开采活动，该盆地位于皮埃蒙特省北部，主要分布在奥兰治县和威廉王子县。库尔佩珀盆地的锌矿出现可能与1 ) 玄武岩进料堤坝和岩床附近的接触交代晕， 2 ) 由迁移的富金属原生盐水和有机质沉淀形成的层控矿床，以及3 ) 与中生代盆地沉积有关的同生堆积体（Sweet 等人， 2016 ）。