鏡鐵山礦區(qū)某銅礦工藝礦物學(xué)研究

趙 熙 劉東泉 周立波 李文博

（東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819）

銅是人類最先利用的金屬之一，最早的應(yīng)用可追朔到六、七千年前，商周時期我國便可熟練鑄造青銅器［1］。進入現(xiàn)代之后，銅由于其優(yōu)良的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，需求量與日俱增，銅資源消耗量巨大［2］。美國地質(zhì)調(diào)查局2017年的數(shù)據(jù)顯示，全球銅儲量約為7.9億t，我國僅占3.4%，銅資源相對稀缺且分布不均，主要分布在江西、內(nèi)蒙古、云南、西藏、甘肅等地區(qū)［3-6］。甘肅鏡鐵山鐵銅礦床作為西部地區(qū)重要的鐵銅礦床，賦存于薊縣系鏡鐵山群內(nèi)，整個礦體呈向斜構(gòu)造，空間結(jié)構(gòu)上為“上鐵下銅”模式，從其成礦年代、圍巖特征、礦物成分等可推斷其為同生海底噴流沉積的鐵銅共生礦床［7-10］。鏡鐵山鐵銅礦可分為樺樹溝和黑溝2個礦區(qū)，分別采取地下開采和露天開采的作業(yè)方式，黑溝礦區(qū)位于樺樹溝礦區(qū)東南側(cè)，2個礦區(qū)距離2.3 km，開采運輸條件優(yōu)越，投資成本較少，具有廣闊的開發(fā)前景［11-12］。

系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究可以探明礦石中元素的賦存形式及礦物之間的共生關(guān)系，對于礦石的高效分選具有重大意義，工藝礦物學(xué)研究的檢測手段主要包括化學(xué)分析、X射線衍射、篩分分析、顯微鏡檢測等［13-15］。為充分了解鏡鐵山礦區(qū)某銅礦石性質(zhì)，開展了化學(xué)組成、礦物組成、礦物粒度特征和主要礦物嵌布特征等方面的研究，為后續(xù)工藝流程的制定奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 礦石的化學(xué)組成及銅物相分析

1.1 礦石多元素分析

為確定礦石樣品中各成分含量，采用XRF對其進行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

注：Au、Ag的含量單位為g/t。

由表1可知，礦石中Cu、Fe、Ba的含量分別為0.60%、19.22%及5.33%，其余伴生稀貴金屬元素含量較少，不具有綜合回收價值；主要脈石成分SiO2含量為46.57%，Al2O3、MgO、CaO含量較少；S、P含量分別為3.08%和0.018%，有害元素As含量為0.011%。

1.2 銅物相分析

為了進一步查明礦石中主要回收成分銅的賦存狀態(tài)，對銅物相進行了化學(xué)物相分析，結(jié)果見表2。

由表2可知，礦石中銅主要以原生硫化銅的形式存在，分布率為79.73%，其次為次生硫化銅，分布率為16.61%，自由氧化銅和結(jié)合氧化銅含量較少。

2 礦石中礦物組成分析

為確定礦石中礦物組成情況，首先采用X射線衍射分析（XRD）檢測方法對礦石的礦物組成進行了定性分析，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，礦石中主要脈石礦物為石英和絹云母，有用礦物為黃銅礦、黃鐵礦、重晶石、赤鐵礦及磁鐵礦。

進一步對礦石光片和薄片進行光學(xué)顯微鏡鑒定，結(jié)果見表3。

由表3可知，礦石中金屬礦物主要有磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、黃銅礦及少量黝銅礦、斑銅礦和銳鈦礦等，銅礦物以黃銅礦為主，為主要回收銅礦物；非金屬礦物主要有石英、碳酸鹽礦物（含菱鐵礦）、重晶石、正長石和絹云母等。

3 主要礦物的工藝粒度

礦石中黃銅礦、磁鐵礦和赤鐵礦為主要回收礦物，對其進行工藝粒度測定，結(jié)果見表4。

由表4可知：①74.10%的黃銅礦工藝粒度大于0.075 mm，61.55%的黃銅礦工藝粒度大于0.15 mm，12.05%的黃銅礦工藝粒度小于0.037 mm，可見黃銅礦的粒度不均勻，中粗粒嵌布為主，呈兩極分化的特征；②58.59%的磁鐵礦工藝粒度大于0.075 mm，19.33%的磁鐵礦工藝粒度小于0.037 mm，可見磁鐵礦以中粒嵌布為主，細粒級磁鐵礦含量較高；③赤鐵礦未見有大于0.15 mm的顆粒，3.29%的赤鐵礦工藝粒度大于0.075 mm，73.14%的赤鐵礦工藝粒度小于0.037 mm，可見赤鐵礦以微細粒嵌布為主，極難單體解離?？紤]到選礦時主要分選礦物為黃銅礦，因此可以從工藝粒度分析結(jié)果推測出，當磨礦細度為-0.075 mm占85%左右時，黃銅礦可達到單體解離。

4 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對選礦工藝有重要的影響。一般來說，礦石的構(gòu)造主要是指礦物及其集合體的空間分布特征，而結(jié)構(gòu)則主要是指礦物及集合體自身的形態(tài)特征。

通過對礦石標本觀察可知，該礦石主要呈浸染狀、團塊狀和網(wǎng)脈狀構(gòu)造。赤鐵礦和部分黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦以粗細不等的顆粒浸染嵌布在脈石礦物中，且無定向排列，呈浸染狀構(gòu)造；黃鐵礦、黃銅礦以硫化物集合體產(chǎn)出，磁鐵礦以粒狀集合體產(chǎn)出，構(gòu)成致密金屬礦物團塊，其中金屬礦物含量在80%以上，呈團塊狀構(gòu)造；部分黃銅礦以一組或幾組穿插在黃鐵礦和脈石的裂隙中，且有的彼此相切，呈網(wǎng)脈狀構(gòu)造。

結(jié)構(gòu)方面，主要表現(xiàn)為單礦物的自形—半自形—他形結(jié)構(gòu)及多種礦物的交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)等。赤鐵礦以自形針狀、片狀和薄板狀產(chǎn)出，結(jié)晶外形較完好，形成自形結(jié)構(gòu)；黃鐵礦和磁鐵礦則以半自形粒狀產(chǎn)出，顆粒晶體不完整，僅保持部分晶面完好；黃銅礦等以他形晶顆粒分布在脈石中，不具任何完好晶面；礦石中部分黃銅礦沿黃鐵礦的裂隙充填，形成填隙結(jié)構(gòu)；部分黃銅礦沿黃鐵礦的邊緣和裂隙進行交代，使其晶邊出現(xiàn)凹陷，呈港灣狀，形成交代結(jié)構(gòu)；亦有金屬礦物之間或金屬礦物與脈石礦物之間相互包裹，形成包含結(jié)構(gòu)。

5 原礦中主要礦物的嵌布特征

5.1 黃銅礦

黃銅礦為礦石中主要銅礦物，以他形粒狀產(chǎn)出，粒度不均勻，中粗粒黃銅礦含量較多。一部分黃銅礦充填在脈石礦物的粒間，在脈石中呈浸染狀分布，粗粒黃銅礦常包含細粒脈石礦物（圖2（a））；另一部分黃銅礦與黃鐵礦密切共生，充填在黃鐵礦粒間、裂隙和孔洞中，在黃鐵礦中呈網(wǎng)脈狀分布，有的黃銅礦包裹細粒黃鐵礦，并且黃銅礦沿接觸面交代黃鐵礦，二者常形成團塊狀的硫化物集合體（圖2（b））。

5.2 磁鐵礦

磁鐵礦多以自形、半自形粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出，呈浸染狀分布在脈石中，粒度細小，集合體顆粒較粗大，集合體顆粒中常包含細粒脈石礦物（圖3（a）），部分磁鐵礦發(fā)生氧化蝕變，被次生赤鐵礦交代（圖3（b））。

5.3 赤鐵礦

礦石中大部分赤鐵礦為原生赤鐵礦，主要以自形針狀、片狀、枝狀、鱗片狀和粒狀產(chǎn)出，少量赤鐵礦以粒狀、板狀集合體產(chǎn)出，在脈石中多呈稠密浸染狀分布，部分枝狀赤鐵礦呈定向排列（圖4（a））。赤鐵礦單晶顆粒粒度十分細小，較多屬微粒級，集合體顆粒略粗大。礦石中局部赤鐵礦粒間充填少量細粒黃銅礦，部分細微粒黃銅礦嵌布在粒狀赤鐵礦的孔洞中，并對赤鐵礦有交代現(xiàn)象，亦有少量針狀赤鐵礦與黃銅礦顆粒相互穿插（圖4（b））。

5.4 石英

石英多以自形—半自形粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出，粒度細小均勻，且多與重晶石、碳酸鹽礦物相互嵌布（圖5（a）），部分石英與碳酸鹽礦物一起呈脈狀充填在礦石的裂隙中，少量細粒石英嵌布在重晶石集合體中，部分圍巖中石英常嵌布在碳酸鹽礦物和絹云母中（圖5（b））。

5.5 碳酸鹽礦物

碳酸鹽礦物主要以粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出，粒度不均勻，在礦石中廣泛分布，碳酸鹽礦物多與石英、重晶石相互嵌布，部分細小顆粒嵌布在石英和重晶石中（圖6）；部分圍巖中碳酸鹽礦物與絹云母嵌布關(guān)系十分密切，二者相間嵌布，互有包裹（圖5（b））。

5.6 重晶石

重晶石主要以粗大板狀斑晶和細小的粒狀集合體產(chǎn)出，粒度粗大，多與石英、碳酸鹽礦物相互嵌布，集合體中常包含細粒石英和碳酸鹽礦物（圖6（b））。

5.7 絹云母

絹云母主要產(chǎn)于圍巖中，以細小的鱗片狀集合體產(chǎn)出，與碳酸鹽礦物、石英相互嵌布（圖5（b）），常見絹云母與碳酸鹽礦物相間排列，集合體中常分布細粒石英（圖7）。

6 結(jié)論

（1）該銅礦石中 Cu、Fe含量分別為 0.54%、19.22%，其余伴生稀貴金屬含量較少，脈石成分主要為SiO2，有害元素As含量較少；主要有用礦物為黃銅礦、黃鐵礦、重晶石、赤鐵礦及磁鐵礦，主要脈石礦物為石英和絹云母。

（2）主要金屬礦物黃銅礦的粒度分布不均勻，以中粗粒嵌布為主，呈兩極分化的特征；磁鐵礦以中粒嵌布為主，在細粒級中分布率較高；赤鐵礦以微細粒嵌布為主，極難單體解離。

（3）礦石中主要礦物嵌布特征復(fù)雜，黃銅礦部分充填在脈石礦物的粒間，且粗細粒間常相互包含；磁鐵礦多浸染狀分布在脈石中，部分發(fā)生氧化蝕變；赤鐵礦在脈石中多呈稠密浸染狀分布，局部赤鐵礦與黃銅礦之間有交代穿插現(xiàn)象。非金屬礦物石英、碳酸鹽礦物和重晶石常以集合體形式相互嵌布，充填在礦石裂隙中，絹云母常以細小的鱗片狀集合體產(chǎn)于部分圍巖中，與石英、碳酸鹽礦物等相間嵌布，互有包裹。

（4）黃銅礦與黃鐵礦之間的嵌布關(guān)系十分密切，黃銅礦呈細小的網(wǎng)脈狀充填在黃鐵礦的裂隙中，還有少量細粒狀黃銅礦充填在黃鐵礦的孔洞中，導(dǎo)致黃銅礦與黃鐵礦之間難以彼此解離，影響銅的回收。