新疆滴水銅礦石工藝礦物學(xué)研究

時文革 鞏恩普 姚玉增 張永利 李子涵

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽110819;2.山東招金集團(tuán)有限公司，山東 招遠(yuǎn)265400)

硫化銅礦是銅資源存在的主要形式，占世界總銅儲量的85%以上，其中又以斑巖型硫化銅礦床最為普遍，目前為世界提供了50%以上的金屬銅［1］。隨著高品位硫化銅礦資源的日益減少，加強(qiáng)氧化銅礦石的開發(fā)利用研究對資源的綜合利用具有重大意義［2］。

新疆滴水銅礦是典型的氧化型銅礦，位于拜城縣境內(nèi)，屬河湖相陸源碎屑沉積型砂巖銅礦床。始采于清末，為新疆境內(nèi)發(fā)現(xiàn)最早、規(guī)模較大的同類型銅礦床。礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于塔里木盆地北緣，拜城—庫車新生代盆地、銅礦山背斜北翼，地質(zhì)構(gòu)造背景簡單。區(qū)域范圍內(nèi)地層較為簡單，以新生代沉積地層為主，后在喜山期發(fā)生了褶皺變形，基本沒有發(fā)生變質(zhì)作用，另外，區(qū)內(nèi)沒有巖漿侵入活動。滴水銅礦產(chǎn)于新近系康村組一套碎屑巖中，主要含礦層位有3 個，即A層、B 層和C 層。3 個含礦層位間相隔距離穩(wěn)定，其中A 層礦體位于礦區(qū)最下部，規(guī)模較小，礦體連續(xù)性相對較差;B 層礦體控制長度2 000 余m，品位與厚度變化較小;C 層礦體連續(xù)性稍差，控制長度5 000余m，品位與厚度穩(wěn)定，是礦床的主要工業(yè)礦體。

長期以來，對新疆滴水銅礦床的研究程度較低，對礦石性質(zhì)缺乏深刻的認(rèn)識，浮選工藝的優(yōu)化與發(fā)展缺乏工藝礦物學(xué)基礎(chǔ)［3-5］，因而影響了浮選指標(biāo)的進(jìn)步。本研究旨在查明礦石的工藝礦物學(xué)性質(zhì)，為科學(xué)利用滴水銅礦資源提供理論依據(jù)。

1 礦石的成分分析

滴水銅礦石銅品位較低，氧化率、含泥量、鈣鎂含量均較高，屬于堿性脈石低品位氧化銅礦石。礦石中的銅礦物種類繁多，有孔雀石、赤銅礦、硅孔雀石、黑銅礦、藍(lán)銅礦、銅藍(lán)、氯銅礦、自然銅、輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦等，其他主要金屬礦物有褐鐵礦、赤鐵礦以及少量的磁鐵礦等;脈石礦物主要有石英(燧石)、斜長石、微斜長石、條紋長石、黑云母、方解石、綠泥石、綠簾石等。礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要金屬礦物組成見表2，主要非金屬礦物組成見表3。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical composition analysis of the ore %

表2 礦石主要金屬礦物組成Table 2 Main metallic mineral composition of the ore %

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石的結(jié)構(gòu)

(1)砂狀結(jié)構(gòu)。礦石中的黃銅礦、石英、斜長石、微斜長石、綠簾石等以砂狀分布于礦石中，粒度在0.35 ～0.20 mm，見圖1。

表3 礦石主要脈石礦物組成Table 3 Main gangue mineral composition of the ore %

圖1 砂狀結(jié)構(gòu)礦石Fig.1 Sandy structure of the ore

(2)泥狀結(jié)構(gòu)。黏土礦物、方解石、絹云母、微晶石英、斜長石、微斜長石等顆粒細(xì)小，成泥狀分布于礦石中，粒度小于0.004 mm，見圖2。

圖2 泥狀結(jié)構(gòu)礦石Fig.2 Pelitic structure of the ore

(3)棱角狀結(jié)構(gòu)。石英、斜長石、微斜長石、方解石等礦物顆粒為棱角狀分布于礦石中，見圖3。

圖3 棱角狀結(jié)構(gòu)礦石Fig.3 Angular structure of the ore

(4)交代溶蝕結(jié)構(gòu)。礦石中斜長石、微斜長石、方解石等礦物有被溶蝕的現(xiàn)象，構(gòu)成交代溶蝕結(jié)構(gòu)，見圖4。

(5)纖維狀結(jié)構(gòu)。礦石中綠泥石、黑云母呈束狀分布，構(gòu)成纖維狀、束狀結(jié)構(gòu)。

圖4 交代溶蝕結(jié)構(gòu)礦石Fig.4 Metasomatic structure of the ore

(6)皮殼狀結(jié)構(gòu)。礦石中孔雀石、硅孔雀石等呈皮殼狀分布，構(gòu)成皮殼狀結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石的構(gòu)造

礦石的構(gòu)造類型主要有浸染狀、條帶狀、塊狀、網(wǎng)紋狀、膠狀、充填狀、層狀和粒狀構(gòu)造。其中部分藍(lán)銅礦、赤銅礦等礦物顆粒呈浸染狀分布于礦石中，構(gòu)成浸染狀構(gòu)造;部分孔雀石、硅孔雀石、藍(lán)銅礦等礦物顆粒呈條帶狀、塊狀、網(wǎng)紋狀分布于礦石中，構(gòu)成條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、網(wǎng)紋狀構(gòu)造;部分孔雀石、硅孔雀石等礦物顆粒呈膠狀、充填狀分布于礦石和礦石裂隙中，構(gòu)成膠狀、充填狀構(gòu)造;部分孔雀石、硅孔雀石與脈石礦物顆粒充填于礦石的裂隙中，構(gòu)成充填狀構(gòu)造;礦石中普遍可見金屬硫化礦物的自形晶結(jié)構(gòu)、半自形晶結(jié)構(gòu)及他形晶粒狀結(jié)構(gòu)。

3 主要礦物的相態(tài)及嵌布特征［6-7］

3.1 銅礦物

3.1.1 孔雀石

孔雀石的粒度為1 ～0.05 mm，呈膠狀分布，見圖5，也有時呈膜狀分布于礦石的面上，厚度1 ～0.05 mm，有的孔雀石中混入有少量的褐鐵礦。

圖5 礦石中的膠狀孔雀石Fig.5 Malachite in the ore

3.1.2 赤銅礦

赤銅礦在礦石中比較常見，主要呈微細(xì)粒、土狀集合體，往往賦存在砂巖或泥灰?guī)r的膠結(jié)物中，也有充填在礦石的裂隙中，常與褐鐵礦伴生，見圖6。赤銅礦有時與孔雀石交生，形成銅礦物集合體，粒度在0.8 ～0.05 mm。

圖6 礦石中的赤銅礦Fig.6 Cuprite in the ore

3.1.3 硅孔雀石

硅孔雀石是礦石中分布較廣的銅礦物，主要賦存在薄層泥灰?guī)r的膠結(jié)物中，常呈微片狀集合體，有的硅孔雀石與孔雀石、黏土類礦物、碳質(zhì)密切共生。

3.1.4 藍(lán)銅礦

礦石中藍(lán)銅礦多為浸染狀、土狀或皮殼狀等，有時藍(lán)銅礦呈藍(lán)色圓斑狀，一般直徑在1 ～5 mm，大者可達(dá)15 mm，分布在泥灰?guī)r或粉砂質(zhì)頁巖的層面上。

3.1.5 黑銅礦

黑銅礦呈黑色粒狀、圓斑狀分布在薄層狀泥灰?guī)r或頁巖的層面上，一般直徑在0.01 ～0.2 mm，大者可達(dá)10 mm，與銅藍(lán)、孔雀石等礦物共生或伴生。

3.1.6 銅藍(lán)

銅藍(lán)屬少見礦物，呈浸染狀分布于礦石的裂隙中，為粉末狀、微鱗片狀集合體，呈薄膜狀分布于泥灰?guī)r中，見圖7，偶見與赤銅礦連生。

圖7 礦石中的銅藍(lán)Fig.7 Covellite in the ore

3.1.7 輝銅礦

礦石中的輝銅礦主要呈浸染狀分布，或呈粒狀、浸染狀分布在雜色鈣質(zhì)砂巖和細(xì)粒砂巖及深灰色泥灰?guī)r中，見圖8，礦物顆粒大小與砂巖的粒級大小成正相關(guān)，一般在0.2 ～0.005 mm。

3.1.8 斑銅礦

斑銅礦數(shù)量較少，多呈星點狀、粒狀、浸染狀分布在雜色鈣質(zhì)砂巖和細(xì)粒砂巖及深灰色泥灰?guī)r中，見圖9 顆粒微小，一般在0.001 ～0.01 mm。

3.1.9 黃銅礦

圖8 礦石中的輝銅礦Fig.8 Chalcocite in the ore

圖9 礦石中的斑銅礦(Bn)Fig.9 Bornite of in the ore

黃銅礦數(shù)量極少，呈星點狀分布在雜色不等粒砂巖和灰綠色中—細(xì)粒砂巖中，粒度＜0.01 mm，是礦石的原生硫化物。

3.1.10 自然銅

次生自然銅較為純凈，常出現(xiàn)在氧化帶中，見圖10。

圖10 礦石中的自然銅Fig.10 Metallic copper in the ore

3.2 脈石礦物

3.2.1 石 英

石英是礦石中的主要脈石礦物，為棱角狀、次棱角狀細(xì)小集合體顆粒，嵌布粒度最小為0.03 mm，最大為2 mm，一般為0.5 ～0.08 mm，見圖11。

圖11 礦石的石英Fig.11 Quartz in the ore

3.2.2 斜長石和微斜長石

斜長石是礦石中的主要脈石礦物，為棱角狀、次棱角狀，嵌布粒度最小為0.03 mm，最大為2 mm，一般為0.3 ～0.08 mm;微斜長石為棱角狀、次棱角狀，嵌布粒度最小為0.01 mm，最大為1.5 mm，一般為0.1 ～0.06 mm。

3.2.3 方解石(白云石)

方解石(白云石)是區(qū)內(nèi)最常見的脈石礦物，呈棱角狀、次棱角狀，在有的礦石中為基底，在有的礦石中為碎屑顆粒膠結(jié)物，嵌布粒度最小為0.01 mm(為泥狀)，最大為2 mm，一般為0.2 ～0.01 mm，見圖12。

圖12 礦石的方解石Fig.12 Calcite in the ore

3.2.4 綠泥石

綠泥石呈束狀、縷狀，集合體為放射狀，由黑云母蝕變而成，常常圍繞碎屑顆粒分布，嵌布粒度最小為0.01 mm，最大為2 mm，一般為0.5 ～0.05 mm。

3.2.5 黑云母

黑云母呈束狀、縷狀，集合體為放射狀，有的已經(jīng)綠泥石化，常常圍繞碎屑顆粒分布，嵌布粒度最小為0.01 mm，最大為2 mm，一般為0.5 ～0.05 mm。

3.2.6 黃鐵礦

砂巖、泥巖及泥灰?guī)r中有大量的球粒狀、草莓狀黃鐵礦集合體，該集合體一般由數(shù)十個，甚至數(shù)百個亞微米級黃鐵礦晶體或微晶體組成，見圖13。草莓狀黃鐵礦有浸染狀、團(tuán)塊狀，也有沿裂隙充填狀產(chǎn)出的，特殊集合體形態(tài)是其獨特形成環(huán)境的反映［8］，有時莓群黃鐵礦集合體被視為層控銅礦的重要標(biāo)志之一。

圖13 團(tuán)塊狀草莓狀黃鐵礦Fig.13 Massive strawberry pyrite

4 結(jié) 論

(1)新疆滴水銅礦石中銅礦物種類繁多，以氧化銅礦物為主，約占總銅的83%以上，硫化銅及自然銅不足總銅的17%。主要含銅礦物有孔雀石、赤銅礦、硅孔雀石、黑銅礦、藍(lán)銅礦、銅藍(lán)、輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦等。

(2)礦石中的脈石礦物種類也較豐富，主要有石英(燧石)、斜長石、微斜長石、條紋長石、黑云母，方解石蝕變礦物主要有綠泥石、綠簾石等。

(3)礦石的主要結(jié)構(gòu)形式有砂狀結(jié)構(gòu)、泥狀結(jié)構(gòu)、棱角狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、束狀結(jié)構(gòu)和皮殼狀結(jié)構(gòu);主要構(gòu)造形式有層狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、網(wǎng)紋狀構(gòu)造等。

(4)各種銅礦物嵌布特征差異較大，且嵌布粒度粗細(xì)不均，最小粒僅為0.001 mm，最大粒一般為1 mm 左右，有的甚至達(dá)15 mm。

(5)草莓狀黃鐵礦集合體形態(tài)是礦石獨特形成環(huán)境的反映。

［1］ Cooke D R，Hollings P，Walshe J I.Giant porphyry deposits:characteristics，distribution，and tectonic controls［J］.Economic Geology，2005，l00:801-808.

［2］ 馮 寧.難選氧化銅礦石選礦技術(shù)研究及應(yīng)用［J］. 現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2):174-181.

Feng Ning.Study and application of flotation technology of refractory oxide copper ore［J］.Modern Mining，2014(2):174-181.

［3］ 陳建華，王進(jìn)明，龍賢灝，等. 硫化銅礦物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究［J］. 中南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，42(12):3612-3617.

Chen Jianhua，Wang Jinming，Long Xianhao，et al. First principle theory on electronic structure of copper sulfides［J］.Journal of Central South University:Science and Technology，2011，42(12):3612-3617.

［4］ 許志華.銅工藝礦物學(xué)［J］. 廣東有色金屬學(xué)報，1999，9(1):1-8.

Xu Zhihua.Technological mineral of copper［J］. Journal of Guangdong Non-ferrous Metal，1999，9(1):1-8.

［5］ Yang Hongying，Wang Sihui，Song Xiangling，et al. Gold occurrence of Jiaojia Gold Mine in Shandong Province［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2011，21(9):2072-2077.

［6］ 徐曉軍. 硅孔雀石結(jié)構(gòu)特性和浮選方法［J］. 云南冶金，1990(1):12-15.

Xu Xiaojun. The texture characteristics of chrysocolla and flotation method［J］.Yuannan Metallurgy，1990(1):12-15.

［7］ 葉 霖，劉鐵庚. 新疆氯銅礦的發(fā)現(xiàn)及其意義［J］. 礦物學(xué)報，1997，17(1 ):78-81.

Ye Lin，Liu Tiegeng.The discovery of atacamite in Xinjiang and its significance［J］.Acta Mineralogica Sinica，1997，17(1):78-81.

［8］ 陳建平，王成善，唐菊興，等. 西藏玉龍銅礦床次生氧化富集作用機(jī)制［J］.地質(zhì)學(xué)報，1998，72(2):153-161.

Chen Jianping，Wang Chengshan，Tang Juxing，et al. Mechanism of secondary oxidation and enrichment in the Yulong Copper Deposit，Xizang［J］.Acta Geologica Sinica，1998，72(2):153-161.