河南淅川石墨礦工藝礦物學(xué)研究

歐陽志軍，管俊芳，2，張凌燕，2，白麗麗，王長(zhǎng)拼，田晶晶

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

河南淅川石墨礦工藝礦物學(xué)研究

歐陽志軍1，管俊芳1，2，張凌燕1，2，白麗麗1，王長(zhǎng)拼1，田晶晶1

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

摘要：采用X射線衍射分析、X射線熒光分析、偏光顯微鏡分析等測(cè)試手段對(duì)淅川縣五個(gè)不同礦點(diǎn)的石墨礦進(jìn)行系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究。結(jié)果表明該地石墨礦石固定碳含量11%左右，雜質(zhì)成分以SiO2、Al2O3為主。目的礦物是石墨，含量10%左右，脈石礦物以石英、白云母為主，含量分別約為40%、25%，石墨主要與石英、白云母相間分布。五個(gè)礦點(diǎn)可歸為兩類(1#、2#為第Ⅰ類，3#、4#和5#樣為Ⅱ類)，這兩類石墨片的粒度不同，要使石墨單體解離達(dá)到90%以上，磨礦細(xì)度分別需達(dá)到-0.0026mm、-0.013mm。綜合分析，該兩類石墨礦均屬于難選石墨礦，而第Ⅰ類(1#和2#樣)石墨礦比第Ⅱ類(3#、4#和5#樣)更加難選。

關(guān)鍵詞：河南淅川；石墨；工藝礦物學(xué)

河南省石墨礦的資源豐富，其儲(chǔ)量可排在全國(guó)第五，主要以晶質(zhì)石墨為主[1-2]。淅川縣是河南省主要的石墨礦分布地區(qū)之一，其中小徒嶺石墨礦就位于淅川縣[3]。淅川石墨礦礦體呈層狀，礦石類型以石墨片麻巖、石墨片巖透鏡體為主，呈灰黃至黑色，礦石固定碳含量平均8.1%，最高能達(dá)到14.51%[3-4]。

優(yōu)質(zhì)的石墨資源越來越少，石墨礦石的性質(zhì)逐漸往“貧、細(xì)、雜”的方向發(fā)展。對(duì)于石墨選礦的報(bào)道很多，而對(duì)于石墨礦石性質(zhì)方面的研究卻鮮有報(bào)道。本文針對(duì)淅川縣石墨礦石進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，目的是為該類石墨礦的選礦試驗(yàn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1礦樣和測(cè)試儀器

礦樣：來自河南省淅川縣，取自五個(gè)不同礦點(diǎn)，依次編號(hào)為1#～5#。

測(cè)試儀器：D8Advance型X射線衍射儀，德國(guó)布魯克公司；Axiosadvanced型X射線熒光光譜儀，荷蘭PANalyticalB.V.Leica公司；DMLP透/反兩用偏光顯微鏡，德國(guó)萊卡公司。

2礦石的特征

肉眼觀察，礦石為片麻狀構(gòu)造，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，呈條帶狀分布，主要表現(xiàn)為富含石墨的條帶(深色條帶部分)與富含石英和白云母的條帶相間分布。

2.1礦石的化學(xué)成分

1#～5#礦樣的化學(xué)成分見表1。

表1　1#～5#礦樣化學(xué)成分分析/%

注：固定碳含量是依據(jù)國(guó)標(biāo)GB3521-2008測(cè)得，其他成分均由XRF分析所得。

由表1可知，1#～4#樣的固定碳含量11%左右，稍高于5#樣的8.07%，與之相對(duì)應(yīng)，1#～4#樣的燒失量為16%左右，稍高于5#樣的12.57%。五種礦樣的雜質(zhì)化學(xué)成分均以SiO2、Al2O3及TFe2O3、K2O為主。其中，3#和5#樣的SiO2含量61%左右，高于另外三種礦樣，其含量為55%左右；3#樣的Al2O3含量約13%，稍低于其它四種礦樣，其含量16%左右；1#、2#、3#樣的TFe2O3含量為2%～3%，低于4#和5#樣，其含量6%左右；1#、2#樣的MgO、Na2O、TiO2含量分別1.5%、1.2%、1.5%左右，稍高于3#、4#、5#樣，含量分別為0.8%左右、0.1%～0.4%、0.7%左右；2#、5#樣的CaO含量很低，約0.2%，1#、3#、4#樣的CaO含量為1%左右；1#、2#、3#樣的SO3含量0.6%左右，而4#、5#樣的SO3的含量只有0.1%～0.3%。

總之，1#和2#樣的化學(xué)成分比較類似，而3#、4#和5#樣的化學(xué)成分比較類似。

2.2礦石的礦物組成及特征

2.2.1顯微鏡下礦物特征

綜合肉眼觀察的礦石特征以及礦石的化學(xué)多元素分析，將1#、2#樣(第Ⅰ類)與3#、4#和5#樣(第Ⅱ類)分為兩類，因此，顯微鏡下礦物特征分為兩類來描述。

石墨(G)。第Ⅰ類：根據(jù)石墨的分布及大小，可將其分為三類：一是微細(xì)粒的鱗片石墨，呈定向排列(圖1)；二是長(zhǎng)條狀石墨繞過脈石定向排列(圖2)；三是片狀石墨(圖2)。石墨片徑最大為90μm，最小0.165μm，一般在3～10μm。。石墨含量12%左右。第Ⅱ類：根據(jù)石墨的形狀，可歸納為兩類：①片狀的石墨，石墨片長(zhǎng)徑最大約100μm，最小0.5μm，一般5～38μm。該類石墨多與白云母相鄰共生(圖3)；②是粒狀的石墨。該類石墨和白云母、石英相鄰共生(圖4)，石墨集合體粒徑最大50μm，最小0.5μm，一般25μm。兩個(gè)礦類的礦石，第一類的石墨分布廣，約占70%～80%，第二類占20%～30%左右。石墨在礦石中含量8%～11%。

石英(Q)。第Ⅰ類：根據(jù)石英集合體的單體分布的形式，可分為兩類：①透鏡狀分布或成脈狀的石英集合體，透鏡體由細(xì)粒石英的集合體組成(圖1)，石英單體一般大小10～39μm；②呈單體和石墨、白云母相間分布的石英(圖2、圖5)，該類石英一般大小10～25μm，礦石中以第一種含量居多。石英含量約35%。第Ⅱ類：不規(guī)則的粒狀～微細(xì)粒狀，石英微細(xì)粒集合體多呈透鏡狀，條帶狀分布(圖3)。石英單體粒度變化較大，最小0.5μm，最大0.5mm，一般粒度0.045～0.135mm。工藝粒度(集合體)一般0.050mm，石英多與白云母相鄰，少量與石墨相鄰。石英含量40%～50%。

白云母(M)。第Ⅰ類：微細(xì)的鱗片狀，條狀或片狀，一般1μm×15μm。根據(jù)白云母和其他礦物共生關(guān)系分為：①和石英相間分布的白云母(圖5)；②和石墨緊密相鄰的白云母(圖5)。白云母含量30%第Ⅱ類：片狀，礦石中的白云母片的大小不均，可歸納為兩類：①和片狀石墨平行連生或共生的片狀白云母(圖3)，這類白云母片徑大，一般50～100μm；②和石英密切共生的白云母(圖3)，片徑稍小，一般50～90μm。白云母含量22%～25%。

長(zhǎng)石(P)。第Ⅰ類：粒狀、淺褐色，最大80μm，最小8μm，一般50μm。由于強(qiáng)烈的蝕變作用，長(zhǎng)石已蝕變?yōu)楦邘X土或絹云母化，僅殘留長(zhǎng)石顆粒的輪廓(圖6)。長(zhǎng)石含量12%。第Ⅱ類：不規(guī)則的粒狀，大部分高嶺石化，少部分表面新鮮，粒度最大600μm，最小300μm，一般123～360μm。由于強(qiáng)烈的蝕變作用，長(zhǎng)石僅殘留長(zhǎng)石顆粒的輪廓。礦石中含量2%～5%。

此外，礦石中還含有少量高嶺石、金紅石、赤褐鐵礦等礦物。

綜合分析，第Ⅰ類中礦物種類與第Ⅱ類中礦物種類類似，礦物含量有一定的差異。比較而言，第Ⅰ類中礦物片徑大小要比第Ⅱ類中礦物片徑要小。

2.2.2礦石的XRD物相分析

五種礦石的XRD物相分析見圖7。

圖1　微細(xì)粒的鱗片石墨，脈石礦物石英呈透鏡狀或脈狀( ×100 (反光))

圖2　片狀、長(zhǎng)條狀石墨繞過脈石定向排列，石英最大(46μm)(×200 (反光))

圖3　片狀的石墨，白云母，石英(×200 (-))

圖4　粒狀石墨(×200 (反光))

圖5　石英、白云母相間分布( ×200 (+))

圖6　蝕變的長(zhǎng)石(×200 (-))

圖7　礦石XRD圖譜分析

由圖8可知，五種礦石組成礦物種類差不多，主要礦物包括石墨、石英、云母、長(zhǎng)石類礦物，以及高嶺石、金紅石等，其主要差異為組成礦物含量不同，這與顯微鏡下礦物特征結(jié)果相吻合。

3石墨的嵌布特征

根據(jù)線測(cè)法，對(duì)光片中石墨鱗片的長(zhǎng)徑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得到石墨的嵌布特征。

對(duì)第Ⅰ類礦樣的線測(cè)顆粒數(shù)為6140個(gè)，第Ⅱ類礦樣的線測(cè)顆粒數(shù)為15413個(gè)，從而得到第Ⅰ類、第Ⅱ類礦樣石墨嵌布特征見表2。

由表2可知，第Ⅰ類礦樣的石墨鱗片約85%的粒度小于10μm，小于1.6μm的顆粒數(shù)約占8%，主要集中在-6.5+2.6μm之間，顆粒數(shù)約占40%；第Ⅱ類礦樣的顆粒數(shù)在各個(gè)粒級(jí)(+2.6μm)分布較平均，小于10μm的顆粒數(shù)約占35%，小于1.6μm的顆粒數(shù)占的比例不到1%。

表2　石墨的嵌布特征

對(duì)于第Ⅰ類礦樣，當(dāng)磨礦細(xì)度到-0.0065mm時(shí)，石墨的單體解離度為78.45%，當(dāng)磨礦細(xì)度到-0.0026mm時(shí)，石墨的單體解離度為94.34%；對(duì)于第Ⅱ類礦樣，當(dāng)磨礦細(xì)度到-0.018mm時(shí)，石墨的單體解離度為87.12%，當(dāng)磨礦細(xì)度到-0.013mm時(shí)，石墨的單體解離度為94.11%。

四川南江[5]石墨礦單體解離度達(dá)到90%，其磨礦細(xì)度需要達(dá)到-0.019mm；陜西省潼關(guān)縣[6]石墨礦磨礦細(xì)度-0.074mm粒級(jí)含量60%時(shí)，其單體解離度可達(dá)到98.77%；四川某地[7]石墨礦-37μm顆粒數(shù)約占80%。相比于這幾處的石墨礦，淅川縣石墨礦嵌布粒度更加細(xì)，尤其是第Ⅰ類石墨礦。

4結(jié)論

1)河南淅川石墨礦中固定碳含量10%左右，主要的雜質(zhì)化學(xué)成分為SiO255%～60%、Al2O312%～17%、TFe2O32%～6%以及K2O，約3%。

2)河南淅川石墨礦中目的礦物為石墨，含量8%～12%，脈石礦物主要為石英35%～50%、白云母22%～30%，少量的長(zhǎng)石類、高嶺石、金紅石等礦物。

3)第Ⅰ類礦樣石墨及其他脈石礦物的粒度明顯要細(xì)于第Ⅱ類礦樣。第Ⅱ類礦樣的白云母片徑大，相比較于第Ⅰ類礦樣，其中的白云母與石墨的分離更加容易。第Ⅰ類礦樣石墨、白云母、長(zhǎng)石、金紅石的含量稍高于第Ⅱ類礦樣，而石英、高嶺石及赤褐鐵礦的含量稍低于第Ⅱ類礦樣。

4)第Ⅰ類礦樣中目的礦物石墨的粒度比第Ⅱ類礦樣中的小，要使石墨的單體解離度達(dá)到90%以上，第Ⅰ類的磨礦細(xì)度需要達(dá)到-0.0026mm，第Ⅱ類的磨礦細(xì)度需達(dá)到-0.013mm。

總之，由于石墨的粒度微細(xì)，淅川縣的石墨礦屬于難選的石墨礦，而第Ⅰ類礦樣比第Ⅱ類礦樣更加難選。

參考文獻(xiàn)

[1]張福良，殷騰飛，周楠，等.我國(guó)石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及優(yōu)化路徑選擇[J].炭素技術(shù)，2013，6(32):31-35.

[2]尹麗文.世界石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀[J].國(guó)土資源情報(bào)，2011(6)：29-31.

[3]仝保信，卓立宏.南陽地區(qū)石墨資源概況及開發(fā)前景[J].南都學(xué)壇，1990(6):75-77.

[4]曹芳芳，王喜亮，耿同升.淅川縣五里梁石墨礦區(qū)地質(zhì)特征及成因淺析[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2012(1):43-44.

[5]張凌燕，王浩，管俊芳.四川南江石墨工藝礦物學(xué)研究[J].礦冶，2013，22(1):95-100.

[6]溫志堅(jiān).陜西省潼關(guān)縣碾頭岔含金石墨礦工藝礦物學(xué)研究[J].鈾礦地質(zhì)，1999，15(1):27-33.

[7]張凌燕，李向益，邱楊率，等.四川某難選石墨礦選礦試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2012(7):95-98.

Study on process mineralogy of the graphite in Xichuan county of Henan province

OUYANGZhi-jun1，GUANJun-fang1，2，ZHANGLing-yan1，2，BAILi-li1，WANGChang-pin1，TIANJing-jing1

(1.ResourcesofEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China;2.HubeiKeyLaboratoryofMineralResourcesProcessingandEnvironment，Wuhan430070，China)

Abstract:A systematic study on process mineralogy of five different graphite mine in Xichuan county of Henan province had been conducted with the help of the X-ray fluorescence analysis，the polarization microscope analysis，and the X-ray diffraction analysis.The result showed that the fixed carbon content of the graphite is about 11%，the impurity constituent is mainly consist of silicon dioxide and aluminum oxide.The content of the graphite，the objective mine，is about 10%，and in gangue minerals，quartz (about 40%) and muscovite (about 25%) are major，and the graphite mainly distributed alternatively with quartz and muscovite.Five different graphite mine can be divided into two categories，which first category includes 1#and 2#，and second category contains 3#，4# and 5#.Two kinds of graphite are different in the particle size，and the grinding fineness needs respectively less than 0.0026mm and 0.013mm so that the liberation degree of the graphite can reach 90%.In all，the two kinds of graphite mine are refractory，and the first category is more refractory than the second one.

Key words：Xichuan county of Henan；graphite；process mineralogy

收稿日期：2015-05-08

作者簡(jiǎn)介：歐陽志軍(1992-)，男，碩士研究生，主要從事非金屬礦選礦研究。E-mail:15071484549@163.com。 通訊作者：張凌燕(1963-)，男，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。

中圖分類號(hào)：TD97

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)04-0137-04