吉林省集安地區(qū)晶質(zhì)石墨礦與國(guó)內(nèi)主要礦區(qū)的對(duì)比研究

劉曉剛（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林　長(zhǎng)春　130033）

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吉林省集安地區(qū)晶質(zhì)石墨礦與國(guó)內(nèi)主要礦區(qū)的對(duì)比研究

劉曉剛
（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林長(zhǎng)春130033）

【摘 要】通過(guò)與國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦床的特征對(duì)比，確認(rèn)吉林省集安地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦具有區(qū)域變質(zhì)型礦床地質(zhì)特征，屬于區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床。集安群荒岔溝組含墨變粒巖等含墨建造是尋找晶質(zhì)石墨礦的直接找礦標(biāo)志。該地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦具有低硫、易選、大鱗片等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域性開發(fā)。

【關(guān)鍵詞】晶質(zhì)石墨礦；地質(zhì)特征；變質(zhì)特征；礦石特征；對(duì)比；應(yīng)用分析

1　前言

由于石墨具有許多優(yōu)異的性能，目前被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電氣、輕工、化工以及國(guó)防等領(lǐng)域，用途十分廣泛，具有深度開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的廣闊空間。尤其石墨烯的出現(xiàn)更是把石墨推向了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，石墨已經(jīng)成為軍工業(yè)與現(xiàn)代工業(yè)，特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略資源，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位越來(lái)越重要。

石墨是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，儲(chǔ)量、產(chǎn)量和出口量均居世界第一。其中應(yīng)用價(jià)值最高的晶質(zhì)石墨，產(chǎn)量多年來(lái)一直處于世界首位。我國(guó)20多個(gè)?。▍^(qū)、市）已發(fā)現(xiàn)有石墨礦點(diǎn)，并形成了山東南墅、黑龍江柳毛、內(nèi)蒙古興和三大（晶質(zhì)）石墨生產(chǎn)基地，集中了全國(guó)晶質(zhì)石墨礦保有儲(chǔ)量的90%以上。黑龍江省晶質(zhì)石墨礦儲(chǔ)量最多，占全國(guó)儲(chǔ)量的61%；四川、山東、內(nèi)蒙古、河南、陜西等?。▍^(qū)）資源儲(chǔ)量均在450萬(wàn)t以上，這些省份占全國(guó)儲(chǔ)量的近30%。

吉林省除了在磐石有隱晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)出外，在通化、集安等地亦有晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)出，雖然在礦床規(guī)模及礦物品位上與山東、黑龍江、內(nèi)蒙古等地主要礦床相比，沒有明顯優(yōu)勢(shì)，但就礦體特性來(lái)說(shuō)，還是具有一定的區(qū)域特征和開發(fā)價(jià)值的。

2　晶質(zhì)石墨礦基本情況

2.1礦床分布

吉林省內(nèi)具有一定規(guī)模的晶質(zhì)石墨礦床主要集中在吉林省南部，包括通化縣三半江、集安市頭道鎮(zhèn)、清河鎮(zhèn)、財(cái)源鎮(zhèn)、花甸鎮(zhèn)、大路鎮(zhèn)一帶。典型的礦床有：通化縣三半江晶質(zhì)石墨礦、集安市雙興晶質(zhì)石墨礦、財(cái)源鎮(zhèn)小黑窩子—報(bào)馬川晶質(zhì)石墨礦等。除通化縣三半江晶質(zhì)石墨礦為一大型晶質(zhì)石墨礦床外，其余多為中、小型晶質(zhì)石墨礦床。

吉林省南部與遼寧省東部同處于我國(guó)一條重要成礦帶——遼吉古裂谷帶，這一區(qū)域在古元古代時(shí)期產(chǎn)生了近東西向的張裂斷陷盆地，形成遼吉古裂谷。該成礦帶主要由古元古代遼河群（遼寧?。蠋X群、集安群（吉林省）和裂谷不同演化階段的巖漿巖組合而成。吉林省南部晶質(zhì)石墨成礦帶，大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）遼東臺(tái)隆（Ⅱ）太子河—渾江拗陷（Ⅲ）桓仁—集安隆起（Ⅳ）北緣。該地區(qū)晶質(zhì)石墨礦的主要含礦地層為集安群荒岔溝組，見表1。

2.2礦床成因

集安群為一套以鋁榴石角閃巖相為主，局部麻粒巖相的中深變質(zhì)巖系。碳元素的富集、較高的溫度和壓力、還原環(huán)境是形成石墨礦床的條件。賦存于集安群的晶質(zhì)石墨礦床屬于海底火山—沉積變質(zhì)、巖漿熱液作用再造的層控礦床，其原巖為一套海相火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖沉積建造。原巖中碳質(zhì)含量較高，中深程度的區(qū)域變質(zhì)作用使碳質(zhì)結(jié)晶為鱗片狀，廣泛發(fā)育但又不太強(qiáng)烈的混合巖化作用，使石墨發(fā)生重結(jié)晶，并形成大鱗片。

3　與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)石墨礦床的比較

針對(duì)國(guó)內(nèi)具有代表性的晶質(zhì)石墨礦區(qū)，選擇了山東萊西、黑龍江雞西、內(nèi)蒙古興和、河南魯山等幾個(gè)地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦床與吉林省集安地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦床進(jìn)行比較。

3.1成因及地質(zhì)特征

表1　集安群地層特征

表2　各地晶質(zhì)石墨礦地質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)各地晶質(zhì)石墨礦地質(zhì)特征比較（見表2），可以看出：晶質(zhì)石墨礦成礦時(shí)代比較老，含礦地層均為太古界到古元古界，礦體所處地塊均為大地構(gòu)造隆起區(qū)，成礦作用受大地構(gòu)造影響，并受沉積變質(zhì)作用控制，礦床均為區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床，礦體形態(tài)多呈層狀—似層狀、透鏡狀。

3.2礦床變質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)各地晶質(zhì)石墨礦含礦地層及變質(zhì)特征比較（見表3）可以看出：晶質(zhì)石墨礦含礦原巖建造均為海相陸源沉積建造，原巖中含有碳酸鹽巖、碎屑巖、火山巖、粘土巖等沉積巖；含礦巖石多為變質(zhì)作用形成的變粒巖、片麻巖、片巖、大理巖、透輝巖等；礦體均受中—深程度的區(qū)域變質(zhì)作用，并有不同程度的混合巖化作用；石墨結(jié)晶狀態(tài)普遍為鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)，由于變質(zhì)作用和混合巖化作用程度的不同，石墨鱗片大小也有所不同。

3.3礦石類型特征

通過(guò)對(duì)各地晶質(zhì)石墨礦石類型特征比較（見表4）可以看出：晶質(zhì)石墨礦石類型多為含石墨的變粒巖、片麻巖、片巖、大理巖、透輝巖等，基本以含礦巖石命名；含礦地層主要礦物組分多以石英、長(zhǎng)石類、云母類為主，并隨原巖的不同，含有其他不同的礦物組分；礦石品位除黑龍江雞西地區(qū)明顯較高外，大多在3%～6%；大鱗片（+100目）石墨除河南魯山占比較少外，多在50%以上；礦石易選，精礦品位、回收率可達(dá)90%，大鱗片石墨產(chǎn)率較高，多在30%以上。

表3　各地晶質(zhì)石墨礦含礦地層及變質(zhì)特征

表4　各地晶質(zhì)石墨礦礦石類型特征

表5　各地晶質(zhì)石墨礦礦石主要化學(xué)成分（%）

3.4主要化學(xué)成分

通過(guò)對(duì)各地晶質(zhì)石墨礦石主要化學(xué)成分比較（見表5）可以看出：晶質(zhì)石墨礦石主要化學(xué)成分差別不是很大，與含礦原巖的主要化學(xué)成分相關(guān)聯(lián)。主要區(qū)別在于，黑龍江雞西所產(chǎn)晶質(zhì)石墨礦固定碳含量較高，吉林集安、黑龍江雞西所產(chǎn)晶質(zhì)石墨礦S含量相對(duì)較低，內(nèi)蒙古興和所產(chǎn)晶質(zhì)石墨礦鐵含量較高。

3.5綜合比較分析

總的來(lái)說(shuō)，晶質(zhì)石墨礦床賦存于前寒武紀(jì)的中—深變質(zhì)巖系中，由區(qū)域變質(zhì)作用形成，成礦作用發(fā)生于我國(guó)地臺(tái)形成和發(fā)展階段，以及開始解體的早期階段，多見于褶皺隆起區(qū)。礦床原巖建造多屬粘土巖—碳酸鹽巖—基性火山巖，沉積于近陸源淺海區(qū)。主要巖性有變粒巖、片麻巖、片巖、透輝（透閃）巖、大理巖、石英巖等。含礦巖系富含碳酸鹽，變質(zhì)程度普遍達(dá)到角閃巖相—麻粒巖相。礦床褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，并伴有巖漿熱液活動(dòng)，混合巖化作用較為普遍，多期變質(zhì)作用疊加影響比較明顯?；旌蠋r化作用是影響石墨相對(duì)富集和鱗片大小的重要因素，輕微程度的混合巖化作用，常使石墨形成大鱗片或品位增高。

晶質(zhì)石墨礦體受沉積變質(zhì)作用控制，有一定的層位，產(chǎn)狀多與圍巖產(chǎn)狀一致，呈層狀、似層狀或透鏡狀。一個(gè)礦床中一般有多層礦體，因常受斷層或巖體的破壞，礦體形態(tài)比較復(fù)雜。

常見的礦石類型有石墨片麻巖和石墨片巖，其次為石墨透輝巖，少數(shù)礦床有石墨變粒巖、石墨混合巖及石墨大理巖等。礦石中與石墨共生的礦物多達(dá)30余種，主要有長(zhǎng)石、石英、云母、方解石、白云石，含透輝石、透閃石、紅柱石、硅線石、石榴子石、黝簾石、蛇紋石、金云母等變質(zhì)礦物，伴生有黃鐵礦、金紅石、釩云母、釩榴石等。

晶質(zhì)石墨呈鱗片、聚片或星散狀，片徑通常在0.1mm至幾毫米之間，礦石品位（固定碳含量）大多3%～10%，較高的10%～16%，有的高達(dá)30%以上。礦石具有良好的可選性，精礦品位較高，可達(dá)85%～94%，回收率90%～95%，大鱗片石墨產(chǎn)率多在30%以上。有的礦床中伴生品位較高的礦物，可綜合回收利用。

4　晶質(zhì)石墨礦的應(yīng)用分析

晶質(zhì)石墨礦是集安市的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，礦區(qū)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，自然環(huán)境、水、電、交通等外部建設(shè)條件比較優(yōu)越，適于大規(guī)模機(jī)械化露天開采，礦山開采成本不高。

目前，晶質(zhì)石墨礦浮選工藝比較成熟，基本的工藝流程是：原礦破碎→濕式粗磨→粗選→粗精礦再磨再選→精選→脫水干燥→分級(jí)包裝等。浮選工藝流程一般采用多段磨礦、多段選別、中礦順序或集中返回的閉路流程。多段再磨再選有三種形式：精礦再磨、中礦再磨和尾礦再磨，一般采用精礦再磨再選流程。經(jīng)過(guò)浮選加工后的中、低碳石墨多數(shù)作為初級(jí)產(chǎn)品出售給其他行業(yè)，再經(jīng)過(guò)加工利用，形成其他行業(yè)產(chǎn)品。晶質(zhì)石墨用量最大的是耐火行業(yè)，用石墨和鎂砂生產(chǎn)煉鋼用鎂碳磚、鎂鋁碳磚等耐火產(chǎn)品，其次是輕工、石油、化工等行業(yè)用作潤(rùn)滑劑以及電極、石墨板材等，但大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)含量較低。

集安當(dāng)?shù)匾延卸嗉沂髽I(yè)，效益較好，產(chǎn)品以中、低碳石墨為主，精礦品位在85%～93%之間，+100目（0.147mm）大鱗片產(chǎn)率可達(dá)40%以上，是國(guó)內(nèi)暢銷產(chǎn)品，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。集安市政府將晶質(zhì)石墨的勘查開發(fā)列為重點(diǎn)招商引資項(xiàng)目，規(guī)劃了石墨高科技產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目，準(zhǔn)備進(jìn)行石墨深加工產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)，主要產(chǎn)品為高純石墨、膨脹石墨以及石墨烯等。該石墨高科技產(chǎn)業(yè)園將帶動(dòng)周邊石墨礦資源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，區(qū)域性開發(fā)前景十分可觀。

5　結(jié)論

通過(guò)與國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦床的特征對(duì)比可以看出：吉林省集安地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦床在成因類型、區(qū)域地質(zhì)特征、礦體地質(zhì)特征、變質(zhì)特征以及礦石類型特征上與它們基本相近。也就是說(shuō)，集安地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦屬于區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床，集安群荒岔溝組含墨變粒巖等含墨建造是尋找晶質(zhì)石墨礦的直接找礦標(biāo)志。該地區(qū)的晶質(zhì)石墨礦具有低硫、易選、大鱗片等特點(diǎn)，各礦體相對(duì)集中，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域性開發(fā)。

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【中圖分類號(hào)】P619.252

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386（2016）01-0046-04

【收稿日期】2015-08-14

Comparative Study on the Crystalline Graphite Mine in Ji'an Area of Jilin Province With the Domestic Main Mining Area

LIU Xiao-gang
（Jilin Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry ， Changchun 130033， China）

Abstract:Through contrasting with the domestic several major areas of the characteristics of the crystalline graphite ore deposit，confirm that the crystalline graphite mine in Ji'an area of Jilin province has the geological characteristics of regional metamorphism type ore deposit， the crystalline graphite ore deposit in the region is belonged to regional metamorphism type. It is the direct prospecting criteria， that the rocks construct containing graphite in the Ji'an group Huangchagou formation， such as graphite granulite. The crystalline graphite ore with low sulfur in the region， easy to choose， large scale etc， can realize the regional development.

Key words:crystalline graphite mine； geological characteristics； metamorphic characteristics； ore characteristic； contrast； application analysis