越城嶺界牌礦區(qū)夕卡巖型銅鎢礦石工藝礦物學研究

肖 榮，杜芳芳，雷源保，郭愛民，譚仕敏

（1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙 410116；2.湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

界牌銅鎢礦區(qū)位于南嶺成礦帶西段越城嶺花崗巖體東部與早古生界寒武系探溪組地層接觸部位，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。近年來，湖南省地質(zhì)調(diào)查院、中國地質(zhì)大學及武警黃金部隊等多家地勘單位對該礦集區(qū)進行了礦產(chǎn)調(diào)查評價及商業(yè)性礦產(chǎn)勘查，桂林理工大學、南京大學、中國科學院和武漢地質(zhì)調(diào)查中心等多家科研院所對該區(qū)的成礦地質(zhì)背景[1-7]，礦床地質(zhì)特征[8]，地球化學特征及成巖成礦時代[9-12]等方面進行了一定程度的科研工作。為合理開發(fā)利用界牌礦區(qū)銅鎢礦產(chǎn)資源，本研究運用工藝礦物學原理及方法[13-14]，通過室內(nèi)光學顯微鏡觀察、化學分析、物相分析、掃描電鏡及能譜分析等多種測試分析方法，對界牌礦區(qū)夕卡巖型銅鎢礦石進行了工藝礦物學研究分析，為詮釋礦區(qū)夕卡巖型銅鎢共生礦的選礦機理，礦區(qū)夕卡巖型銅鎢礦石的選別提供了一定的礦物學依據(jù)[15-16]。

1 礦床地質(zhì)特征

界牌銅鎢多金屬礦區(qū)位于湘桂兩省交界處，地處華南雪峰山弧形構(gòu)造帶南段東緣加里東褶皺帶與南嶺東西向構(gòu)造帶北緣交匯部位的鋪里——界牌斷裂西側(cè)，界嶺背斜北西翼。礦區(qū)巖漿活動強烈，出露地層主要為伴隨著強烈熱蝕變的寒武系探溪組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及砂質(zhì)條帶狀板巖，多為越城嶺復式巖體所吞沒。

礦區(qū)銅鎢礦屬典型的夕卡巖型礦化體，形態(tài)變化復雜，多以層狀、扁豆狀和不規(guī)則狀展布于懸垂體下部、捕虜體中部和捕虜體與巖體接觸部位。礦石以透輝石、符山石、透閃石、陽起石、黝簾石、石英、方解石、絹云母等夕卡巖類礦物組合為特征，結(jié)構(gòu)主要以鱗片、粒狀、粒柱狀等變晶結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)等為主，礦石構(gòu)造則主要為塊狀、浸染狀及斑點-斑雜狀等。

2 樣品性質(zhì)

研究礦石樣品取自界牌礦區(qū)規(guī)模最大的Ⅰ號銅鎢礦脈，肉眼觀察礦石為灰白、灰綠、墨綠、黑灰色，可見黃銅礦、白鎢礦、黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦等金屬礦物呈浸染狀、脈狀或團塊狀嵌布于夕卡巖中（見圖 1）。

采用X熒光光譜半定量分析、多元素化學成分分析和化學物相分析，并結(jié)合偏光顯微鏡及掃描電鏡查明樣品礦物組成，結(jié)果如表1～表4所示。結(jié)果表明，礦石中可供選礦回收的主要元素是銅、鎢，其他有價元素含量較低。礦石中通過選礦要排除的脈石礦物主要為方解石、石英、長石等，其成分為SiO2、CaO，其次為 CaF2、MgO、Al2O3、K2O 及 Na2O 等，脈石礦物相對含量在73.75%以上?；瘜W物相分析結(jié)果（表3、表4）表明，礦石中銅主要以原生硫化銅（黃銅礦）的形式存在，其分布率為75.00%，其次為次生硫化銅（輝銅礦、斑銅礦、黝錫礦等），分布率為18.75%，合計分布率達93.75%；結(jié)合氧化銅和自由氧化銅的分布率合計為6.25%，此類銅在浮選過程中相對難以回收。礦石中鎢主要以白鎢礦為主，分布率為93.88%；黑鎢礦及鎢華均為3.06%，其中鎢華較難回收。

圖1 銅鎢共生礦石照片F(xiàn)ig.1 Photo of Cu-W symbiotic ore

表1 礦石的X熒光光譜半定量分析結(jié)果 w/%Tab.1 X fluorescence spectrum semi-quantitative analysis results for ores

表2 礦石的主要化學成分 w/%Tab.2 Major chemical components of ores

表3 礦石中銅的化學物相分析結(jié)果 %Tab.3 Chemical phase analysis results of copper

表4 礦石中鎢的化學物相分析結(jié)果 %Tab.4 Chemical phase analysis results of tungsten

3 礦物學分析

3.1 礦物組成

本研究根據(jù)偏光顯微鏡及掃描電鏡下的巖礦鑒定、化學分析、化學物相分析等多手段相結(jié)合，查明礦石中的主要礦物組成見表5。由表5可知，原礦主要金屬礦物為白鎢礦、黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、黝錫礦、黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦、褐鐵礦，其次為閃鋅礦、方鉛礦，及微量黑鎢礦、鎢華、輝鉍礦、硫鉍銀礦及自然鉍等。脈石礦物主要是方解石、白云石、石英、綠簾石、斜黝簾石、輝石、長石、黏土礦物、綠泥石、蛇紋石、角閃石、陽起石、云母類、螢石及少量磷灰石、榍石、電氣石等。其中影響白鎢礦精選的富Ca2+脈石礦物如方解石、白云石及螢石含量較高，約占44%。

表5 原礦主要礦物組成及其相對含量 %Tab.5 Composition and relative contents of major minerals contained in the ores

3.2 銅鎢礦物嵌布粒度

礦石中主要礦物的粒度組成及其分布特點對確定磨礦細度和制定合理的選礦工藝流程有著直接的影響。為此，在偏光顯微鏡及掃描電鏡下對入選礦石（破碎至-2 mm粉末樣品）中主要礦物黃銅礦及白鎢礦嵌布粒度進行了測量和統(tǒng)計，結(jié)果見表6。結(jié)果表明，黃銅礦、白鎢礦均屬中細粒嵌布，主要粒度范圍為0.026～0.152 mm之間；當粒級為-0.037 mm+0.026 mm，黃銅礦、白鎢礦的正累計分布率分別為86.0%、86.5%。

表6 主要金屬礦物的嵌布粒度 %Tab.6 Disseminated particle size of major metal minerals

3.3 銅鎢礦物的解離度

為了給選礦工藝制定合理的磨礦方案提供礦物學依據(jù)，測定了在不同磨礦細度下黃銅礦和白鎢礦的解離度，結(jié)果如表7所示。由表中結(jié)果可知，本礦石中黃銅礦解離度相對白鎢礦較低，白鎢礦則較易解離。黃銅礦主要和脈石、磁黃鐵礦、閃鋅礦連生。在磨礦細度為-0.074 mm占67.4%時，全樣中的白鎢礦解離度可達88.92%，而黃銅礦的解離度只有80.00%；磨礦細度為-0.074 mm占72.6%時，白鎢礦解離度為93.90%，黃銅礦的解離度為89.20%；磨礦細度為-0.074mm占83.7%時，白鎢礦解離度接近95.90%，而黃銅礦的解離度為92.78%。解離度測定結(jié)果表明，雖然白鎢礦與簾石、閃石、輝石及石英等脈石礦物緊密連生，但由于白鎢礦結(jié)晶完整，嵌布粒度相對略粗，因此在磨礦過程中具有良好的解離效果。

表7 不同磨礦細度銅、鎢礦物的解離度Tab.7 Dissociation degree of copper and tungsten ore with different grinding fineness

3.4 銅鎢礦物的物化性質(zhì)和嵌布特征

礦樣中的銅礦物主要為黃銅礦，其次為少量或微量的黝錫礦、斑銅礦、輝銅礦等。黃銅礦約占銅礦物含量的4/5，是選礦回收銅的主要目的礦物。黃銅礦為四方晶系，呈銅黃色，其硬度為3.5～4，多為他形粒狀集合體，主要呈不規(guī)則粒狀集合體嵌布于脈石顆粒間隙中，粒徑較大者多與黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦接觸式連生并多見包含裹（嵌含）細粒的黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦；粒徑較小的黃銅礦多呈星點狀分布于脈石基底中（見圖2）。

礦樣中的鎢礦物主要為白鎢礦，其次為少量的黑鎢礦和鎢華。白鎢礦約占鎢礦物含量的94%，是選礦回收鎢的主要目的礦物。白鎢礦為四方晶系，多呈灰色，其硬度為4.5～5，為他形粒狀集合體，偶爾可見菱形或菱柱形切面，其分布特征較簡單，主要呈四方雙錐半自形晶或自形晶充填于脈石礦物間隙中，部分白鎢礦與黃銅礦連生，白鎢礦的形成早于硫化物，有時可見白鎢礦裂隙中有后期的黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等充填嵌入，甚至局部可見白鎢礦被后期硫化物“膠結(jié)”（見圖2）。

為查明銅鎢共生礦石中黃銅礦與白鎢礦的化學成分特點，采用掃描電鏡及能譜儀對其進行了能譜微區(qū)成分分析，測試在湖南有色金屬研究院完成，儀器為日立SU3500鎢燈絲掃描電鏡與牛津50 mm2能譜儀。X射線能譜測定結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，黃銅礦的化學成分較為穩(wěn)定，平均含Cu 33.85%、Fe 30.84%及S 35.31%，與黃銅礦的理論成分較為接近。白鎢礦的化學成分較為穩(wěn)定，平均含CaO19.99%、WO380.01%，與白鎢礦的理論成分較為接近。

圖2 礦石樣品偏光顯微鏡及掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 Photographs of ore samples under polarizing microscope and SEM

圖3 礦石樣品的X射線能譜圖Fig.3 Energy spectrograms of ore samples under SEM

3.5 銅鎢礦物的賦存狀態(tài)

綜上所述，對礦石中銅、鎢主要回收元素的賦存狀態(tài)已有較深入的了解。為進一步查明其在礦石中的分布特點，根據(jù)礦石中主要礦物的含量以及礦物中銅、鎢元素的含量進行了平衡計算，結(jié)果分別見表8、表9。需要說明的是，脈石中銅、鎢的含量系50個微區(qū)掃描電鏡能譜分析結(jié)果的算術(shù)平均值。

由表8得出礦區(qū)中的銅存在形式有兩種：一是呈獨立的銅礦物：以黃銅礦、黝錫礦、斑銅礦、輝銅礦的形式存在，配分比達95.15%；二是以類質(zhì)同象的形式或呈機械夾雜物分布于黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦或脈石中，配分比合計為4.85%，此部分的銅將會損失于其他精礦或尾礦中。

表8 礦石中銅的平衡計算結(jié)果 %Tab.8 Balance calculations of copper in the ores

表9 礦石中鎢的平衡計算結(jié)果 %Tab.9 Balance calculations of tungsten in the ores

由表9得出礦區(qū)中的鎢存在形式有兩種：一是呈獨立的鎢礦物：以白鎢礦、黑鎢礦和鎢華的形式存在，三者的配分比分別為92.63%、3.01%和3.23%；在現(xiàn)有的選礦方法中鎢華較難以被回收，故此部分鎢礦物可能會損失于尾礦中；白鎢礦和黑鎢礦則可以被回收，其兩者配分比合計為95.64%；二是以類質(zhì)同象的形式或呈機械夾雜物分布于黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦或脈石中，配分比合計為1.13%，此部分的鎢將會損失于尾礦中。

4 影響選礦的礦物學因素分析

礦物分析表明，礦石中可回收的銅礦物主要為黃銅礦，多數(shù)黃銅礦呈不規(guī)則粒狀嵌布于脈石中，連生界面復雜，此部分難與脈石解離，少數(shù)黃銅礦呈浸染狀分布于脈石礦物基底中，因黃銅礦粒徑細小，故不易解離，將影響選銅回收率。

礦石中可回收的鎢礦物主要為白鎢礦，大多數(shù)白鎢礦呈自形晶，結(jié)晶完整，并屬中細粒級，較利于磨礦解離，但其多分布于各種脈石礦物中，增加了選礦過程中對脈石礦物排除的難度，且礦樣中的脈石礦物以含Ca2+離子礦物如方解石、白云石及螢石含量較高，將會給白鎢礦的浮選工藝帶來較大的影響。

黃銅礦需要磨礦到較細才能充分解離，而白鎢礦硬度較低、性脆，磨礦過程易造成白鎢礦的過粉碎，不利于鎢的浮選。磨礦細度應在黃銅礦的解離度和白鎢礦可能的過粉碎程度之間平衡選擇。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)域的銅鎢礦屬典型的夕卡巖型礦化體，礦石以透輝石、符山石、透閃石、陽起石、黝簾石、石英、方解石、絹云母等夕卡巖類礦物組合為特征，結(jié)構(gòu)主要以鱗片、粒狀、粒柱狀等變晶結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)等為主，礦石構(gòu)造則主要為塊狀、浸染狀及斑點-斑雜狀等。

（2）礦石中可供選礦回收的主要元素是銅（Cu）和鎢（WO3），對應的金屬礦物為黃銅礦和白鎢礦，礦石中銀（Ag）的平均品位為7.31 g/t，具綜合回收價值。

（3）礦石中黃銅礦、白鎢礦均屬中細粒嵌布，主要粒度范圍為0.026～0.152 mm。白鎢礦較易解離，黃銅礦相對解離性較差。

（4）該工藝礦物學研究的礦石樣品中黃銅礦主要和脈石、磁黃鐵礦、閃鋅礦連生，白鎢礦與簾石、閃石、輝石及石英等脈石礦物緊密連生。由于白鎢礦結(jié)晶完整，嵌布粒度較粗，因此在磨礦過程具有良好的解離效果。

（5）界牌礦區(qū)夕卡巖銅鎢共生礦石中銅的最高回收率為95.15%；鎢的最高回收率可達95.64%。