云南永善縣茂林銅礦銅元素賦存狀態(tài)研究

慕 敏，樂智廣，張 淼，李佳成

(1.云南省地質礦產勘查開發(fā)局中心實驗室，云南 昆明 650217； 2.云南地礦國際礦業(yè)股份有限公司，云南昆明 650000)

云南永善縣茂林銅礦大地構造位置位于上揚子古陸塊(Ⅳ-⒉)、滇東碳酸鹽巖臺地(Ⅳ-2-4)。礦區(qū)礦區(qū)西邊起于昭通市永善縣老米寨蘇家坪村，東至李家溝，南至新營盤，北至十八蹬，礦區(qū)面積約5.4平方公里。

1 成礦地質條件

礦區(qū)主要出露上二疊統(tǒng)宣威組(P3x)含煤碎屑巖建造和峨眉山玄武巖組(P3e)火山巖建造。峨眉山玄武巖組(P3e)為含礦地層，區(qū)域上峨眉山玄武巖按噴發(fā)旋回可劃分為三個巖段，本區(qū)主要出露第三巖段(P3e3)，又可細分為三個巖性亞段。

(1)上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組第三段三亞段(P3e3-3)：上部為紫色、紫紅色、淺黃色凝灰?guī)r；下部為褐黃色、灰色、灰綠色致密塊狀玄武巖。

(2)上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組第三段二亞段(P3e3-2)：上部為紫紅色、藍灰色凝灰?guī)r；下部為褐黃色、灰色、灰綠色致密塊狀玄武巖、氣孔狀玄武巖。據銅礦化、硅化、方解石化等，該亞段是本礦區(qū)主要的含礦層位。

(3)上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組第三段一亞段(P3e3-1)：上部為紫色、紫紅色凝灰?guī)r；下部為褐黃色、灰色、灰綠色致密塊狀玄武巖。

銅礦體呈層狀產于峨眉山玄武巖組第三段二亞段(P3e3-2)氣孔狀玄武巖中，礦體產狀與圍巖氣孔狀玄武巖產狀一致(圖1)，礦體傾向西，傾角8°～14°，礦體長203m，厚度1.89m～3.1m，平均厚度2.49m。銅品位為0.42ω%～1.76ω%，平均1.12ω%左右。

該區(qū)二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖的巖石學、巖石化學及微量元素地球化學等特征均反映出其為地幔熱柱活動的產物，礦區(qū)的玄武巖還具有較高的分異性和同化混染，巖石還具有高硅、富鉀、低鎂、高鈦特點，從前人1∶20萬區(qū)域地球化學測量結果顯示該區(qū)峨眉山玄武巖的銅元素背景值比其他區(qū)域高出許多，一般Cu元素為170×10-6～1000×10-6，最高Cu可達8000×10-6，可見成礦提供了足夠的銅物質來源。南北向斷裂，地幔熱柱活動為礦源創(chuàng)造有利條件，在還原環(huán)境和有利的場所(褶皺帶)形成氧化銅—自然銅礦體。

該銅礦屬于滇東北大范圍玄武巖型銅礦之一，含銅礦帶分布面積較大，預計遠景儲量至少達上百萬噸，雖然對礦體有所研究和控制，但以往對該礦體銅元素的賦存狀態(tài)研究甚少，筆者通過電子探針、化學多元素分析以及光、薄片鏡下觀察等研究本文的研究，試圖為該銅礦的選冶開發(fā)提供基礎性資料依據。

2 礦石的結構構造

2.1 礦石的構造

該礦石構造主要為塊狀構造、杏仁狀構造、星散浸染狀構造及細脈狀構造。

(1)塊狀構造：礦石為玄武巖型礦石，多呈黑綠色，黃綠色，礦物集合體無定向分布。

(2)杏仁狀構造：礦石氣孔發(fā)育，通常呈不規(guī)則狀及圓狀，被自然銅、瀝青、石英、綠泥石等礦物充填。

(3)星散浸染狀構造及細脈狀構造：部分礦石中，自然銅星散浸染狀分布，赤銅礦、孔雀石細脈狀分布。

2.2 礦石的結構

偏光顯微鏡下觀察，礦石主要類型屬于蝕變玄武巖，礦石礦物自然銅及赤銅礦通常充填在玄武巖的氣孔中，而赤銅礦主要由自然銅蝕變而來，因此礦石的結構相對比較簡單，主要有以下幾種結構。

(1)蝕變斑狀結構、基質蝕變間粒結構：斑晶主要由斜長石及輝石組成，其中多數(shù)斜長石從核心部分開始蝕變?yōu)榫G泥石，或全部蝕變?yōu)榫G泥石，全部蝕為綠泥石的長石仍保留長石假象，在礦石中呈斑晶狀，輝石斑晶多數(shù)蝕變?yōu)榫G泥石，少數(shù)蝕變?yōu)樵颇?，具柱狀輝石斑晶假象?；|主要由輝石、鈦鐵礦及斜長石組成，斜長石長條狀雜亂排列，粒狀輝石、鈦鐵礦充填在斜長石組成的格架間，因變質作用，多數(shù)輝石蝕變?yōu)榫G泥石，綠泥石顯微鱗片狀，粒度小于0.004mm，集合體呈不規(guī)則粒狀，鈦鐵礦完全蝕變?yōu)殚鞘?，與綠泥石混雜分布于斜長石格架間。

(2)蝕變殘余結構：礦石中部分自然銅氧化蝕變?yōu)槌嚆~礦，局部可見自然銅殘余狀于赤銅礦中。

(3)假象結構：因變質作用，礦石中部分長石蝕變?yōu)榫G泥石，其集合體仍保留長石假象；偶見赤銅礦交代斜長石，具斜長石假象。

3 礦石光譜、化學多元素及物相分析

礦石光譜、化學多元素及物相分析樣采于PD2坑道Ⅶ號礦體。

3.1 礦石的光譜分析

礦石的光譜分析結果見表1。

表1 礦石光譜半定量分析結果Tab 1.Semiquantitative Spectroscopic Analysis of Ore

3.2 礦石的多元素分析和物相分析

礦石化學多元素分析結果見表2，物相分析結果見表3。

表2 礦石化學多元素分析結果Tab 2.Ore Chemical Analysis

表3 銅物相分析Tab 3.Cu Phase Analysis

4 礦石的礦物成分

經鏡下觀察、人工重砂分析、X-射線粉晶衍射分析、掃描電鏡電子探針分析及化學分析等研究發(fā)現(xiàn)，礦石中有自然元素、硫化物、氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、有機質七類共18種礦物存在，主要以硅酸鹽為主，占礦石的82%左右；氧化物次要，占礦石的11%左右；有機質占礦石的6%左右；其它少量。其中銅的礦物占礦石的1%左右。礦物含量見表4。

表4 礦物含量簡表Tab 4.Mineral Content

5 主要礦物的嵌布特征及電子探針分析

(1)自然銅：雙目鏡下觀察，呈銅紅色，部分粒狀，部分枝狀，個別片狀，金屬光澤，具延展性；礦相顯微鏡下觀察主要充填在礦石的杏仁體中，少數(shù)產于杏仁體附近的長石及綠泥石顆粒間，偶見交代長石之后氧化為赤銅礦，呈長條狀；杏仁體中的自然銅絕大多數(shù)與瀝青、石英、綠泥石、榍石等混雜分布，一般呈不規(guī)則粒狀或枝狀、片狀，少數(shù)呈細脈狀分布于瀝青的裂隙中，個別包裹于石英中，部分殘余狀分布于赤銅礦或銅藍中，粒度一般在0.003mm～2mm之間。經電子探針成分分析，部分自然銅表面輕微氧化，向赤銅礦過渡，且殘余狀于赤鐵銅礦中。

(2)赤銅礦：雙目鏡下觀察，呈黑色、黑紅色，邊緣極薄處微透明，金剛光澤。巖石顯微鏡下微透明，呈血紅色，礦相顯微鏡下，呈灰色，微弱-強血紅色內反射，它形粒狀，是自然銅氧化蝕變的產物，部分呈獨立顆粒產出，部分呈細脈狀分布于瀝青裂隙或杏仁體中的綠泥石、石英等礦物之間，部分交代自然銅，與自然銅連生或包裹自然銅。常與自然銅、石英、瀝青、綠泥石共同產于杏仁體中，少數(shù)產于杏仁體附近的長石、綠泥石的顆粒間，個別交代斜長石呈長條狀，粒度一般在0.003mm～0.6mm之間，電子探針成分分析顯示，其中含有少量鐵。

(3)石英：通常與綠泥石、自然銅、赤銅礦及榍石共同產于礦石的杏仁體中，部分呈粒狀，部分呈放射束狀，粒度一般在0.01mm～2.5mm之間。

(4)斜長石：呈自形板狀及長條狀，自形板狀的斜長石一般為斑晶，粒度在0.5mm～1.9mm之間，基質中的斜長石為長條狀，粒度在0.01mm～0.3mm之間，雜亂排列，格架間被集合體不規(guī)則粒狀的綠泥石及榍石充填，其中多數(shù)斜長石從核心開始蝕變?yōu)榫G泥石或榍石，僅具外形輪廓，少數(shù)斜長石完全蝕變?yōu)榫G泥石，經電子探針成分分析，斜長石主要有鈉、鋁、硅，及少量鉀、鈣，個別含少量銅。

(5)綠泥石：礦石中主要脈石礦物，化學分析，其中含銅0.97%，黃綠色，個別吸附孔雀石呈翠綠色，顯微鱗片狀、放射束狀或花狀，集合體不規(guī)則粒狀或輝石、長石假象狀；顯微鱗片狀綠泥石主要是輝石及斜長石蝕變而來，粒度一般<0.004mm，集合體呈不規(guī)則粒狀，充填在長條狀斜長石格架間或長石核心部分；放射束狀或花狀綠泥石粒度一般在0.005mm～0.1mm之間，主要充填在杏仁體中，與石英、自然銅、榍石、瀝青及赤銅礦等混雜分布，局部膠態(tài)網脈狀分布。電子探針成分分析，部分綠泥石中含2%～4%的銅。

(6)輝石、榍石：經電子探針研究，這兩種礦物不含銅，與銅元素的關系不大。

主要礦物的電子探針成分分析結果見表5。

表5 主要礦物電子探針成分分析結果Tab 5.Microprobe Analysis of Main Mineral

5 銅的賦存狀態(tài)及分配率

化學分析，礦石中銅的含量有1.22%，經鏡下觀察，人工重砂分析、電子探針成分分析及X-衍射分析，礦石中銅有兩種賦存狀態(tài)，一種以獨立礦物的形式賦存在自然銅、赤銅礦、黑銅礦、銅藍、黝銅礦以及孔雀石中，其中主要以赤銅礦為主，自然銅次要，孔雀石、銅藍等少量；另一種以類質同像或吸附狀態(tài)賦存在綠泥石、斜長石或石英中，詳見銅在各主要礦物中的分配率計算表6。

表6 銅在各主要礦物中的分配率(%)Tab 6.Cu Distribution in Main Mineral

6 結 論

(1)永善茂林銅礦礦石類型主要是玄武巖蝕變，礦化過程發(fā)生在玄武巖的蝕變過程中，因此礦石礦物多呈星散浸染狀和細脈狀分布。礦石的主要結構是蝕變斑狀(基質蝕變間粒)結構、蝕變殘余結構、假象結構，由于石英和斜長石的存在以及銅礦物細小的嵌布粒度，在磨礦過程功耗會相對較大。

(2)礦石中主要開發(fā)的礦物是的赤銅礦，硬度較小，嵌布粒度在0.003mm～0.6mm之間，嵌布粒度范圍較大，磨礦流程推薦分段磨礦，減少過粉碎的過程，礦石中部分自然銅呈枝狀，磨礦過程中不易與脈石礦物解離，且輕微氧化，向赤銅礦過渡，從而改變了自然銅表面的物理性質，導致了自然銅不能用浮選法大部分回收。礦根據礦石的性質，可以使用酸浸及其他化學選礦方法，而傳統(tǒng)的重選和浮選則需要較復雜的流程。

(3)礦石約68%的銅以獨立礦物的形式賦存在赤銅礦和自然銅中；這部分銅相對容易回收；約31.8%的銅呈類質同像的形式或吸附狀態(tài)分布于綠泥石中，這部分銅是很難回收的。

(4)通過此次賦存狀態(tài)的研究，初步發(fā)現(xiàn)了永善茂林銅礦中銅元素的賦存狀態(tài)，為該銅礦的選冶開發(fā)流程提供了基礎理論依據。