湖南郴州石墨礦工藝礦物學研究

黃迎春，雷志蘭，王建雄，杜芳芳，曾惠明

（湖南有色金屬研究院有限責任公司，湖南 長沙 410100）

石墨是一種碳元素的結晶礦物，與金剛石等互為同素異形體，素有“黑金子”之稱［1］。石墨具有導熱、導電、耐高溫、化學穩定性、潤滑性和可塑性的優良化學和物理性能，廣泛用于冶金、機械、電氣和國防等重要部門，是一種重要的和具有廣泛用途的非金屬礦物材料和原料［2］。

針對不同的石墨礦需要采用不同的選礦提純工藝，而詳細的工藝礦物學研究是礦產資源綜合利用的基礎［3，4］。湖南郴州石墨礦礦區多為老窯，開采歷史悠久，但對此區域石墨礦的工藝礦物學研究較少。針對礦區選礦回收率低，石墨精礦品位不高等問題，對此區域石墨礦的礦石性質進行詳細的工藝礦物學研究，為后續選礦試驗的工藝選擇、流程制定等提供了數據依據，發揮了重要的指導作用。

1 礦石的化學成分

對原礦試樣進行了化學多元素成分分析和碳的化學物相分析，結果分別見表1、表2。

表2 礦石中碳的化學物相分析結果 %

從表1中結果可知，礦石中可供選礦回收的主要組分是碳，含量較高，含量為53.65%。金屬元素Fe含量為3.96%；需注意有害元素S的含量有1.15%。造巖組分中，含量最高的是SiO2，約為20.88%，其次為Al2O3，含量約8.44%。

表1 礦石的化學多元素分析結果 %

從表2中結果可知，礦石中的碳主要以游離碳的形式存在，分布率為97.41%；少量碳賦存于有機碳和碳酸鹽礦物中，分布率分別為1.02%、1.57%。

2 礦物組成及其相對含量

根據化學多元素分析結果、碳的化學物相分析結果［5］，并結合顯微鏡和掃描電鏡的觀測結果，得出礦石的礦物種類及各礦物的相對含量，結果見表3。

表3 礦石中主要礦物的相對含量 %

由表3可知，目的礦物石墨在礦石中的含量約在52.3%左右，含量最高。金屬礦物主要是黃鐵礦，其次為褐鐵礦，少量金紅石、鐵礬等。脈石礦物主要是石英、白云母，絹云母，其次為少量綠泥石、白云石、方解石、菱鐵礦、長石、高嶺石等，此外還在鏡下偶見微量的黃銅礦、銅藍、斑銅礦、輝銅礦、閃鋅礦、鈦鐵礦、螢石、獨居石、榍石、角閃石、石榴石等。

3 主要礦物的嵌布特征

主要礦物的嵌布特征如圖1所示。

3.1 石墨C

石墨是選礦回收的主要目的礦物，也是礦石中含量最高的礦物。石墨主要呈鱗片狀、葉片狀等［6］，局部呈不規則細小團粒狀，產出形式主要有：一是粗粒級的石墨集合體或聚團，嵌布粒度在0.5 mm以上，其內部常見包裹脈狀、粒狀的黃鐵礦及石英等脈石礦物，如圖1（a）所示，包裹物的粒度范圍主要在20～150μm之間，這類石墨總體上粒度較粗，易于選別；但是也有部分石墨，其片理間、裂隙中分布有微細脈狀的綠泥石、云母等，如圖1（b）所示，綠泥石、云母的粒度范圍主要在1～30μm之間，這類石墨將難以與綠泥石、云母完全解離。二是呈細小網脈狀、絲帶狀沿絹云母、石英等脈石礦物粒間分布，如圖1（c）所示，緊密嵌生；此種形式產出的石墨，嵌布粒度細小，一般在5μm以下，多在1～3μm之間，分布彌散，即使細磨也很難將其與脈石礦物完全解離。

圖1 主要礦物的嵌布特征

為查明石墨的化學成分特點，采用掃描電鏡對其進行能譜微區成分分析，結果見表4。

由表4中結果可知，石墨中C的含量范圍在83.98%～100%之間，其中23個點C的含量在95%以上，說明大部分石墨成分較純。石墨平均含C 96.79%，含有少量Si、Al及微量K、Na、S等雜質。石墨的X射線能譜成分圖如圖2所示。

圖2 石墨的X射線能譜成分圖

表4 石墨的能譜微區成分分析結果 %

3.2 黃鐵礦FeS2

黃鐵礦是礦石中主要的金屬礦物，也是硫的主要賦存礦物。黃鐵礦多數呈自形－半自形、它形粒狀，少數呈脈狀，主要分布于石英、絹云母等脈石礦物中，其次呈脈狀、粒狀分布于石墨中，偶見黃鐵礦與少量黃銅礦連生。黃鐵礦的嵌布粒度主要在0.02～0.15 mm之間。

為查明黃鐵礦的化學成分特點，采用掃描電鏡對其進行能譜微區成分分析，結果見表5。

表5 黃鐵礦的能譜微區成分分析結果 %

由表5中結果可知，礦石中黃鐵礦的化學成分較為穩定，不含其它雜質，平均含Fe 46.83%、S 53.17%，與它的理論化學成分較為接近。黃鐵礦的X射線能譜成分圖如圖3所示。

圖3 黃鐵礦的X射線能譜成分圖

3.3 脈石礦物

礦石中的脈石礦物主要是石英、白云母、絹云母，其次為少量綠泥石、白云石、方解石等。石英是礦石中主要的透明礦物之一，在薄片中無色［7］，干涉色為一級灰白，主要呈粒狀、細粒狀，粒間分布有絹云母、白云石、方解石等或呈脈狀分布于石墨中，或與絹云母等礦物呈脈狀分布于礦石中，如圖1（d）所示。礦石中的云母主要是白云母和絹云母。絹云母是一種細小鱗片狀的白色云母，組成隱晶質和顯微晶質的鱗片狀集合體，成分和白云母相同。云母主要與石墨、石英等緊密嵌生，片粒間常分布網脈狀的石墨。綠泥石在薄片中呈綠色、淡綠色等，正低突起，干涉色為一級灰，常具有異常干涉色，主要與石墨關系緊密，常呈不規則狀、脈狀分布于石墨片間。礦石中的碳酸鹽礦物主要是白云石、方解石、菱鐵礦等，主要呈不規則狀或脈狀與石英、絹云母緊密嵌生［8］。

4 主要礦物的嵌布粒度

對礦石中的目的礦物——石墨及硫的賦存礦物——黃鐵礦的嵌布粒度進行了統計計算［9］，結果見表6。

表6 礦石中主要礦物的嵌布粒度

由表6中統計結果可知，礦石中石墨的粒度粗細分布不均勻，略有兩極分化趨勢：粒級主要分布在＋0.42 mm 以上及－0.019 mm 以下。石墨的＋0.01 mm正累計分布率約為77.1%。黃鐵礦的嵌布粒度屬于中細粒嵌布，粒度范圍主要在0.037～0.15 mm 之間，合計占總的58.3%。當粒級為＋0.019 mm時，黃鐵礦的正累計分布率為93.2%。

5 影響選礦的礦物學因素

影響選礦的礦物學因素主要有以下兩點：

1.石墨的嵌布粒度細小，粒級在0.005 mm以下的石墨就占總的16.4%。且部分石墨片間分布著粒度在0.01 mm以下的細脈狀的綠泥石。石墨與絹云母、綠泥石、石英等脈石礦物嵌布關系緊密，難以充分解離，不利于石墨的選礦回收。

2.礦石中云母的含量較高，且易于過磨泥化，增加抑制難度，對石墨的提純選別指標造成不利影響［10］。

6 結 論

1.礦石中可供選礦回收的主要組分是碳，品位為53.65%。有害元素S的含量有1.15%。脈石組分主要是SiO2，含量為20.88%，其次為Al2O3，含量為8.44%。

2.礦石中的礦物主要是石墨，是碳的主要賦存礦物。金屬礦物主要是黃鐵礦，是礦石中硫的主要賦存礦物。脈石礦物主要是石英、白云母，絹云母，其次為少量綠泥石、白云石、方解石、菱鐵礦、長石、高嶺石等。

3.石墨的產出形式復雜，一是粗粒級的石墨，粒度在0.5 mm以上，常見包裹脈狀、粒狀的黃鐵礦及石英等脈石礦物，這類石墨總體上粒度較粗，利于選礦回收；部分石墨片間、裂隙分布細脈狀的綠泥石、云母等脈石礦物，這類石墨將難以與綠泥石、云母完全解離。二是石墨呈細小網狀沿絹云母、石英等脈石礦物粒間密集分布，緊密嵌生；此種形式產出的石墨分布密集，粒度細小，即使細磨也很難將其與脈石礦物完全解離，是影響石墨選別指標的重要因素。