新疆滴水铜矿石工艺矿物学研究

时文革 巩恩普 姚玉增 张永利 李子涵

(1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳110819;2.山东招金集团有限公司，山东 招远265400)

硫化铜矿是铜资源存在的主要形式，占世界总铜储量的85%以上，其中又以斑岩型硫化铜矿床最为普遍，目前为世界提供了50%以上的金属铜［1］。随着高品位硫化铜矿资源的日益减少，加强氧化铜矿石的开发利用研究对资源的综合利用具有重大意义［2］。

新疆滴水铜矿是典型的氧化型铜矿，位于拜城县境内，属河湖相陆源碎屑沉积型砂岩铜矿床。始采于清末，为新疆境内发现最早、规模较大的同类型铜矿床。矿区大地构造位置位于塔里木盆地北缘，拜城—库车新生代盆地、铜矿山背斜北翼，地质构造背景简单。区域范围内地层较为简单，以新生代沉积地层为主，后在喜山期发生了褶皱变形，基本没有发生变质作用，另外，区内没有岩浆侵入活动。滴水铜矿产于新近系康村组一套碎屑岩中，主要含矿层位有3 个，即A层、B 层和C 层。3 个含矿层位间相隔距离稳定，其中A 层矿体位于矿区最下部，规模较小，矿体连续性相对较差;B 层矿体控制长度2 000 余m，品位与厚度变化较小;C 层矿体连续性稍差，控制长度5 000余m，品位与厚度稳定，是矿床的主要工业矿体。

长期以来，对新疆滴水铜矿床的研究程度较低，对矿石性质缺乏深刻的认识，浮选工艺的优化与发展缺乏工艺矿物学基础［3-5］，因而影响了浮选指标的进步。本研究旨在查明矿石的工艺矿物学性质，为科学利用滴水铜矿资源提供理论依据。

1 矿石的成分分析

滴水铜矿石铜品位较低，氧化率、含泥量、钙镁含量均较高，属于碱性脉石低品位氧化铜矿石。矿石中的铜矿物种类繁多，有孔雀石、赤铜矿、硅孔雀石、黑铜矿、蓝铜矿、铜蓝、氯铜矿、自然铜、辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿等，其他主要金属矿物有褐铁矿、赤铁矿以及少量的磁铁矿等;脉石矿物主要有石英(燧石)、斜长石、微斜长石、条纹长石、黑云母、方解石、绿泥石、绿帘石等。矿石主要化学成分分析结果见表1，主要金属矿物组成见表2，主要非金属矿物组成见表3。

表1 矿石主要化学成分分析结果Table 1 Main chemical composition analysis of the ore %

表2 矿石主要金属矿物组成Table 2 Main metallic mineral composition of the ore %

2 矿石的结构构造

2.1 矿石的结构

(1)砂状结构。矿石中的黄铜矿、石英、斜长石、微斜长石、绿帘石等以砂状分布于矿石中，粒度在0.35 ～0.20 mm，见图1。

表3 矿石主要脉石矿物组成Table 3 Main gangue mineral composition of the ore %

图1 砂状结构矿石Fig.1 Sandy structure of the ore

(2)泥状结构。黏土矿物、方解石、绢云母、微晶石英、斜长石、微斜长石等颗粒细小，成泥状分布于矿石中，粒度小于0.004 mm，见图2。

图2 泥状结构矿石Fig.2 Pelitic structure of the ore

(3)棱角状结构。石英、斜长石、微斜长石、方解石等矿物颗粒为棱角状分布于矿石中，见图3。

图3 棱角状结构矿石Fig.3 Angular structure of the ore

(4)交代溶蚀结构。矿石中斜长石、微斜长石、方解石等矿物有被溶蚀的现象，构成交代溶蚀结构，见图4。

(5)纤维状结构。矿石中绿泥石、黑云母呈束状分布，构成纤维状、束状结构。

图4 交代溶蚀结构矿石Fig.4 Metasomatic structure of the ore

(6)皮壳状结构。矿石中孔雀石、硅孔雀石等呈皮壳状分布，构成皮壳状结构。

2.2 矿石的构造

矿石的构造类型主要有浸染状、条带状、块状、网纹状、胶状、充填状、层状和粒状构造。其中部分蓝铜矿、赤铜矿等矿物颗粒呈浸染状分布于矿石中，构成浸染状构造;部分孔雀石、硅孔雀石、蓝铜矿等矿物颗粒呈条带状、块状、网纹状分布于矿石中，构成条带状构造、块状构造、网纹状构造;部分孔雀石、硅孔雀石等矿物颗粒呈胶状、充填状分布于矿石和矿石裂隙中，构成胶状、充填状构造;部分孔雀石、硅孔雀石与脉石矿物颗粒充填于矿石的裂隙中，构成充填状构造;矿石中普遍可见金属硫化矿物的自形晶结构、半自形晶结构及他形晶粒状结构。

3 主要矿物的相态及嵌布特征［6-7］

3.1 铜矿物

3.1.1 孔雀石

孔雀石的粒度为1 ～0.05 mm，呈胶状分布，见图5，也有时呈膜状分布于矿石的面上，厚度1 ～0.05 mm，有的孔雀石中混入有少量的褐铁矿。

图5 矿石中的胶状孔雀石Fig.5 Malachite in the ore

3.1.2 赤铜矿

赤铜矿在矿石中比较常见，主要呈微细粒、土状集合体，往往赋存在砂岩或泥灰岩的胶结物中，也有充填在矿石的裂隙中，常与褐铁矿伴生，见图6。赤铜矿有时与孔雀石交生，形成铜矿物集合体，粒度在0.8 ～0.05 mm。

图6 矿石中的赤铜矿Fig.6 Cuprite in the ore

3.1.3 硅孔雀石

硅孔雀石是矿石中分布较广的铜矿物，主要赋存在薄层泥灰岩的胶结物中，常呈微片状集合体，有的硅孔雀石与孔雀石、黏土类矿物、碳质密切共生。

3.1.4 蓝铜矿

矿石中蓝铜矿多为浸染状、土状或皮壳状等，有时蓝铜矿呈蓝色圆斑状，一般直径在1 ～5 mm，大者可达15 mm，分布在泥灰岩或粉砂质页岩的层面上。

3.1.5 黑铜矿

黑铜矿呈黑色粒状、圆斑状分布在薄层状泥灰岩或页岩的层面上，一般直径在0.01 ～0.2 mm，大者可达10 mm，与铜蓝、孔雀石等矿物共生或伴生。

3.1.6 铜蓝

铜蓝属少见矿物，呈浸染状分布于矿石的裂隙中，为粉末状、微鳞片状集合体，呈薄膜状分布于泥灰岩中，见图7，偶见与赤铜矿连生。

图7 矿石中的铜蓝Fig.7 Covellite in the ore

3.1.7 辉铜矿

矿石中的辉铜矿主要呈浸染状分布，或呈粒状、浸染状分布在杂色钙质砂岩和细粒砂岩及深灰色泥灰岩中，见图8，矿物颗粒大小与砂岩的粒级大小成正相关，一般在0.2 ～0.005 mm。

3.1.8 斑铜矿

斑铜矿数量较少，多呈星点状、粒状、浸染状分布在杂色钙质砂岩和细粒砂岩及深灰色泥灰岩中，见图9 颗粒微小，一般在0.001 ～0.01 mm。

3.1.9 黄铜矿

图8 矿石中的辉铜矿Fig.8 Chalcocite in the ore

图9 矿石中的斑铜矿(Bn)Fig.9 Bornite of in the ore

黄铜矿数量极少，呈星点状分布在杂色不等粒砂岩和灰绿色中—细粒砂岩中，粒度＜0.01 mm，是矿石的原生硫化物。

3.1.10 自然铜

次生自然铜较为纯净，常出现在氧化带中，见图10。

图10 矿石中的自然铜Fig.10 Metallic copper in the ore

3.2 脉石矿物

3.2.1 石 英

石英是矿石中的主要脉石矿物，为棱角状、次棱角状细小集合体颗粒，嵌布粒度最小为0.03 mm，最大为2 mm，一般为0.5 ～0.08 mm，见图11。

图11 矿石的石英Fig.11 Quartz in the ore

3.2.2 斜长石和微斜长石

斜长石是矿石中的主要脉石矿物，为棱角状、次棱角状，嵌布粒度最小为0.03 mm，最大为2 mm，一般为0.3 ～0.08 mm;微斜长石为棱角状、次棱角状，嵌布粒度最小为0.01 mm，最大为1.5 mm，一般为0.1 ～0.06 mm。

3.2.3 方解石(白云石)

方解石(白云石)是区内最常见的脉石矿物，呈棱角状、次棱角状，在有的矿石中为基底，在有的矿石中为碎屑颗粒胶结物，嵌布粒度最小为0.01 mm(为泥状)，最大为2 mm，一般为0.2 ～0.01 mm，见图12。

图12 矿石的方解石Fig.12 Calcite in the ore

3.2.4 绿泥石

绿泥石呈束状、缕状，集合体为放射状，由黑云母蚀变而成，常常围绕碎屑颗粒分布，嵌布粒度最小为0.01 mm，最大为2 mm，一般为0.5 ～0.05 mm。

3.2.5 黑云母

黑云母呈束状、缕状，集合体为放射状，有的已经绿泥石化，常常围绕碎屑颗粒分布，嵌布粒度最小为0.01 mm，最大为2 mm，一般为0.5 ～0.05 mm。

3.2.6 黄铁矿

砂岩、泥岩及泥灰岩中有大量的球粒状、草莓状黄铁矿集合体，该集合体一般由数十个，甚至数百个亚微米级黄铁矿晶体或微晶体组成，见图13。草莓状黄铁矿有浸染状、团块状，也有沿裂隙充填状产出的，特殊集合体形态是其独特形成环境的反映［8］，有时莓群黄铁矿集合体被视为层控铜矿的重要标志之一。

图13 团块状草莓状黄铁矿Fig.13 Massive strawberry pyrite

4 结 论

(1)新疆滴水铜矿石中铜矿物种类繁多，以氧化铜矿物为主，约占总铜的83%以上，硫化铜及自然铜不足总铜的17%。主要含铜矿物有孔雀石、赤铜矿、硅孔雀石、黑铜矿、蓝铜矿、铜蓝、辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿等。

(2)矿石中的脉石矿物种类也较丰富，主要有石英(燧石)、斜长石、微斜长石、条纹长石、黑云母，方解石蚀变矿物主要有绿泥石、绿帘石等。

(3)矿石的主要结构形式有砂状结构、泥状结构、棱角状结构、交代溶蚀结构、束状结构和皮壳状结构;主要构造形式有层状构造、浸染状构造、条带状构造、块状构造、网纹状构造等。

(4)各种铜矿物嵌布特征差异较大，且嵌布粒度粗细不均，最小粒仅为0.001 mm，最大粒一般为1 mm 左右，有的甚至达15 mm。

(5)草莓状黄铁矿集合体形态是矿石独特形成环境的反映。

［1］ Cooke D R，Hollings P，Walshe J I.Giant porphyry deposits:characteristics，distribution，and tectonic controls［J］.Economic Geology，2005，l00:801-808.

［2］ 冯 宁.难选氧化铜矿石选矿技术研究及应用［J］. 现代矿业，2014(2):174-181.

Feng Ning.Study and application of flotation technology of refractory oxide copper ore［J］.Modern Mining，2014(2):174-181.

［3］ 陈建华，王进明，龙贤灏，等. 硫化铜矿物电子结构的第一性原理研究［J］. 中南大学学报:自然科学版，2011，42(12):3612-3617.

Chen Jianhua，Wang Jinming，Long Xianhao，et al. First principle theory on electronic structure of copper sulfides［J］.Journal of Central South University:Science and Technology，2011，42(12):3612-3617.

［4］ 许志华.铜工艺矿物学［J］. 广东有色金属学报，1999，9(1):1-8.

Xu Zhihua.Technological mineral of copper［J］. Journal of Guangdong Non-ferrous Metal，1999，9(1):1-8.

［5］ Yang Hongying，Wang Sihui，Song Xiangling，et al. Gold occurrence of Jiaojia Gold Mine in Shandong Province［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2011，21(9):2072-2077.

［6］ 徐晓军. 硅孔雀石结构特性和浮选方法［J］. 云南冶金，1990(1):12-15.

Xu Xiaojun. The texture characteristics of chrysocolla and flotation method［J］.Yuannan Metallurgy，1990(1):12-15.

［7］ 叶 霖，刘铁庚. 新疆氯铜矿的发现及其意义［J］. 矿物学报，1997，17(1 ):78-81.

Ye Lin，Liu Tiegeng.The discovery of atacamite in Xinjiang and its significance［J］.Acta Mineralogica Sinica，1997，17(1):78-81.

［8］ 陈建平，王成善，唐菊兴，等. 西藏玉龙铜矿床次生氧化富集作用机制［J］.地质学报，1998，72(2):153-161.

Chen Jianping，Wang Chengshan，Tang Juxing，et al. Mechanism of secondary oxidation and enrichment in the Yulong Copper Deposit，Xizang［J］.Acta Geologica Sinica，1998，72(2):153-161.