湖北枣阳石墨工艺矿物学研究

李 健, 黄 鹏, 康 健, 刘 爽, 白 丁, 林 璠

(1.国土资源部 稀土稀有稀散矿产实验技术重点实验室,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

石墨是一种非金属矿产品,不仅普遍应用于一般工业和消费领域,还广泛应用于一些特殊的工业领域。在发达国家,石墨产品已作为新材料技术的代表,得到了充分的开发和研究。随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料,在国民经济中具有重要的作用[1]。

湖北枣阳石墨矿是湖北省地质局找矿新成果,位于东秦岭非金属矿成矿带,目前地勘工作显示远景储量巨大。本文对枣阳石墨矿的特征进行系统的工艺矿

物学研究,查明矿石中石墨的赋存状态、嵌布特征、粒度组成等,对该矿的可选性试验研究具有重要的指导意义。

1 矿石物质组成

1.1 原矿化学成分分析

原矿的化学多元素分析结果见表1。由表可知,矿石中固定碳含量仅为3.12%,远低于目前市场已开发的石墨矿山的矿石品位。

1.2 矿石矿物组成

经XRD分析(图1)和显微镜镜下观察综合[2-3],矿石的矿物组成及大概含量见表2。

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

图1 矿石XRD图谱Fig.1 XRD patterns of the ore

表2 矿石主要矿物组成Table 2 Main mineral contents of the ore

2 矿石矿物组成特征

2.1 石墨矿物特征

石墨在矿石中呈略显弯曲的针片状、鳞片状、显微鳞片状及细小鳞片状等,见图2,沿岩石的片理方向分布,在矿石中呈星散状较均匀分布,多呈单一鳞片,少数呈集合体形式。颗粒内夹杂矿物较少,基本未见。石墨片径变化范围较大,最大为0.03 mm,最小为0.001 mm左右,一般为0.001～0.005 mm左右,主要为晶质石墨,部分为隐晶质石墨。

2.2 脉石矿物特征

图2 石墨镜下照片Fig.2 Micrograph of graphite

(1) 石英:矿石中的主要脉石矿物,呈他形粒状,颗粒内部常包裹有少量较细小矿物而较脏,粒径一般0.02～0.1 mm不等,颗粒之间以较弯曲边缘紧密镶嵌,多均匀分布,少数呈条带状集合体产出。

(2) 云母类矿物:主要为绢云母、白云母,是矿石中重要的脉石矿物,呈细小鳞片状、针片状,主要分布于绢云石英千枚岩中,片径最大0.1 mm,一般0.02～0.05 mm,绢云斜长石英岩内含量相对较少,片径较大,一般0.1～0.25 mm左右。白云母呈条带状集合体产出,见图3。绢云母较均匀分布于岩石中,长轴方向定向产出,形成千枚理。

(3) 白云石:多呈半自形粒状,较均匀分布于岩石中,少数呈条带状集合体产出,且颗粒表面附着少量铁质微粒而较脏。

(4) 绿泥石:主要分布于绢云石英千枚岩内,呈细小鳞片状,片径0.05 mm左右,呈星散状分布。

3 石墨嵌布粒度特征

图3 白云母镜下照片Fig.3 Micrograph of mica

石墨在矿石中多为显微粒级的颗粒,与脉石矿物共生关系紧密,通过镜下观察统计石墨片径,得到石墨嵌布粒度特征,见表3。

由表3可知,矿石中石墨的主要粒度分布区间在1～5 μm,达58%,另外1 μm以下的隐晶质石墨占比接近20%,在选矿过程中的单体解离难度较大。

表3 石墨粒度分布表Table 3 Distribution of graphite

4 矿石结构与构造

4.1 矿石结构

矿石结构主要有显微鳞片状变晶结构、鳞片粒状变晶结构、粒状变晶结构及自形—半自形粒状结构。

(1) 显微鳞片状变晶结构。石墨主要呈显微鳞片状分布于云母、石英等矿物之间,有的石墨有鳞片扭折变形现象。

(2) 鳞片粒状变晶结构。为绢云石英千枚岩的主要结构,其内绢云母均呈细小鳞片状,而石英等矿物则呈粒状变晶结构,均匀分布,形成鳞片粒状变晶结构。

(3) 粒状变晶结构。为斜长绢云石英岩的主要结构,其内主要矿石石英呈他形粒状,相互之间以较弯曲边缘紧密镶嵌,均匀分布于岩石中。

(4) 自形—半自形粒状结构。黄铁矿呈自形—半自形粒状星散分布于石英、云母等矿物之间,且多与较粗粒者共生。

4.2 矿石构造

矿石构造主要为片状构造,少数具浸染状构造。

(1) 千枚状构造。受变质作用影响,石墨及绢云母、石英等矿物多具定向排列,形成千枚状构造。

(2) 浸染状构造。黄铁矿呈稀疏浸染状分布于矿石之中。

(3) 条带状构造。少数较粗粒石英及黄铁矿以条带状集合体定向产出,呈条带状构造。

5 结语

(1) 湖北枣阳石墨固定碳含量3.12%,主要矿物组成为石墨3%,石英55%,云母类31%,白云石7%。

(2) 石墨嵌布粒度为显微粒级,主要分布区间1～5 μm,多为晶质石墨,部分为隐晶质石墨。

(3) 石墨与伴生矿物的共生紧密,粒度细微,对其进行单体解离难度较高。

[1] 李圣华.碳和石墨制品:下册[M].北京:冶金工业出版社,1987.

[2] 梁敬魁.粉末衍射法测定晶体结构:下册[M].北京:科学出版社,2011.

[3] 廖晓玲.现代材料测试技术[M].北京:冶金工业出版社,2010.