河南淅川石墨矿工艺矿物学研究

欧阳志军，管俊芳，2，张凌燕，2，白丽丽，王长拼，田晶晶

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

河南淅川石墨矿工艺矿物学研究

欧阳志军1，管俊芳1，2，张凌燕1，2，白丽丽1，王长拼1，田晶晶1

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

摘要：采用X射线衍射分析、X射线荧光分析、偏光显微镜分析等测试手段对淅川县五个不同矿点的石墨矿进行系统的工艺矿物学研究。结果表明该地石墨矿石固定碳含量11%左右，杂质成分以SiO2、Al2O3为主。目的矿物是石墨，含量10%左右，脉石矿物以石英、白云母为主，含量分别约为40%、25%，石墨主要与石英、白云母相间分布。五个矿点可归为两类(1#、2#为第Ⅰ类，3#、4#和5#样为Ⅱ类)，这两类石墨片的粒度不同，要使石墨单体解离达到90%以上，磨矿细度分别需达到-0.0026mm、-0.013mm。综合分析，该两类石墨矿均属于难选石墨矿，而第Ⅰ类(1#和2#样)石墨矿比第Ⅱ类(3#、4#和5#样)更加难选。

关键词：河南淅川；石墨；工艺矿物学

河南省石墨矿的资源丰富，其储量可排在全国第五，主要以晶质石墨为主[1-2]。淅川县是河南省主要的石墨矿分布地区之一，其中小徒岭石墨矿就位于淅川县[3]。淅川石墨矿矿体呈层状，矿石类型以石墨片麻岩、石墨片岩透镜体为主，呈灰黄至黑色，矿石固定碳含量平均8.1%，最高能达到14.51%[3-4]。

优质的石墨资源越来越少，石墨矿石的性质逐渐往“贫、细、杂”的方向发展。对于石墨选矿的报道很多，而对于石墨矿石性质方面的研究却鲜有报道。本文针对淅川县石墨矿石进行了系统的工艺矿物学研究，目的是为该类石墨矿的选矿试验提供技术指导。

1矿样和测试仪器

矿样：来自河南省淅川县，取自五个不同矿点，依次编号为1#～5#。

测试仪器：D8Advance型X射线衍射仪，德国布鲁克公司；Axiosadvanced型X射线荧光光谱仪，荷兰PANalyticalB.V.Leica公司；DMLP透/反两用偏光显微镜，德国莱卡公司。

2矿石的特征

肉眼观察，矿石为片麻状构造，鳞片变晶结构，呈条带状分布，主要表现为富含石墨的条带(深色条带部分)与富含石英和白云母的条带相间分布。

2.1矿石的化学成分

1#～5#矿样的化学成分见表1。

表1　1#～5#矿样化学成分分析/%

注：固定碳含量是依据国标GB3521-2008测得，其他成分均由XRF分析所得。

由表1可知，1#～4#样的固定碳含量11%左右，稍高于5#样的8.07%，与之相对应，1#～4#样的烧失量为16%左右，稍高于5#样的12.57%。五种矿样的杂质化学成分均以SiO2、Al2O3及TFe2O3、K2O为主。其中，3#和5#样的SiO2含量61%左右，高于另外三种矿样，其含量为55%左右；3#样的Al2O3含量约13%，稍低于其它四种矿样，其含量16%左右；1#、2#、3#样的TFe2O3含量为2%～3%，低于4#和5#样，其含量6%左右；1#、2#样的MgO、Na2O、TiO2含量分别1.5%、1.2%、1.5%左右，稍高于3#、4#、5#样，含量分别为0.8%左右、0.1%～0.4%、0.7%左右；2#、5#样的CaO含量很低，约0.2%，1#、3#、4#样的CaO含量为1%左右；1#、2#、3#样的SO3含量0.6%左右，而4#、5#样的SO3的含量只有0.1%～0.3%。

总之，1#和2#样的化学成分比较类似，而3#、4#和5#样的化学成分比较类似。

2.2矿石的矿物组成及特征

2.2.1显微镜下矿物特征

综合肉眼观察的矿石特征以及矿石的化学多元素分析，将1#、2#样(第Ⅰ类)与3#、4#和5#样(第Ⅱ类)分为两类，因此，显微镜下矿物特征分为两类来描述。

石墨(G)。第Ⅰ类：根据石墨的分布及大小，可将其分为三类：一是微细粒的鳞片石墨，呈定向排列(图1)；二是长条状石墨绕过脉石定向排列(图2)；三是片状石墨(图2)。石墨片径最大为90μm，最小0.165μm，一般在3～10μm。。石墨含量12%左右。第Ⅱ类：根据石墨的形状，可归纳为两类：①片状的石墨，石墨片长径最大约100μm，最小0.5μm，一般5～38μm。该类石墨多与白云母相邻共生(图3)；②是粒状的石墨。该类石墨和白云母、石英相邻共生(图4)，石墨集合体粒径最大50μm，最小0.5μm，一般25μm。两个矿类的矿石，第一类的石墨分布广，约占70%～80%，第二类占20%～30%左右。石墨在矿石中含量8%～11%。

石英(Q)。第Ⅰ类：根据石英集合体的单体分布的形式，可分为两类：①透镜状分布或成脉状的石英集合体，透镜体由细粒石英的集合体组成(图1)，石英单体一般大小10～39μm；②呈单体和石墨、白云母相间分布的石英(图2、图5)，该类石英一般大小10～25μm，矿石中以第一种含量居多。石英含量约35%。第Ⅱ类：不规则的粒状～微细粒状，石英微细粒集合体多呈透镜状，条带状分布(图3)。石英单体粒度变化较大，最小0.5μm，最大0.5mm，一般粒度0.045～0.135mm。工艺粒度(集合体)一般0.050mm，石英多与白云母相邻，少量与石墨相邻。石英含量40%～50%。

白云母(M)。第Ⅰ类：微细的鳞片状，条状或片状，一般1μm×15μm。根据白云母和其他矿物共生关系分为：①和石英相间分布的白云母(图5)；②和石墨紧密相邻的白云母(图5)。白云母含量30%第Ⅱ类：片状，矿石中的白云母片的大小不均，可归纳为两类：①和片状石墨平行连生或共生的片状白云母(图3)，这类白云母片径大，一般50～100μm；②和石英密切共生的白云母(图3)，片径稍小，一般50～90μm。白云母含量22%～25%。

长石(P)。第Ⅰ类：粒状、浅褐色，最大80μm，最小8μm，一般50μm。由于强烈的蚀变作用，长石已蚀变为高岭土或绢云母化，仅残留长石颗粒的轮廓(图6)。长石含量12%。第Ⅱ类：不规则的粒状，大部分高岭石化，少部分表面新鲜，粒度最大600μm，最小300μm，一般123～360μm。由于强烈的蚀变作用，长石仅残留长石颗粒的轮廓。矿石中含量2%～5%。

此外，矿石中还含有少量高岭石、金红石、赤褐铁矿等矿物。

综合分析，第Ⅰ类中矿物种类与第Ⅱ类中矿物种类类似，矿物含量有一定的差异。比较而言，第Ⅰ类中矿物片径大小要比第Ⅱ类中矿物片径要小。

2.2.2矿石的XRD物相分析

五种矿石的XRD物相分析见图7。

图1　微细粒的鳞片石墨，脉石矿物石英呈透镜状或脉状( ×100 (反光))

图2　片状、长条状石墨绕过脉石定向排列，石英最大(46μm)(×200 (反光))

图3　片状的石墨，白云母，石英(×200 (-))

图4　粒状石墨(×200 (反光))

图5　石英、白云母相间分布( ×200 (+))

图6　蚀变的长石(×200 (-))

图7　矿石XRD图谱分析

由图8可知，五种矿石组成矿物种类差不多，主要矿物包括石墨、石英、云母、长石类矿物，以及高岭石、金红石等，其主要差异为组成矿物含量不同，这与显微镜下矿物特征结果相吻合。

3石墨的嵌布特征

根据线测法，对光片中石墨鳞片的长径进行了统计，得到石墨的嵌布特征。

对第Ⅰ类矿样的线测颗粒数为6140个，第Ⅱ类矿样的线测颗粒数为15413个，从而得到第Ⅰ类、第Ⅱ类矿样石墨嵌布特征见表2。

由表2可知，第Ⅰ类矿样的石墨鳞片约85%的粒度小于10μm，小于1.6μm的颗粒数约占8%，主要集中在-6.5+2.6μm之间，颗粒数约占40%；第Ⅱ类矿样的颗粒数在各个粒级(+2.6μm)分布较平均，小于10μm的颗粒数约占35%，小于1.6μm的颗粒数占的比例不到1%。

表2　石墨的嵌布特征

对于第Ⅰ类矿样，当磨矿细度到-0.0065mm时，石墨的单体解离度为78.45%，当磨矿细度到-0.0026mm时，石墨的单体解离度为94.34%；对于第Ⅱ类矿样，当磨矿细度到-0.018mm时，石墨的单体解离度为87.12%，当磨矿细度到-0.013mm时，石墨的单体解离度为94.11%。

四川南江[5]石墨矿单体解离度达到90%，其磨矿细度需要达到-0.019mm；陕西省潼关县[6]石墨矿磨矿细度-0.074mm粒级含量60%时，其单体解离度可达到98.77%；四川某地[7]石墨矿-37μm颗粒数约占80%。相比于这几处的石墨矿，淅川县石墨矿嵌布粒度更加细，尤其是第Ⅰ类石墨矿。

4结论

1)河南淅川石墨矿中固定碳含量10%左右，主要的杂质化学成分为SiO255%～60%、Al2O312%～17%、TFe2O32%～6%以及K2O，约3%。

2)河南淅川石墨矿中目的矿物为石墨，含量8%～12%，脉石矿物主要为石英35%～50%、白云母22%～30%，少量的长石类、高岭石、金红石等矿物。

3)第Ⅰ类矿样石墨及其他脉石矿物的粒度明显要细于第Ⅱ类矿样。第Ⅱ类矿样的白云母片径大，相比较于第Ⅰ类矿样，其中的白云母与石墨的分离更加容易。第Ⅰ类矿样石墨、白云母、长石、金红石的含量稍高于第Ⅱ类矿样，而石英、高岭石及赤褐铁矿的含量稍低于第Ⅱ类矿样。

4)第Ⅰ类矿样中目的矿物石墨的粒度比第Ⅱ类矿样中的小，要使石墨的单体解离度达到90%以上，第Ⅰ类的磨矿细度需要达到-0.0026mm，第Ⅱ类的磨矿细度需达到-0.013mm。

总之，由于石墨的粒度微细，淅川县的石墨矿属于难选的石墨矿，而第Ⅰ类矿样比第Ⅱ类矿样更加难选。

参考文献

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[7]张凌燕，李向益，邱杨率，等.四川某难选石墨矿选矿试验研究[J].金属矿山，2012(7):95-98.

Study on process mineralogy of the graphite in Xichuan county of Henan province

OUYANGZhi-jun1，GUANJun-fang1，2，ZHANGLing-yan1，2，BAILi-li1，WANGChang-pin1，TIANJing-jing1

(1.ResourcesofEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China;2.HubeiKeyLaboratoryofMineralResourcesProcessingandEnvironment，Wuhan430070，China)

Abstract:A systematic study on process mineralogy of five different graphite mine in Xichuan county of Henan province had been conducted with the help of the X-ray fluorescence analysis，the polarization microscope analysis，and the X-ray diffraction analysis.The result showed that the fixed carbon content of the graphite is about 11%，the impurity constituent is mainly consist of silicon dioxide and aluminum oxide.The content of the graphite，the objective mine，is about 10%，and in gangue minerals，quartz (about 40%) and muscovite (about 25%) are major，and the graphite mainly distributed alternatively with quartz and muscovite.Five different graphite mine can be divided into two categories，which first category includes 1#and 2#，and second category contains 3#，4# and 5#.Two kinds of graphite are different in the particle size，and the grinding fineness needs respectively less than 0.0026mm and 0.013mm so that the liberation degree of the graphite can reach 90%.In all，the two kinds of graphite mine are refractory，and the first category is more refractory than the second one.

Key words：Xichuan county of Henan；graphite；process mineralogy

收稿日期：2015-05-08

作者简介：欧阳志军(1992-)，男，硕士研究生，主要从事非金属矿选矿研究。E-mail:15071484549@163.com。 通讯作者：张凌燕(1963-)，男，教授，博士，硕士研究生导师。

中图分类号：TD97

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)04-0137-04