吉林省集安地区晶质石墨矿与国内主要矿区的对比研究

刘晓刚（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林　长春　130033）



吉林省集安地区晶质石墨矿与国内主要矿区的对比研究

刘晓刚
（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春130033）

【摘 要】通过与国内几个主要地区的晶质石墨矿床的特征对比，确认吉林省集安地区的晶质石墨矿具有区域变质型矿床地质特征，属于区域变质型晶质石墨矿床。集安群荒岔沟组含墨变粒岩等含墨建造是寻找晶质石墨矿的直接找矿标志。该地区的晶质石墨矿具有低硫、易选、大鳞片等特点，可以实现区域性开发。

【关键词】晶质石墨矿；地质特征；变质特征；矿石特征；对比；应用分析

1　前言

由于石墨具有许多优异的性能，目前被广泛应用于冶金、机械、电气、轻工、化工以及国防等领域，用途十分广泛，具有深度开发和技术创新的广阔空间。尤其石墨烯的出现更是把石墨推向了更广泛的应用领域，石墨已经成为军工业与现代工业，特别是高新技术产业发展不可或缺的重要战略资源，在经济发展中的地位越来越重要。

石墨是我国的优势矿产，储量、产量和出口量均居世界第一。其中应用价值最高的晶质石墨，产量多年来一直处于世界首位。我国20多个省（区、市）已发现有石墨矿点，并形成了山东南墅、黑龙江柳毛、内蒙古兴和三大（晶质）石墨生产基地，集中了全国晶质石墨矿保有储量的90%以上。黑龙江省晶质石墨矿储量最多，占全国储量的61%；四川、山东、内蒙古、河南、陕西等省（区）资源储量均在450万t以上，这些省份占全国储量的近30%。

吉林省除了在磐石有隐晶质石墨矿产出外，在通化、集安等地亦有晶质石墨矿产出，虽然在矿床规模及矿物品位上与山东、黑龙江、内蒙古等地主要矿床相比，没有明显优势，但就矿体特性来说，还是具有一定的区域特征和开发价值的。

2　晶质石墨矿基本情况

2.1矿床分布

吉林省内具有一定规模的晶质石墨矿床主要集中在吉林省南部，包括通化县三半江、集安市头道镇、清河镇、财源镇、花甸镇、大路镇一带。典型的矿床有：通化县三半江晶质石墨矿、集安市双兴晶质石墨矿、财源镇小黑窝子—报马川晶质石墨矿等。除通化县三半江晶质石墨矿为一大型晶质石墨矿床外，其余多为中、小型晶质石墨矿床。

吉林省南部与辽宁省东部同处于我国一条重要成矿带——辽吉古裂谷带，这一区域在古元古代时期产生了近东西向的张裂断陷盆地，形成辽吉古裂谷。该成矿带主要由古元古代辽河群（辽宁省），老岭群、集安群（吉林省）和裂谷不同演化阶段的岩浆岩组合而成。吉林省南部晶质石墨成矿带，大地构造位置位于中朝准地台（Ⅰ）辽东台隆（Ⅱ）太子河—浑江拗陷（Ⅲ）桓仁—集安隆起（Ⅳ）北缘。该地区晶质石墨矿的主要含矿地层为集安群荒岔沟组，见表1。

2.2矿床成因

集安群为一套以铝榴石角闪岩相为主，局部麻粒岩相的中深变质岩系。碳元素的富集、较高的温度和压力、还原环境是形成石墨矿床的条件。赋存于集安群的晶质石墨矿床属于海底火山—沉积变质、岩浆热液作用再造的层控矿床，其原岩为一套海相火山岩—碎屑岩—碳酸盐岩沉积建造。原岩中碳质含量较高，中深程度的区域变质作用使碳质结晶为鳞片状，广泛发育但又不太强烈的混合岩化作用，使石墨发生重结晶，并形成大鳞片。

3　与国内其他地区石墨矿床的比较

针对国内具有代表性的晶质石墨矿区，选择了山东莱西、黑龙江鸡西、内蒙古兴和、河南鲁山等几个地区的晶质石墨矿床与吉林省集安地区的晶质石墨矿床进行比较。

3.1成因及地质特征

表1　集安群地层特征

表2　各地晶质石墨矿地质特征

通过对各地晶质石墨矿地质特征比较（见表2），可以看出：晶质石墨矿成矿时代比较老，含矿地层均为太古界到古元古界，矿体所处地块均为大地构造隆起区，成矿作用受大地构造影响，并受沉积变质作用控制，矿床均为区域变质型石墨矿床，矿体形态多呈层状—似层状、透镜状。

3.2矿床变质特征

通过对各地晶质石墨矿含矿地层及变质特征比较（见表3）可以看出：晶质石墨矿含矿原岩建造均为海相陆源沉积建造，原岩中含有碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩、粘土岩等沉积岩；含矿岩石多为变质作用形成的变粒岩、片麻岩、片岩、大理岩、透辉岩等；矿体均受中—深程度的区域变质作用，并有不同程度的混合岩化作用；石墨结晶状态普遍为鳞片状变晶结构，由于变质作用和混合岩化作用程度的不同，石墨鳞片大小也有所不同。

3.3矿石类型特征

通过对各地晶质石墨矿石类型特征比较（见表4）可以看出：晶质石墨矿石类型多为含石墨的变粒岩、片麻岩、片岩、大理岩、透辉岩等，基本以含矿岩石命名；含矿地层主要矿物组分多以石英、长石类、云母类为主，并随原岩的不同，含有其他不同的矿物组分；矿石品位除黑龙江鸡西地区明显较高外，大多在3%～6%；大鳞片（+100目）石墨除河南鲁山占比较少外，多在50%以上；矿石易选，精矿品位、回收率可达90%，大鳞片石墨产率较高，多在30%以上。

表3　各地晶质石墨矿含矿地层及变质特征

表4　各地晶质石墨矿矿石类型特征

表5　各地晶质石墨矿矿石主要化学成分（%）

3.4主要化学成分

通过对各地晶质石墨矿石主要化学成分比较（见表5）可以看出：晶质石墨矿石主要化学成分差别不是很大，与含矿原岩的主要化学成分相关联。主要区别在于，黑龙江鸡西所产晶质石墨矿固定碳含量较高，吉林集安、黑龙江鸡西所产晶质石墨矿S含量相对较低，内蒙古兴和所产晶质石墨矿铁含量较高。

3.5综合比较分析

总的来说，晶质石墨矿床赋存于前寒武纪的中—深变质岩系中，由区域变质作用形成，成矿作用发生于我国地台形成和发展阶段，以及开始解体的早期阶段，多见于褶皱隆起区。矿床原岩建造多属粘土岩—碳酸盐岩—基性火山岩，沉积于近陆源浅海区。主要岩性有变粒岩、片麻岩、片岩、透辉（透闪）岩、大理岩、石英岩等。含矿岩系富含碳酸盐，变质程度普遍达到角闪岩相—麻粒岩相。矿床褶皱、断裂构造发育，并伴有岩浆热液活动，混合岩化作用较为普遍，多期变质作用叠加影响比较明显。混合岩化作用是影响石墨相对富集和鳞片大小的重要因素，轻微程度的混合岩化作用，常使石墨形成大鳞片或品位增高。

晶质石墨矿体受沉积变质作用控制，有一定的层位，产状多与围岩产状一致，呈层状、似层状或透镜状。一个矿床中一般有多层矿体，因常受断层或岩体的破坏，矿体形态比较复杂。

常见的矿石类型有石墨片麻岩和石墨片岩，其次为石墨透辉岩，少数矿床有石墨变粒岩、石墨混合岩及石墨大理岩等。矿石中与石墨共生的矿物多达30余种，主要有长石、石英、云母、方解石、白云石，含透辉石、透闪石、红柱石、硅线石、石榴子石、黝帘石、蛇纹石、金云母等变质矿物，伴生有黄铁矿、金红石、钒云母、钒榴石等。

晶质石墨呈鳞片、聚片或星散状，片径通常在0.1mm至几毫米之间，矿石品位（固定碳含量）大多3%～10%，较高的10%～16%，有的高达30%以上。矿石具有良好的可选性，精矿品位较高，可达85%～94%，回收率90%～95%，大鳞片石墨产率多在30%以上。有的矿床中伴生品位较高的矿物，可综合回收利用。

4　晶质石墨矿的应用分析

晶质石墨矿是集安市的优势矿产资源，矿区水文地质及工程地质条件简单，自然环境、水、电、交通等外部建设条件比较优越，适于大规模机械化露天开采，矿山开采成本不高。

目前，晶质石墨矿浮选工艺比较成熟，基本的工艺流程是：原矿破碎→湿式粗磨→粗选→粗精矿再磨再选→精选→脱水干燥→分级包装等。浮选工艺流程一般采用多段磨矿、多段选别、中矿顺序或集中返回的闭路流程。多段再磨再选有三种形式：精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨，一般采用精矿再磨再选流程。经过浮选加工后的中、低碳石墨多数作为初级产品出售给其他行业，再经过加工利用，形成其他行业产品。晶质石墨用量最大的是耐火行业，用石墨和镁砂生产炼钢用镁碳砖、镁铝碳砖等耐火产品，其次是轻工、石油、化工等行业用作润滑剂以及电极、石墨板材等，但大多数产品技术含量较低。

集安当地已有多家石墨企业，效益较好，产品以中、低碳石墨为主，精矿品位在85%～93%之间，+100目（0.147mm）大鳞片产率可达40%以上，是国内畅销产品，具有一定的竞争优势。集安市政府将晶质石墨的勘查开发列为重点招商引资项目，规划了石墨高科技产业园项目，准备进行石墨深加工产品开发生产，主要产品为高纯石墨、膨胀石墨以及石墨烯等。该石墨高科技产业园将带动周边石墨矿资源经济的发展，区域性开发前景十分可观。

5　结论

通过与国内几个主要地区的晶质石墨矿床的特征对比可以看出：吉林省集安地区的晶质石墨矿床在成因类型、区域地质特征、矿体地质特征、变质特征以及矿石类型特征上与它们基本相近。也就是说，集安地区的晶质石墨矿属于区域变质型晶质石墨矿床，集安群荒岔沟组含墨变粒岩等含墨建造是寻找晶质石墨矿的直接找矿标志。该地区的晶质石墨矿具有低硫、易选、大鳞片等特点，各矿体相对集中，可以实现区域性开发。

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【中图分类号】P619.252

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）01-0046-04

【收稿日期】2015-08-14

Comparative Study on the Crystalline Graphite Mine in Ji'an Area of Jilin Province With the Domestic Main Mining Area

LIU Xiao-gang
（Jilin Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry ， Changchun 130033， China）

Abstract:Through contrasting with the domestic several major areas of the characteristics of the crystalline graphite ore deposit，confirm that the crystalline graphite mine in Ji'an area of Jilin province has the geological characteristics of regional metamorphism type ore deposit， the crystalline graphite ore deposit in the region is belonged to regional metamorphism type. It is the direct prospecting criteria， that the rocks construct containing graphite in the Ji'an group Huangchagou formation， such as graphite granulite. The crystalline graphite ore with low sulfur in the region， easy to choose， large scale etc， can realize the regional development.

Key words:crystalline graphite mine； geological characteristics； metamorphic characteristics； ore characteristic； contrast； application analysis