越城岭界牌矿区夕卡岩型铜钨矿石工艺矿物学研究

肖 荣，杜芳芳，雷源保，郭爱民，谭仕敏

（1.湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116；2.湖南有色金属研究院，湖南 长沙 410100）

界牌铜钨矿区位于南岭成矿带西段越城岭花岗岩体东部与早古生界寒武系探溪组地层接触部位，成矿地质条件优越。近年来，湖南省地质调查院、中国地质大学及武警黄金部队等多家地勘单位对该矿集区进行了矿产调查评价及商业性矿产勘查，桂林理工大学、南京大学、中国科学院和武汉地质调查中心等多家科研院所对该区的成矿地质背景[1-7]，矿床地质特征[8]，地球化学特征及成岩成矿时代[9-12]等方面进行了一定程度的科研工作。为合理开发利用界牌矿区铜钨矿产资源，本研究运用工艺矿物学原理及方法[13-14]，通过室内光学显微镜观察、化学分析、物相分析、扫描电镜及能谱分析等多种测试分析方法，对界牌矿区夕卡岩型铜钨矿石进行了工艺矿物学研究分析，为诠释矿区夕卡岩型铜钨共生矿的选矿机理，矿区夕卡岩型铜钨矿石的选别提供了一定的矿物学依据[15-16]。

1 矿床地质特征

界牌铜钨多金属矿区位于湘桂两省交界处，地处华南雪峰山弧形构造带南段东缘加里东褶皱带与南岭东西向构造带北缘交汇部位的铺里——界牌断裂西侧，界岭背斜北西翼。矿区岩浆活动强烈，出露地层主要为伴随着强烈热蚀变的寒武系探溪组灰岩、白云质灰岩及砂质条带状板岩，多为越城岭复式岩体所吞没。

矿区铜钨矿属典型的夕卡岩型矿化体，形态变化复杂，多以层状、扁豆状和不规则状展布于悬垂体下部、捕虏体中部和捕虏体与岩体接触部位。矿石以透辉石、符山石、透闪石、阳起石、黝帘石、石英、方解石、绢云母等夕卡岩类矿物组合为特征，结构主要以鳞片、粒状、粒柱状等变晶结构及包含结构等为主，矿石构造则主要为块状、浸染状及斑点-斑杂状等。

2 样品性质

研究矿石样品取自界牌矿区规模最大的Ⅰ号铜钨矿脉，肉眼观察矿石为灰白、灰绿、墨绿、黑灰色，可见黄铜矿、白钨矿、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿等金属矿物呈浸染状、脉状或团块状嵌布于夕卡岩中（见图 1）。

采用X荧光光谱半定量分析、多元素化学成分分析和化学物相分析，并结合偏光显微镜及扫描电镜查明样品矿物组成，结果如表1～表4所示。结果表明，矿石中可供选矿回收的主要元素是铜、钨，其他有价元素含量较低。矿石中通过选矿要排除的脉石矿物主要为方解石、石英、长石等，其成分为SiO2、CaO，其次为 CaF2、MgO、Al2O3、K2O 及 Na2O 等，脉石矿物相对含量在73.75%以上。化学物相分析结果（表3、表4）表明，矿石中铜主要以原生硫化铜（黄铜矿）的形式存在，其分布率为75.00%，其次为次生硫化铜（辉铜矿、斑铜矿、黝锡矿等），分布率为18.75%，合计分布率达93.75%；结合氧化铜和自由氧化铜的分布率合计为6.25%，此类铜在浮选过程中相对难以回收。矿石中钨主要以白钨矿为主，分布率为93.88%；黑钨矿及钨华均为3.06%，其中钨华较难回收。

图1 铜钨共生矿石照片Fig.1 Photo of Cu-W symbiotic ore

表1 矿石的X荧光光谱半定量分析结果 w/%Tab.1 X fluorescence spectrum semi-quantitative analysis results for ores

表2 矿石的主要化学成分 w/%Tab.2 Major chemical components of ores

表3 矿石中铜的化学物相分析结果 %Tab.3 Chemical phase analysis results of copper

表4 矿石中钨的化学物相分析结果 %Tab.4 Chemical phase analysis results of tungsten

3 矿物学分析

3.1 矿物组成

本研究根据偏光显微镜及扫描电镜下的岩矿鉴定、化学分析、化学物相分析等多手段相结合，查明矿石中的主要矿物组成见表5。由表5可知，原矿主要金属矿物为白钨矿、黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、黝锡矿、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、褐铁矿，其次为闪锌矿、方铅矿，及微量黑钨矿、钨华、辉铋矿、硫铋银矿及自然铋等。脉石矿物主要是方解石、白云石、石英、绿帘石、斜黝帘石、辉石、长石、黏土矿物、绿泥石、蛇纹石、角闪石、阳起石、云母类、萤石及少量磷灰石、榍石、电气石等。其中影响白钨矿精选的富Ca2+脉石矿物如方解石、白云石及萤石含量较高，约占44%。

表5 原矿主要矿物组成及其相对含量 %Tab.5 Composition and relative contents of major minerals contained in the ores

3.2 铜钨矿物嵌布粒度

矿石中主要矿物的粒度组成及其分布特点对确定磨矿细度和制定合理的选矿工艺流程有着直接的影响。为此，在偏光显微镜及扫描电镜下对入选矿石（破碎至-2 mm粉末样品）中主要矿物黄铜矿及白钨矿嵌布粒度进行了测量和统计，结果见表6。结果表明，黄铜矿、白钨矿均属中细粒嵌布，主要粒度范围为0.026～0.152 mm之间；当粒级为-0.037 mm+0.026 mm，黄铜矿、白钨矿的正累计分布率分别为86.0%、86.5%。

表6 主要金属矿物的嵌布粒度 %Tab.6 Disseminated particle size of major metal minerals

3.3 铜钨矿物的解离度

为了给选矿工艺制定合理的磨矿方案提供矿物学依据，测定了在不同磨矿细度下黄铜矿和白钨矿的解离度，结果如表7所示。由表中结果可知，本矿石中黄铜矿解离度相对白钨矿较低，白钨矿则较易解离。黄铜矿主要和脉石、磁黄铁矿、闪锌矿连生。在磨矿细度为-0.074 mm占67.4%时，全样中的白钨矿解离度可达88.92%，而黄铜矿的解离度只有80.00%；磨矿细度为-0.074 mm占72.6%时，白钨矿解离度为93.90%，黄铜矿的解离度为89.20%；磨矿细度为-0.074mm占83.7%时，白钨矿解离度接近95.90%，而黄铜矿的解离度为92.78%。解离度测定结果表明，虽然白钨矿与帘石、闪石、辉石及石英等脉石矿物紧密连生，但由于白钨矿结晶完整，嵌布粒度相对略粗，因此在磨矿过程中具有良好的解离效果。

表7 不同磨矿细度铜、钨矿物的解离度Tab.7 Dissociation degree of copper and tungsten ore with different grinding fineness

3.4 铜钨矿物的物化性质和嵌布特征

矿样中的铜矿物主要为黄铜矿，其次为少量或微量的黝锡矿、斑铜矿、辉铜矿等。黄铜矿约占铜矿物含量的4/5，是选矿回收铜的主要目的矿物。黄铜矿为四方晶系，呈铜黄色，其硬度为3.5～4，多为他形粒状集合体，主要呈不规则粒状集合体嵌布于脉石颗粒间隙中，粒径较大者多与黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿接触式连生并多见包含裹（嵌含）细粒的黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿；粒径较小的黄铜矿多呈星点状分布于脉石基底中（见图2）。

矿样中的钨矿物主要为白钨矿，其次为少量的黑钨矿和钨华。白钨矿约占钨矿物含量的94%，是选矿回收钨的主要目的矿物。白钨矿为四方晶系，多呈灰色，其硬度为4.5～5，为他形粒状集合体，偶尔可见菱形或菱柱形切面，其分布特征较简单，主要呈四方双锥半自形晶或自形晶充填于脉石矿物间隙中，部分白钨矿与黄铜矿连生，白钨矿的形成早于硫化物，有时可见白钨矿裂隙中有后期的黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等充填嵌入，甚至局部可见白钨矿被后期硫化物“胶结”（见图2）。

为查明铜钨共生矿石中黄铜矿与白钨矿的化学成分特点，采用扫描电镜及能谱仪对其进行了能谱微区成分分析，测试在湖南有色金属研究院完成，仪器为日立SU3500钨灯丝扫描电镜与牛津50 mm2能谱仪。X射线能谱测定结果如图3所示。结果表明，黄铜矿的化学成分较为稳定，平均含Cu 33.85%、Fe 30.84%及S 35.31%，与黄铜矿的理论成分较为接近。白钨矿的化学成分较为稳定，平均含CaO19.99%、WO380.01%，与白钨矿的理论成分较为接近。

图2 矿石样品偏光显微镜及扫描电镜照片Fig.2 Photographs of ore samples under polarizing microscope and SEM

图3 矿石样品的X射线能谱图Fig.3 Energy spectrograms of ore samples under SEM

3.5 铜钨矿物的赋存状态

综上所述，对矿石中铜、钨主要回收元素的赋存状态已有较深入的了解。为进一步查明其在矿石中的分布特点，根据矿石中主要矿物的含量以及矿物中铜、钨元素的含量进行了平衡计算，结果分别见表8、表9。需要说明的是，脉石中铜、钨的含量系50个微区扫描电镜能谱分析结果的算术平均值。

由表8得出矿区中的铜存在形式有两种：一是呈独立的铜矿物：以黄铜矿、黝锡矿、斑铜矿、辉铜矿的形式存在，配分比达95.15%；二是以类质同象的形式或呈机械夹杂物分布于黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿或脉石中，配分比合计为4.85%，此部分的铜将会损失于其他精矿或尾矿中。

表8 矿石中铜的平衡计算结果 %Tab.8 Balance calculations of copper in the ores

表9 矿石中钨的平衡计算结果 %Tab.9 Balance calculations of tungsten in the ores

由表9得出矿区中的钨存在形式有两种：一是呈独立的钨矿物：以白钨矿、黑钨矿和钨华的形式存在，三者的配分比分别为92.63%、3.01%和3.23%；在现有的选矿方法中钨华较难以被回收，故此部分钨矿物可能会损失于尾矿中；白钨矿和黑钨矿则可以被回收，其两者配分比合计为95.64%；二是以类质同象的形式或呈机械夹杂物分布于黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿或脉石中，配分比合计为1.13%，此部分的钨将会损失于尾矿中。

4 影响选矿的矿物学因素分析

矿物分析表明，矿石中可回收的铜矿物主要为黄铜矿，多数黄铜矿呈不规则粒状嵌布于脉石中，连生界面复杂，此部分难与脉石解离，少数黄铜矿呈浸染状分布于脉石矿物基底中，因黄铜矿粒径细小，故不易解离，将影响选铜回收率。

矿石中可回收的钨矿物主要为白钨矿，大多数白钨矿呈自形晶，结晶完整，并属中细粒级，较利于磨矿解离，但其多分布于各种脉石矿物中，增加了选矿过程中对脉石矿物排除的难度，且矿样中的脉石矿物以含Ca2+离子矿物如方解石、白云石及萤石含量较高，将会给白钨矿的浮选工艺带来较大的影响。

黄铜矿需要磨矿到较细才能充分解离，而白钨矿硬度较低、性脆，磨矿过程易造成白钨矿的过粉碎，不利于钨的浮选。磨矿细度应在黄铜矿的解离度和白钨矿可能的过粉碎程度之间平衡选择。

5 结论

（1）研究区域的铜钨矿属典型的夕卡岩型矿化体，矿石以透辉石、符山石、透闪石、阳起石、黝帘石、石英、方解石、绢云母等夕卡岩类矿物组合为特征，结构主要以鳞片、粒状、粒柱状等变晶结构及包含结构等为主，矿石构造则主要为块状、浸染状及斑点-斑杂状等。

（2）矿石中可供选矿回收的主要元素是铜（Cu）和钨（WO3），对应的金属矿物为黄铜矿和白钨矿，矿石中银（Ag）的平均品位为7.31 g/t，具综合回收价值。

（3）矿石中黄铜矿、白钨矿均属中细粒嵌布，主要粒度范围为0.026～0.152 mm。白钨矿较易解离，黄铜矿相对解离性较差。

（4）该工艺矿物学研究的矿石样品中黄铜矿主要和脉石、磁黄铁矿、闪锌矿连生，白钨矿与帘石、闪石、辉石及石英等脉石矿物紧密连生。由于白钨矿结晶完整，嵌布粒度较粗，因此在磨矿过程具有良好的解离效果。

（5）界牌矿区夕卡岩铜钨共生矿石中铜的最高回收率为95.15%；钨的最高回收率可达95.64%。