云南永善县茂林铜矿铜元素赋存状态研究

慕 敏，乐智广，张 淼，李佳成

(1.云南省地质矿产勘查开发局中心实验室，云南 昆明 650217； 2.云南地矿国际矿业股份有限公司，云南昆明 650000)

云南永善县茂林铜矿大地构造位置位于上扬子古陆块(Ⅳ-⒉)、滇东碳酸盐岩台地(Ⅳ-2-4)。矿区矿区西边起于昭通市永善县老米寨苏家坪村，东至李家沟，南至新营盘，北至十八蹬，矿区面积约5.4平方公里。

1 成矿地质条件

矿区主要出露上二叠统宣威组(P3x)含煤碎屑岩建造和峨眉山玄武岩组(P3e)火山岩建造。峨眉山玄武岩组(P3e)为含矿地层，区域上峨眉山玄武岩按喷发旋回可划分为三个岩段，本区主要出露第三岩段(P3e3)，又可细分为三个岩性亚段。

(1)上二叠统峨眉山玄武岩组第三段三亚段(P3e3-3)：上部为紫色、紫红色、浅黄色凝灰岩；下部为褐黄色、灰色、灰绿色致密块状玄武岩。

(2)上二叠统峨眉山玄武岩组第三段二亚段(P3e3-2)：上部为紫红色、蓝灰色凝灰岩；下部为褐黄色、灰色、灰绿色致密块状玄武岩、气孔状玄武岩。据铜矿化、硅化、方解石化等，该亚段是本矿区主要的含矿层位。

(3)上二叠统峨眉山玄武岩组第三段一亚段(P3e3-1)：上部为紫色、紫红色凝灰岩；下部为褐黄色、灰色、灰绿色致密块状玄武岩。

铜矿体呈层状产于峨眉山玄武岩组第三段二亚段(P3e3-2)气孔状玄武岩中，矿体产状与围岩气孔状玄武岩产状一致(图1)，矿体倾向西，倾角8°～14°，矿体长203m，厚度1.89m～3.1m，平均厚度2.49m。铜品位为0.42ω%～1.76ω%，平均1.12ω%左右。

该区二叠系上统峨眉山玄武岩的岩石学、岩石化学及微量元素地球化学等特征均反映出其为地幔热柱活动的产物，矿区的玄武岩还具有较高的分异性和同化混染，岩石还具有高硅、富钾、低镁、高钛特点，从前人1∶20万区域地球化学测量结果显示该区峨眉山玄武岩的铜元素背景值比其他区域高出许多，一般Cu元素为170×10-6～1000×10-6，最高Cu可达8000×10-6，可见成矿提供了足够的铜物质来源。南北向断裂，地幔热柱活动为矿源创造有利条件，在还原环境和有利的场所(褶皱带)形成氧化铜—自然铜矿体。

该铜矿属于滇东北大范围玄武岩型铜矿之一，含铜矿带分布面积较大，预计远景储量至少达上百万吨，虽然对矿体有所研究和控制，但以往对该矿体铜元素的赋存状态研究甚少，笔者通过电子探针、化学多元素分析以及光、薄片镜下观察等研究本文的研究，试图为该铜矿的选冶开发提供基础性资料依据。

2 矿石的结构构造

2.1 矿石的构造

该矿石构造主要为块状构造、杏仁状构造、星散浸染状构造及细脉状构造。

(1)块状构造：矿石为玄武岩型矿石，多呈黑绿色，黄绿色，矿物集合体无定向分布。

(2)杏仁状构造：矿石气孔发育，通常呈不规则状及圆状，被自然铜、沥青、石英、绿泥石等矿物充填。

(3)星散浸染状构造及细脉状构造：部分矿石中，自然铜星散浸染状分布，赤铜矿、孔雀石细脉状分布。

2.2 矿石的结构

偏光显微镜下观察，矿石主要类型属于蚀变玄武岩，矿石矿物自然铜及赤铜矿通常充填在玄武岩的气孔中，而赤铜矿主要由自然铜蚀变而来，因此矿石的结构相对比较简单，主要有以下几种结构。

(1)蚀变斑状结构、基质蚀变间粒结构：斑晶主要由斜长石及辉石组成，其中多数斜长石从核心部分开始蚀变为绿泥石，或全部蚀变为绿泥石，全部蚀为绿泥石的长石仍保留长石假象，在矿石中呈斑晶状，辉石斑晶多数蚀变为绿泥石，少数蚀变为云母，具柱状辉石斑晶假象。基质主要由辉石、钛铁矿及斜长石组成，斜长石长条状杂乱排列，粒状辉石、钛铁矿充填在斜长石组成的格架间，因变质作用，多数辉石蚀变为绿泥石，绿泥石显微鳞片状，粒度小于0.004mm，集合体呈不规则粒状，钛铁矿完全蚀变为榍石，与绿泥石混杂分布于斜长石格架间。

(2)蚀变残余结构：矿石中部分自然铜氧化蚀变为赤铜矿，局部可见自然铜残余状于赤铜矿中。

(3)假象结构：因变质作用，矿石中部分长石蚀变为绿泥石，其集合体仍保留长石假象；偶见赤铜矿交代斜长石，具斜长石假象。

3 矿石光谱、化学多元素及物相分析

矿石光谱、化学多元素及物相分析样采于PD2坑道Ⅶ号矿体。

3.1 矿石的光谱分析

矿石的光谱分析结果见表1。

表1 矿石光谱半定量分析结果Tab 1.Semiquantitative Spectroscopic Analysis of Ore

3.2 矿石的多元素分析和物相分析

矿石化学多元素分析结果见表2，物相分析结果见表3。

表2 矿石化学多元素分析结果Tab 2.Ore Chemical Analysis

表3 铜物相分析Tab 3.Cu Phase Analysis

4 矿石的矿物成分

经镜下观察、人工重砂分析、X-射线粉晶衍射分析、扫描电镜电子探针分析及化学分析等研究发现，矿石中有自然元素、硫化物、氧化物、硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐、有机质七类共18种矿物存在，主要以硅酸盐为主，占矿石的82%左右；氧化物次要，占矿石的11%左右；有机质占矿石的6%左右；其它少量。其中铜的矿物占矿石的1%左右。矿物含量见表4。

表4 矿物含量简表Tab 4.Mineral Content

5 主要矿物的嵌布特征及电子探针分析

(1)自然铜：双目镜下观察，呈铜红色，部分粒状，部分枝状，个别片状，金属光泽，具延展性；矿相显微镜下观察主要充填在矿石的杏仁体中，少数产于杏仁体附近的长石及绿泥石颗粒间，偶见交代长石之后氧化为赤铜矿，呈长条状；杏仁体中的自然铜绝大多数与沥青、石英、绿泥石、榍石等混杂分布，一般呈不规则粒状或枝状、片状，少数呈细脉状分布于沥青的裂隙中，个别包裹于石英中，部分残余状分布于赤铜矿或铜蓝中，粒度一般在0.003mm～2mm之间。经电子探针成分分析，部分自然铜表面轻微氧化，向赤铜矿过渡，且残余状于赤铁铜矿中。

(2)赤铜矿：双目镜下观察，呈黑色、黑红色，边缘极薄处微透明，金刚光泽。岩石显微镜下微透明，呈血红色，矿相显微镜下，呈灰色，微弱-强血红色内反射，它形粒状，是自然铜氧化蚀变的产物，部分呈独立颗粒产出，部分呈细脉状分布于沥青裂隙或杏仁体中的绿泥石、石英等矿物之间，部分交代自然铜，与自然铜连生或包裹自然铜。常与自然铜、石英、沥青、绿泥石共同产于杏仁体中，少数产于杏仁体附近的长石、绿泥石的颗粒间，个别交代斜长石呈长条状，粒度一般在0.003mm～0.6mm之间，电子探针成分分析显示，其中含有少量铁。

(3)石英：通常与绿泥石、自然铜、赤铜矿及榍石共同产于矿石的杏仁体中，部分呈粒状，部分呈放射束状，粒度一般在0.01mm～2.5mm之间。

(4)斜长石：呈自形板状及长条状，自形板状的斜长石一般为斑晶，粒度在0.5mm～1.9mm之间，基质中的斜长石为长条状，粒度在0.01mm～0.3mm之间，杂乱排列，格架间被集合体不规则粒状的绿泥石及榍石充填，其中多数斜长石从核心开始蚀变为绿泥石或榍石，仅具外形轮廓，少数斜长石完全蚀变为绿泥石，经电子探针成分分析，斜长石主要有钠、铝、硅，及少量钾、钙，个别含少量铜。

(5)绿泥石：矿石中主要脉石矿物，化学分析，其中含铜0.97%，黄绿色，个别吸附孔雀石呈翠绿色，显微鳞片状、放射束状或花状，集合体不规则粒状或辉石、长石假象状；显微鳞片状绿泥石主要是辉石及斜长石蚀变而来，粒度一般<0.004mm，集合体呈不规则粒状，充填在长条状斜长石格架间或长石核心部分；放射束状或花状绿泥石粒度一般在0.005mm～0.1mm之间，主要充填在杏仁体中，与石英、自然铜、榍石、沥青及赤铜矿等混杂分布，局部胶态网脉状分布。电子探针成分分析，部分绿泥石中含2%～4%的铜。

(6)辉石、榍石：经电子探针研究，这两种矿物不含铜，与铜元素的关系不大。

主要矿物的电子探针成分分析结果见表5。

表5 主要矿物电子探针成分分析结果Tab 5.Microprobe Analysis of Main Mineral

5 铜的赋存状态及分配率

化学分析，矿石中铜的含量有1.22%，经镜下观察，人工重砂分析、电子探针成分分析及X-衍射分析，矿石中铜有两种赋存状态，一种以独立矿物的形式赋存在自然铜、赤铜矿、黑铜矿、铜蓝、黝铜矿以及孔雀石中，其中主要以赤铜矿为主，自然铜次要，孔雀石、铜蓝等少量；另一种以类质同像或吸附状态赋存在绿泥石、斜长石或石英中，详见铜在各主要矿物中的分配率计算表6。

表6 铜在各主要矿物中的分配率(%)Tab 6.Cu Distribution in Main Mineral

6 结 论

(1)永善茂林铜矿矿石类型主要是玄武岩蚀变，矿化过程发生在玄武岩的蚀变过程中，因此矿石矿物多呈星散浸染状和细脉状分布。矿石的主要结构是蚀变斑状(基质蚀变间粒)结构、蚀变残余结构、假象结构，由于石英和斜长石的存在以及铜矿物细小的嵌布粒度，在磨矿过程功耗会相对较大。

(2)矿石中主要开发的矿物是的赤铜矿，硬度较小，嵌布粒度在0.003mm～0.6mm之间，嵌布粒度范围较大，磨矿流程推荐分段磨矿，减少过粉碎的过程，矿石中部分自然铜呈枝状，磨矿过程中不易与脉石矿物解离，且轻微氧化，向赤铜矿过渡，从而改变了自然铜表面的物理性质，导致了自然铜不能用浮选法大部分回收。矿根据矿石的性质，可以使用酸浸及其他化学选矿方法，而传统的重选和浮选则需要较复杂的流程。

(3)矿石约68%的铜以独立矿物的形式赋存在赤铜矿和自然铜中；这部分铜相对容易回收；约31.8%的铜呈类质同像的形式或吸附状态分布于绿泥石中，这部分铜是很难回收的。

(4)通过此次赋存状态的研究，初步发现了永善茂林铜矿中铜元素的赋存状态，为该铜矿的选冶开发流程提供了基础理论依据。