湖南郴州石墨矿工艺矿物学研究

黄迎春，雷志兰，王建雄，杜芳芳，曾惠明

（湖南有色金属研究院有限责任公司，湖南 长沙 410100）

石墨是一种碳元素的结晶矿物，与金刚石等互为同素异形体，素有“黑金子”之称［1］。石墨具有导热、导电、耐高温、化学稳定性、润滑性和可塑性的优良化学和物理性能，广泛用于冶金、机械、电气和国防等重要部门，是一种重要的和具有广泛用途的非金属矿物材料和原料［2］。

针对不同的石墨矿需要采用不同的选矿提纯工艺，而详细的工艺矿物学研究是矿产资源综合利用的基础［3，4］。湖南郴州石墨矿矿区多为老窑，开采历史悠久，但对此区域石墨矿的工艺矿物学研究较少。针对矿区选矿回收率低，石墨精矿品位不高等问题，对此区域石墨矿的矿石性质进行详细的工艺矿物学研究，为后续选矿试验的工艺选择、流程制定等提供了数据依据，发挥了重要的指导作用。

1 矿石的化学成分

对原矿试样进行了化学多元素成分分析和碳的化学物相分析，结果分别见表1、表2。

表2 矿石中碳的化学物相分析结果 %

从表1中结果可知，矿石中可供选矿回收的主要组分是碳，含量较高，含量为53.65%。金属元素Fe含量为3.96%；需注意有害元素S的含量有1.15%。造岩组分中，含量最高的是SiO2，约为20.88%，其次为Al2O3，含量约8.44%。

表1 矿石的化学多元素分析结果 %

从表2中结果可知，矿石中的碳主要以游离碳的形式存在，分布率为97.41%；少量碳赋存于有机碳和碳酸盐矿物中，分布率分别为1.02%、1.57%。

2 矿物组成及其相对含量

根据化学多元素分析结果、碳的化学物相分析结果［5］，并结合显微镜和扫描电镜的观测结果，得出矿石的矿物种类及各矿物的相对含量，结果见表3。

表3 矿石中主要矿物的相对含量 %

由表3可知，目的矿物石墨在矿石中的含量约在52.3%左右，含量最高。金属矿物主要是黄铁矿，其次为褐铁矿，少量金红石、铁矾等。脉石矿物主要是石英、白云母，绢云母，其次为少量绿泥石、白云石、方解石、菱铁矿、长石、高岭石等，此外还在镜下偶见微量的黄铜矿、铜蓝、斑铜矿、辉铜矿、闪锌矿、钛铁矿、萤石、独居石、榍石、角闪石、石榴石等。

3 主要矿物的嵌布特征

主要矿物的嵌布特征如图1所示。

3.1 石墨C

石墨是选矿回收的主要目的矿物，也是矿石中含量最高的矿物。石墨主要呈鳞片状、叶片状等［6］，局部呈不规则细小团粒状，产出形式主要有：一是粗粒级的石墨集合体或聚团，嵌布粒度在0.5 mm以上，其内部常见包裹脉状、粒状的黄铁矿及石英等脉石矿物，如图1（a）所示，包裹物的粒度范围主要在20～150μm之间，这类石墨总体上粒度较粗，易于选别；但是也有部分石墨，其片理间、裂隙中分布有微细脉状的绿泥石、云母等，如图1（b）所示，绿泥石、云母的粒度范围主要在1～30μm之间，这类石墨将难以与绿泥石、云母完全解离。二是呈细小网脉状、丝带状沿绢云母、石英等脉石矿物粒间分布，如图1（c）所示，紧密嵌生；此种形式产出的石墨，嵌布粒度细小，一般在5μm以下，多在1～3μm之间，分布弥散，即使细磨也很难将其与脉石矿物完全解离。

图1 主要矿物的嵌布特征

为查明石墨的化学成分特点，采用扫描电镜对其进行能谱微区成分分析，结果见表4。

由表4中结果可知，石墨中C的含量范围在83.98%～100%之间，其中23个点C的含量在95%以上，说明大部分石墨成分较纯。石墨平均含C 96.79%，含有少量Si、Al及微量K、Na、S等杂质。石墨的X射线能谱成分图如图2所示。

图2 石墨的X射线能谱成分图

表4 石墨的能谱微区成分分析结果 %

3.2 黄铁矿FeS2

黄铁矿是矿石中主要的金属矿物，也是硫的主要赋存矿物。黄铁矿多数呈自形－半自形、它形粒状，少数呈脉状，主要分布于石英、绢云母等脉石矿物中，其次呈脉状、粒状分布于石墨中，偶见黄铁矿与少量黄铜矿连生。黄铁矿的嵌布粒度主要在0.02～0.15 mm之间。

为查明黄铁矿的化学成分特点，采用扫描电镜对其进行能谱微区成分分析，结果见表5。

表5 黄铁矿的能谱微区成分分析结果 %

由表5中结果可知，矿石中黄铁矿的化学成分较为稳定，不含其它杂质，平均含Fe 46.83%、S 53.17%，与它的理论化学成分较为接近。黄铁矿的X射线能谱成分图如图3所示。

图3 黄铁矿的X射线能谱成分图

3.3 脉石矿物

矿石中的脉石矿物主要是石英、白云母、绢云母，其次为少量绿泥石、白云石、方解石等。石英是矿石中主要的透明矿物之一，在薄片中无色［7］，干涉色为一级灰白，主要呈粒状、细粒状，粒间分布有绢云母、白云石、方解石等或呈脉状分布于石墨中，或与绢云母等矿物呈脉状分布于矿石中，如图1（d）所示。矿石中的云母主要是白云母和绢云母。绢云母是一种细小鳞片状的白色云母，组成隐晶质和显微晶质的鳞片状集合体，成分和白云母相同。云母主要与石墨、石英等紧密嵌生，片粒间常分布网脉状的石墨。绿泥石在薄片中呈绿色、淡绿色等，正低突起，干涉色为一级灰，常具有异常干涉色，主要与石墨关系紧密，常呈不规则状、脉状分布于石墨片间。矿石中的碳酸盐矿物主要是白云石、方解石、菱铁矿等，主要呈不规则状或脉状与石英、绢云母紧密嵌生［8］。

4 主要矿物的嵌布粒度

对矿石中的目的矿物——石墨及硫的赋存矿物——黄铁矿的嵌布粒度进行了统计计算［9］，结果见表6。

表6 矿石中主要矿物的嵌布粒度

由表6中统计结果可知，矿石中石墨的粒度粗细分布不均匀，略有两极分化趋势：粒级主要分布在＋0.42 mm 以上及－0.019 mm 以下。石墨的＋0.01 mm正累计分布率约为77.1%。黄铁矿的嵌布粒度属于中细粒嵌布，粒度范围主要在0.037～0.15 mm 之间，合计占总的58.3%。当粒级为＋0.019 mm时，黄铁矿的正累计分布率为93.2%。

5 影响选矿的矿物学因素

影响选矿的矿物学因素主要有以下两点：

1.石墨的嵌布粒度细小，粒级在0.005 mm以下的石墨就占总的16.4%。且部分石墨片间分布着粒度在0.01 mm以下的细脉状的绿泥石。石墨与绢云母、绿泥石、石英等脉石矿物嵌布关系紧密，难以充分解离，不利于石墨的选矿回收。

2.矿石中云母的含量较高，且易于过磨泥化，增加抑制难度，对石墨的提纯选别指标造成不利影响［10］。

6 结 论

1.矿石中可供选矿回收的主要组分是碳，品位为53.65%。有害元素S的含量有1.15%。脉石组分主要是SiO2，含量为20.88%，其次为Al2O3，含量为8.44%。

2.矿石中的矿物主要是石墨，是碳的主要赋存矿物。金属矿物主要是黄铁矿，是矿石中硫的主要赋存矿物。脉石矿物主要是石英、白云母，绢云母，其次为少量绿泥石、白云石、方解石、菱铁矿、长石、高岭石等。

3.石墨的产出形式复杂，一是粗粒级的石墨，粒度在0.5 mm以上，常见包裹脉状、粒状的黄铁矿及石英等脉石矿物，这类石墨总体上粒度较粗，利于选矿回收；部分石墨片间、裂隙分布细脉状的绿泥石、云母等脉石矿物，这类石墨将难以与绿泥石、云母完全解离。二是石墨呈细小网状沿绢云母、石英等脉石矿物粒间密集分布，紧密嵌生；此种形式产出的石墨分布密集，粒度细小，即使细磨也很难将其与脉石矿物完全解离，是影响石墨选别指标的重要因素。