湖北棗陽石墨工藝礦物學研究

李 健, 黃 鵬, 康 健, 劉 爽, 白 丁, 林 璠

(1.國土資源部 稀土稀有稀散礦產實驗技術重點實驗室,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質實驗測試中心,湖北 武漢 430034)

石墨是一種非金屬礦產品,不僅普遍應用于一般工業和消費領域,還廣泛應用于一些特殊的工業領域。在發達國家,石墨產品已作為新材料技術的代表,得到了充分的開發和研究。隨著現代科學技術和工業的發展,石墨的應用領域還在不斷拓寬,已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料,在國民經濟中具有重要的作用[1]。

湖北棗陽石墨礦是湖北省地質局找礦新成果,位于東秦嶺非金屬礦成礦帶,目前地勘工作顯示遠景儲量巨大。本文對棗陽石墨礦的特征進行系統的工藝礦

物學研究,查明礦石中石墨的賦存狀態、嵌布特征、粒度組成等,對該礦的可選性試驗研究具有重要的指導意義。

1 礦石物質組成

1.1 原礦化學成分分析

原礦的化學多元素分析結果見表1。由表可知,礦石中固定碳含量僅為3.12%,遠低于目前市場已開發的石墨礦山的礦石品位。

1.2 礦石礦物組成

經XRD分析(圖1)和顯微鏡鏡下觀察綜合[2-3],礦石的礦物組成及大概含量見表2。

表1 礦石主要化學成分分析結果Table 1 Main chemical composition analysis of the ore

圖1 礦石XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of the ore

表2 礦石主要礦物組成Table 2 Main mineral contents of the ore

2 礦石礦物組成特征

2.1 石墨礦物特征

石墨在礦石中呈略顯彎曲的針片狀、鱗片狀、顯微鱗片狀及細小鱗片狀等,見圖2,沿巖石的片理方向分布,在礦石中呈星散狀較均勻分布,多呈單一鱗片,少數呈集合體形式。顆粒內夾雜礦物較少,基本未見。石墨片徑變化范圍較大,最大為0.03 mm,最小為0.001 mm左右,一般為0.001～0.005 mm左右,主要為晶質石墨,部分為隱晶質石墨。

2.2 脈石礦物特征

圖2 石墨鏡下照片Fig.2 Micrograph of graphite

(1) 石英:礦石中的主要脈石礦物,呈他形粒狀,顆粒內部常包裹有少量較細小礦物而較臟,粒徑一般0.02～0.1 mm不等,顆粒之間以較彎曲邊緣緊密鑲嵌,多均勻分布,少數呈條帶狀集合體產出。

(2) 云母類礦物:主要為絹云母、白云母,是礦石中重要的脈石礦物,呈細小鱗片狀、針片狀,主要分布于絹云石英千枚巖中,片徑最大0.1 mm,一般0.02～0.05 mm,絹云斜長石英巖內含量相對較少,片徑較大,一般0.1～0.25 mm左右。白云母呈條帶狀集合體產出,見圖3。絹云母較均勻分布于巖石中,長軸方向定向產出,形成千枚理。

(3) 白云石:多呈半自形粒狀,較均勻分布于巖石中,少數呈條帶狀集合體產出,且顆粒表面附著少量鐵質微粒而較臟。

(4) 綠泥石:主要分布于絹云石英千枚巖內,呈細小鱗片狀,片徑0.05 mm左右,呈星散狀分布。

3 石墨嵌布粒度特征

圖3 白云母鏡下照片Fig.3 Micrograph of mica

石墨在礦石中多為顯微粒級的顆粒,與脈石礦物共生關系緊密,通過鏡下觀察統計石墨片徑,得到石墨嵌布粒度特征,見表3。

由表3可知,礦石中石墨的主要粒度分布區間在1～5 μm,達58%,另外1 μm以下的隱晶質石墨占比接近20%,在選礦過程中的單體解離難度較大。

表3 石墨粒度分布表Table 3 Distribution of graphite

4 礦石結構與構造

4.1 礦石結構

礦石結構主要有顯微鱗片狀變晶結構、鱗片粒狀變晶結構、粒狀變晶結構及自形—半自形粒狀結構。

(1) 顯微鱗片狀變晶結構。石墨主要呈顯微鱗片狀分布于云母、石英等礦物之間,有的石墨有鱗片扭折變形現象。

(2) 鱗片粒狀變晶結構。為絹云石英千枚巖的主要結構,其內絹云母均呈細小鱗片狀,而石英等礦物則呈粒狀變晶結構,均勻分布,形成鱗片粒狀變晶結構。

(3) 粒狀變晶結構。為斜長絹云石英巖的主要結構,其內主要礦石石英呈他形粒狀,相互之間以較彎曲邊緣緊密鑲嵌,均勻分布于巖石中。

(4) 自形—半自形粒狀結構。黃鐵礦呈自形—半自形粒狀星散分布于石英、云母等礦物之間,且多與較粗粒者共生。

4.2 礦石構造

礦石構造主要為片狀構造,少數具浸染狀構造。

(1) 千枚狀構造。受變質作用影響,石墨及絹云母、石英等礦物多具定向排列,形成千枚狀構造。

(2) 浸染狀構造。黃鐵礦呈稀疏浸染狀分布于礦石之中。

(3) 條帶狀構造。少數較粗粒石英及黃鐵礦以條帶狀集合體定向產出,呈條帶狀構造。

5 結語

(1) 湖北棗陽石墨固定碳含量3.12%,主要礦物組成為石墨3%,石英55%,云母類31%,白云石7%。

(2) 石墨嵌布粒度為顯微粒級,主要分布區間1～5 μm,多為晶質石墨,部分為隱晶質石墨。

(3) 石墨與伴生礦物的共生緊密,粒度細微,對其進行單體解離難度較高。

[1] 李圣華.碳和石墨制品:下冊[M].北京:冶金工業出版社,1987.

[2] 梁敬魁.粉末衍射法測定晶體結構:下冊[M].北京:科學出版社,2011.

[3] 廖曉玲.現代材料測試技術[M].北京:冶金工業出版社,2010.