1、湖北黃陵斷穹核北部東沖河礦區(qū)石墨礦地質(zhì)特征與選礦工藝 廖宗明1 姚燕2 胡章章3 （1、湖北省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100； 2、湖北省富硒產(chǎn)業(yè)研究院，湖北 武漢 4300343、湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊(duì)，湖北 襄陽(yáng) 441057）摘要：東沖河石墨礦區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)鄂中褶斷區(qū)黃陵斷穹核北部圈椅埫穹窿南翼，石墨礦賦存于含石墨巖系水月寺（巖）群富鋁質(zhì)片巖大理巖（巖）組下段上亞段的中部，為變質(zhì)變成型礦床。區(qū)內(nèi)產(chǎn)出、三個(gè)工業(yè)礦層，七個(gè)工業(yè)礦體。礦石類(lèi)型分為云母石墨片巖、石墨云母片巖、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖。礦石主要化學(xué)成分是SiO255.01%、Al2O3 18.27%、TFe2O3 7.

2、36%、固定碳（C）6%、K2O 4.15%、MgO 1.97%，還含有少量的CaO、Na2O、TiO2、MnO。主要組成礦物為石英、云母類(lèi)（黑云母和白云母）、石墨、長(zhǎng)石類(lèi)、少量綠泥石和黃鐵礦。通過(guò)選礦試驗(yàn)，確定研究區(qū)石墨礦選礦工藝流程為：一次粗選，粗精礦四次再磨五次精選。為石墨礦的開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。關(guān)鍵詞：東沖河 石墨礦 地質(zhì)特征 選礦工藝第一作者簡(jiǎn)介：廖宗明，（1971），男，高級(jí)工程師，主要從事固體礦產(chǎn)勘查工作。E-mail：4087112810、引言2010年，Geim和Novoselov因?yàn)槭┑墓ぷ鳙@得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯(Graphene)是由單層的碳原子緊密排

3、列成二維的蜂巢狀六角格子的一種物質(zhì)。和金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管還有無(wú)定形碳一樣，它是一種單純由碳元素構(gòu)成的物質(zhì)(單質(zhì))。石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，具有耐高溫性、抗熱震性、導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性、化學(xué)穩(wěn)定性以及可塑性等眾多特性，一直是軍工與現(xiàn)代工業(yè)及高、新、尖技術(shù)發(fā)展中不可或缺的重要戰(zhàn)略資源，石墨應(yīng)用范圍廣泛，國(guó)際曾有專(zhuān)家預(yù)言“20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，21世紀(jì)將是炭的世紀(jì)”。湖北省晶質(zhì)石墨礦物資源儲(chǔ)量位居全國(guó)第11位，截止2014年底保有晶質(zhì)石墨礦物資源儲(chǔ)量156.1萬(wàn)噸，主要分布在宜昌市夷陵區(qū)。本文拋磚引玉，旨在對(duì)我省石墨礦的開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。1、區(qū)域地質(zhì)特征簡(jiǎn)述東沖河石墨礦區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)鄂中

4、褶斷區(qū)黃陵斷穹核北部圈椅埫穹窿南翼。黃陵斷穹軸向北東16度，南北長(zhǎng)70余公里，東西寬40余公里，為東翼平緩西翼較陡的二單元短軸斷穹構(gòu)造。斷穹核部由上太古界下元古界水月寺（巖）群中深區(qū)域變質(zhì)巖、混合巖及元古代的基性、超基性、中酸性巖等各類(lèi)巖漿巖組成基底構(gòu)造層。翼部由震旦系至三疊系地層（缺失下泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)）組成，主要巖性為碳酸鹽巖或碎屑巖，由老至新圍繞斷穹核部依次向外展布；它們之間大都呈整合或假整合接觸，僅震旦系下統(tǒng)陡山沱組（或南華系）與下伏地層呈角度不整合接觸（圖1）。水月寺（巖）群富鋁質(zhì)片巖大理巖（巖）組下段上亞段（Ar3Pt1b1-2）為本礦區(qū)的含石墨巖系，石墨礦賦存于含石墨巖系中部（A

5、r3Pt1b1-2b），共產(chǎn)出石墨礦四層（由下而上編號(hào)為、），其中礦層為主要工業(yè)礦層，、礦層為次要工業(yè)礦層，礦層作大致平行展布，礦層不具工業(yè)意義。圖1 黃陵斷穹北部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖及石墨礦層分布圖2、礦區(qū)地質(zhì)特征2.1地層礦區(qū)出露地層為水月寺（巖）群富鋁質(zhì)片巖大理巖（巖）組，可劃分為上、下兩段。由下而上綜合列述如下：下段分上、下兩個(gè)亞段。下亞段：分布于礦區(qū)北部邊緣，區(qū)內(nèi)只出露其頂部，主要為二長(zhǎng)均質(zhì)混合巖，局部為斜長(zhǎng)均質(zhì)混合巖、長(zhǎng)英質(zhì)混合巖。厚度：不詳。上亞段：為本區(qū)的含石墨巖系，按巖石組合特征可分上、中、下三個(gè)部分。下部：主要為混合質(zhì)石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、混合質(zhì)含石墨紅柱石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖等，間

6、夾透閃透輝巖、金云母蛇紋石化白云石大理巖透鏡體。厚度：110124m。中部：是石墨礦主要賦存部位，由下而上可大致分七個(gè)巖性層。1、混合質(zhì)含石墨黑云斜長(zhǎng)片巖、片麻巖，底部夾二云石墨片巖、石墨片巖小透鏡體（礦層）。厚度：26.0m。2、混合質(zhì)含石榴石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、混合質(zhì)含石墨黑云片巖。厚度：47.67m。3、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云石墨絹云片巖、混合質(zhì)二云石墨片巖（礦層）。礦層厚度沿走向變化較大，向東向西逐漸變薄至尖滅，但向東至葛藤埡尖滅再現(xiàn)。厚度：017.85m。4、混合質(zhì)含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、混合質(zhì)含石墨石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖，間夾蛇紋石化白云石大理巖透鏡體。厚度：460m。5、混合質(zhì)石墨片巖

7、、二云石墨片巖間夾混合質(zhì)石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖（礦層）。礦層主要分布于礦區(qū)中部，向東向西逐漸減薄至尖滅；但在礦區(qū)北東部葛藤埡一帶尖滅再現(xiàn)，呈似層狀、透鏡狀展布。厚度：016.59m。6、混合質(zhì)石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖。局部地段含矽線石、石榴子石。厚度：2060m。7、混合質(zhì)二云石墨片巖、含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖（礦層），礦層在礦區(qū)中部及北東部均有出露，呈似層狀、透鏡狀展布。厚度：04.0m。上部：主要為混合質(zhì)含石墨石榴二云片巖、混合質(zhì)黑云斜長(zhǎng)片麻巖、蛇紋石化白云石大理巖夾透閃透輝巖、混合巖透鏡體。厚度：200277m。上段：分布于礦區(qū)南部邊緣，僅出露其底部。主要為二長(zhǎng)均質(zhì)混合巖、斜長(zhǎng)均質(zhì)混合巖，夾少量黑云斜

8、長(zhǎng)片麻巖。厚度：不詳。2.2巖石礦區(qū)內(nèi)分布的主要巖石類(lèi)型有黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云片巖、白云石大理巖、透閃透輝巖及構(gòu)成礦石的云母石墨片巖、石墨二云片巖、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖等。從地層、巖石及其分布特征可以看出，本礦區(qū)含石墨巖系的巖石為混合質(zhì)黑云斜長(zhǎng)片麻巖、混合質(zhì)石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云片巖、云母石墨片巖、石墨二云片巖、白云石大理巖和透閃透輝巖等組合。根據(jù)巖石的礦物共生組合及各類(lèi)巖石的原巖恢復(fù)，反映出本區(qū)含石墨巖系具有泥質(zhì)粉砂巖粉砂質(zhì)泥巖碳酸鹽巖的淺海相韻律沉積旋回特征。2.3構(gòu)造礦區(qū)位于圈椅埫穹窿南東部，為單斜構(gòu)造，地層總體走向北北東，傾向南南東，傾角45-75°。斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，編號(hào)F

9、1-F9，其中F8分布于礦區(qū)中部，長(zhǎng)65m，產(chǎn)狀70°50°，斷面光滑成波狀，屬壓扭性，切割礦層，致東盤(pán)北移，西盤(pán)南移，礦層位移4m，對(duì)礦層連續(xù)性有一定破壞作用，其余斷層對(duì)礦層無(wú)明顯影響。2.4巖漿巖區(qū)內(nèi)巖漿巖為中、基性脈巖，主要巖石類(lèi)型有輝長(zhǎng)輝綠巖（）、輝綠巖（），多沿早期斷層和層間侵入，呈脈狀順層或斜交層理分布。斜切礦層和順礦層貫入的脈巖，對(duì)礦層起破壞作用：使礦層變薄、連續(xù)性變差、礦石破碎。2.5混合巖化作用礦區(qū)位于圈椅埫鉀長(zhǎng)花崗巖體邊緣，受花崗巖巖漿和伴生的堿質(zhì)流體的滲透、注入和交代，使本區(qū)混合巖化作用較為普遍，其表現(xiàn)形式有兩類(lèi)：一類(lèi)為混合質(zhì)巖石，另一類(lèi)為混合巖。混合

10、質(zhì)巖石中混合質(zhì)成分所占巖石的比例525%，主要為石英、長(zhǎng)石和石英、長(zhǎng)石交生體，多以脈狀、透鏡狀、條帶狀順片理分布，代表性巖石為混合質(zhì)黑云斜長(zhǎng)片麻巖?；旌蠋r主要由斜長(zhǎng)石、石英組成，含少量黑云母、磷灰石、簾石、鋯石等。巖石具花崗粒狀變晶結(jié)構(gòu)、交代港灣結(jié)構(gòu)、變斑晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要巖石類(lèi)型有：斜長(zhǎng)均質(zhì)混合巖、二長(zhǎng)均質(zhì)混合巖。分布于礦區(qū)南、北邊緣。混合巖化對(duì)礦石類(lèi)型、品位、石墨粒度有明顯的控制作用，使礦石品位變貧，石墨片徑常發(fā)生次生加大，并致使礦層在縱向、橫向上礦石類(lèi)型的不均一和不穩(wěn)定性，給礦層對(duì)比帶來(lái)困難。3、礦體特征東沖河礦區(qū)石墨礦的礦床成因類(lèi)型為變質(zhì)變成型礦床。區(qū)內(nèi)產(chǎn)出、三個(gè)工業(yè)礦層，礦層為主

11、要工業(yè)礦層，可圈出3個(gè)礦體（-1、-2、-3）；、礦層為次要工業(yè)礦層，其中號(hào)礦層可圈出3個(gè)礦體（-1、-2、-3），號(hào)礦層可圈出1個(gè)礦體（-1）1。-1礦體：礦體呈透鏡狀產(chǎn)出，走向北東東，傾向南南東，傾角55度。礦體走向長(zhǎng)度150m，最大斜深98m，賦存標(biāo)高990908m，埋深082m。礦體厚度2.009.75m，平均厚度3.60m，厚度變化系數(shù)85.51%；品位4.5110.66%，平均品位7.27%，品位變化系數(shù)36.68%。-2礦體：礦體走向北東東，傾向南南東，傾角4362度，似層狀產(chǎn)出。礦體走向長(zhǎng)964m，斜深78206m，賦存標(biāo)高1151897m，埋深0158m。礦體厚度2.0015

12、.80m，平均厚度4.96m，厚度變化系數(shù)73.64%；礦體品位3.0010.99%，平均品位5.70%，品位變化系數(shù)35.48%。礦層厚度總的變化趨勢(shì)是傾向上由地表向中深部礦體厚度減薄。-3礦體：礦體走向北東東北東，傾向南南東南東，傾角4755度，似層狀產(chǎn)出。控制礦體走向長(zhǎng)203m，斜深176m，賦存標(biāo)高13241140m，埋深0172m。礦體厚度2.0010.23m，平均厚度5.94m，厚度變化系數(shù)60.23%；礦體品位3.0010.24%，平均品位6.15%，品位變化系數(shù)53.78%。礦體自西向東、由地表向深部，有厚度增大、品位變富的趨勢(shì)。-1礦體：礦體呈透鏡狀產(chǎn)出，為一盲礦體，走向北東

13、東，傾向南南東，傾角69度。礦體走向長(zhǎng)度55m，斜深52m，賦存標(biāo)高964915m，埋深63112m。礦體厚度2.002.60m，平均厚度2.30m；品位3.164.54%，平均品位3.76%。-2礦體：礦體呈楔狀產(chǎn)出，走向北東東，傾向南南東，傾角65度。礦體走向長(zhǎng)度196m，斜深75m，賦存標(biāo)高1026957m，埋深069m。礦體厚度1.9915.39m，平均厚度4.68m，厚度變化系數(shù)114.47%；礦體厚度自TC27-1始，沿走向及傾向迅速變薄，直至尖滅。礦體品位3.8410.08%，平均品位8.53%，品位變化系數(shù)30.86%。-3礦體：礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向北北東北東，傾向南

14、南東南東，傾角4060度，平均傾角50度。礦體走向控制長(zhǎng)度506m，斜深2102m，賦存標(biāo)高13241140m，埋深0184m。礦體厚度2.006.44m，平均厚度3.25m，厚度變化系數(shù)47.65%；礦體品位3.9811.73%，平均品位6.15%，品位變化系數(shù)40.79%。礦體沿傾向總體有由地表向深部厚度變薄、品位變低的趨勢(shì)。-1礦體：礦體呈似層狀產(chǎn)出，走向北東東北東，傾向南南東南東，傾角4750度，礦體走向長(zhǎng)度190m，斜深3180m，賦存標(biāo)高13571278m，埋深065m。礦體厚度3.685.17m，平均厚度4.13m；礦體品位3.004.53%，平均品位3.78%。礦體自TC100

15、向東西兩側(cè)及向深部厚度有變薄的趨勢(shì)，礦體品位自西向東有變貧的趨勢(shì)。4、礦石特征4.1礦石自然類(lèi)型礦區(qū)石墨礦可分為三種自然類(lèi)型：云母石墨片巖、石墨云母片巖、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖；礦石工業(yè)類(lèi)型屬晶質(zhì)大鱗片狀石墨。云母石墨片巖：具花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)或鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造、皺紋狀構(gòu)造。主要由石墨（1530%）、絹（白）云母（828%），黑云母（68%）、石英（4060%）、斜長(zhǎng)石（120%）組成，含少量榍石（00.1%）、電氣石（00.1%）、鋯石（00.1%）等，黃銅礦、黃鐵礦、鈦鐵礦等偶見(jiàn)。石墨呈鱗片狀，片徑0.011.25mm。石英呈他形粒狀，長(zhǎng)石呈他形粒狀，局部絹云母化。石墨與黑云母、絹（白

16、）云母緊密共生，與長(zhǎng)石、石英相間分布，榍石、電氣石零星產(chǎn)出，鋯石順片理分布。固定碳含量一般大于6%，最高可達(dá)10%以上。石墨云母片巖：具花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要由黑云母（610%）、石墨（512%）、絹（白）云母（1525%），石英（5068%）和斜長(zhǎng)石（18%）組成，含少量鋯石（00.1%）、電氣石（0.51%）、榍石（00.1%）、金紅石（00.2%）、紅柱石（015%）、十字石（02%）、石榴石（010%）等。石墨呈鱗片狀，片徑0.011.25mm。石英呈他形，常具拉長(zhǎng)現(xiàn)象。斜長(zhǎng)石已蝕變?yōu)榻仯ò祝┰颇?，尚保留其假象。石墨與黑云母、絹（白）云母、斜長(zhǎng)石、石英大致相間分布，金紅石零星

17、產(chǎn)出，紅柱石、十字石、石榴石多沿片理分布。固定碳含量一般為5%左右。石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖：具鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要由石墨（415%）、石英（2547%）、斜長(zhǎng)石（2547%）、黑云母（120%）和絹云母（115%）組成，含少量榍石（00.2%）、鋯石（00.1%）、石榴石（02%）。黃鐵礦、黃銅礦、鈦鐵礦、綠泥石偶見(jiàn)。石墨呈鱗片狀，片徑0.021.04mm，與黑云母、絹云母共生，與他形粒狀石英、絹云母化斜長(zhǎng)石相間分布。石榴石、榍石、鋯石順片麻理分布。固定碳含量一般小于6%。上述三種自然類(lèi)型礦石在、礦層中均存在，各類(lèi)型礦石常呈漸變過(guò)渡接觸。據(jù)石墨粒度分析，研究區(qū)石墨礦石的石墨片徑為0.

18、0114mm，一般為0.030.26mm，其中片徑0.15mm的占71.6%。礦石工業(yè)類(lèi)型屬晶質(zhì)大鱗片狀石墨。4.2礦石的礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造石墨礦石的礦物成分由石墨和脈石礦物兩大類(lèi)組成。石墨為鱗片狀，片徑0.0114mm，一般為0.030.26mm，含量530%。脈石礦物主要有石英、絹（白）云母、黑云母、斜長(zhǎng)石。次要礦物有榍石、鋯石、石榴石、電氣石等。黃鐵礦、黃銅礦、鈦鐵礦偶見(jiàn)。礦石的自然類(lèi)型不同，其礦物成分及含量亦有差異。礦石具花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)、鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造。4.3礦石化學(xué)成分從12個(gè)組合樣多項(xiàng)分析結(jié)果可以看出，本礦區(qū)石墨礦石化學(xué)成分比較穩(wěn)定，、礦層中各類(lèi)型礦石的主

19、要化學(xué)成分接近，化學(xué)特征近似。有用組分固定碳（C）含量礦層為4.5712.43%；礦層為4.4511.85%。有害組分硫（S），地表含量低于深部，地表為0.010.03%，深部為1.271.89%；Fe2O3含量為5.598.61%，地表和深部均較穩(wěn)定。灰份（Ag）含量為83.2792.38%；揮發(fā)份（Vg）地表略高于深部，地表一般在3.775.12%，而深部則為3.023.81%；H2O+由于地表風(fēng)化作用，明顯高于深部，地表一般4%，在4.105.53%之間，而深部則為2.152.88%。5、礦石選礦工藝礦區(qū)內(nèi)、號(hào)工業(yè)礦層采集選礦試驗(yàn)樣一件由中南冶金地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)研究。研

20、究結(jié)果如下：經(jīng)對(duì)選礦試驗(yàn)綜合樣進(jìn)行礦物工藝學(xué)研究分析，礦石主要化學(xué)成分是SiO2 55.01%、Al2O3 18.27%、Fe2O3 7.36%、固定碳（C）6%、K2O 4.15%、MgO 1.97%，還含有少量的CaO、Na2O、TiO2、MnO。主要組成礦物為石英、云母類(lèi)（黑云母和白云母）、石墨、長(zhǎng)石類(lèi)、少量綠泥石和黃鐵礦。通過(guò)一系列粗選條件試驗(yàn)，確定該礦最佳粗選試驗(yàn)工藝條件：粗磨磨礦細(xì)度為-0.15 mm粒級(jí)含量71.96%，生石灰用量2000 g/t，礦漿pH為8-9，煤油用量300 g/t，2#油用量75 g/t，粗選精礦固定碳含量達(dá)到29%左右，回收率可達(dá)約93%，+0.15mm精礦回收率約為59%。通過(guò)粗選條件試驗(yàn)、開(kāi)路試驗(yàn)和中礦處理試驗(yàn)，確定該礦較適宜的選礦工藝流程為：一次粗選兩次掃選，粗精礦四次再磨五次精選，中礦1和2合并后再磨再選，再選精礦即中礦6直接返回至粗選。中礦3返回至精選，中礦4返回至精選，中礦5返回至精選。尾礦