【矿业澳洲点评】为了确定澳大利亚布朗斯地区炭质页岩铜钴镍矿资源合适的选矿工艺，对该地区有代表性矿样开展了工艺矿物学研究。结果表明:①矿石为典型的沉积型炭质页岩多金属矿，矿物组成复杂，主要金属矿物为黄铜矿、斑铜矿、硫钴镍矿等，矿石中钴、镍等有价元素以类质同象的形式或呈机械夹杂物分布于硫镍钴矿、黄铁矿及脉石矿物中，脉石矿物主要为炭质、白云母、多水高岭石等。②矿石中各矿物间共生关系复杂，普遍存在着交代结构和相互浸染构造，致使部分可浮性较好的炭质矿物易浮选进入硫化矿精矿中，同时部分微细粒硫钴镍矿被黄铜矿包裹，浮选时易进入铜精矿中。③矿石中黄铜矿和黄铁矿属中细粒嵌布范畴，硫镍钴矿属细粒—微粒嵌布范畴。根据矿石工艺矿物学特征，建议采用阶段磨矿—阶段选别的工艺依次回收铜、钴、镍、硫，尾矿可作为钾化肥。
《澳大利亚布朗斯炭质页岩铜镍钴矿工艺矿物学研究》
炭质页岩作为沉积岩中黏土岩类的一种，含有大量分散的炭化有机质，并在成矿过程中受到风化和沉积作用，使原矿的矿物种属、矿石结构构造趋于复杂化。相比于自然界最常见的石英脉载矿岩石，炭质页岩主要脉石矿物为易浮的炭质、硅泥质结核、多水高岭石、水白云母等矿物，矿石构造主要为结核状、页片状，并多呈现出隐晶质、胶状等结构。由于炭质页岩为载矿岩石，在矿石成因、矿物种类、结构构造等方面不同于常规的石英脉型矿石，所以，查明矿石工艺矿物学特性成为选矿工艺流程确定的重要依据。
【1 矿石物质组成】
澳大利亚布朗斯地区沉积型炭质页岩在成岩成矿前的远古时期为植被极为丰富的沼泽地，聚集了大量的生物、淤泥碎屑和铜、钴、镍等金属离子。随着地壳上升、岩化、生物炭化、硫化，淤泥脱水结晶成黏土类矿物，并吸附铜、钴等金属离子，在热力学作用下，重金属离子从泥炭中析出，与硫作用生成铜、镍、钴为主的金属硫化矿。特殊的成矿过程决定了该炭质页岩矿石性质的特殊性，其主要特征为:矿石的组成矿物种类多，矿物间共生关系复杂。矿石中金属矿物主要是黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿和硫镍钴矿，钴、镍等有价元素以类质同象的形式或呈机械夹杂物分布于硫镍钴矿、黄铁矿及脉石矿物中，脉石矿物含量较高的是炭质、多水云母和绿泥石，炭质包裹铜硫矿物的现象普遍，会对选矿造成不利影响。
矿石的手选标本呈黑色、褐色、灰色碎块，扁平状或球团状、结核状。扁平者为炭质页岩，断口参差不齐，断面可见星点状铅矿化，似层状分布。球团状、结核状者为胶黄铁矿集合体，似同心层状分布，表面有褐铁矿皮壳，断口呈贝壳状。二者硬度相差极大，推测炭质页岩与结核状胶黄铁矿本为一体，即球团状胶黄铁矿是炭质页岩内硫与铁的局部富集。矿石化学多元素分析结果如表1所示。
由表1可看出:矿石含K高达5.97%，说明布朗斯地区在成岩成矿前的远古时期是个沼泽地，而且植被非常茂密，也说明成矿的母岩主要由富含钾的黏土类矿物如水白云母、多水高岭石等组成;矿石SiO2含量达51.01%，说明SiO2负胶体在成岩过程中起了重要作用;矿石主要金属元素为铜、镍、钴，对这3种元素进行物相分析，结果如表2所示。
采用MLA矿物参数自动分析系统并结合X射线衍射分析和镜下检测、统计得出矿石主要矿物组成如表3所示。
分析表1～表3可看出:矿石中主要脉石是黏土矿物和炭质，是铜、钴、镍等金属成矿之源;矿石中铜、钴、镍均达到了工业回收品位，且矿石含有种类较多的富含隐晶、胶状体矿物，如胶黄铁矿、蛋白石、泥炭质结核、水钴矿等;矿石钾含量高达5.95%，将铜钴镍硫等元素回收后，尾矿可作为天然的富钾肥料，微带酸性;矿石中大部分造岩矿物都含水，这些水包括吸附水(即薄膜水、毛细管水、胶体水和层间水)、结晶水(即水呈中性分子的形式参加矿物的晶格构造)和结构水(即水呈H+、OH－、H3O+等离子形式参加矿物的晶格构造)，它们集中反映了矿石是沉积形成的特点。
【2 矿石结构和构造】
【2.1 矿石结构】
(1)自形—半自形粒状结构。矿石中部分黄铁矿呈形态较为规则的自形—半自形晶产出，而其集合体则多为不规则的团块状。
(2)他形粒状结构。他形粒状结构的代表性矿物主要是黄铜矿，次为黄铁矿，呈形态多变的他形粒状以浸染状的形式嵌布在脉石中或与其余金属硫化物嵌生。
(3)粒状镶嵌结构。黄铁矿、黄铜矿和硫化镍钴矿相互紧密镶嵌聚合成致密状或稠密浸染状集合体。
(4)交代结构。细粒炭质交代黄铁矿，使黄铜矿中残余一些不规则的黄铁矿残余体。
(5)充填结构。部分微细粒炭质呈细脉状、网脉状或不规则状沿黄铜矿、硫钴镍矿的粒间及裂隙充填分布。
【2.2 矿石构造】
(1)浸染状构造。浸染状构造为矿石最常见的构造形式，主要表现在大部分金属硫化物呈粒度不均匀的集合体沿脉石矿物及微细粒炭质矿物粒间分布，而按浸染的密集程度还可进一步分为稠密浸染状、中等稠密浸染状和稀疏—稀疏浸染状等不同类型。
(2)结核状、页片状构造。泥炭质、硅泥质结合呈椭球形结核状、顺层理断续分布，部分胶黄铁矿、硫钴矿沿着矿石页理、层理分布形成页片状构造。
【3 主要矿物嵌布特征】
【3.1 黄铜矿】
黄铜矿是矿石中铜最主要的赋存载体。在矿石中没有发现黄铜矿自形晶或半自形晶，皆以他形晶形式产出。黄铜矿以似胶凝、流体状态产出，体现出沉积形成的特征。即使在高倍显微镜下观测，也看不出黄铜矿中有固溶分离出的其他元素的硫化矿或脉石。黄铜矿在矿石中呈囊状，断续分布或包裹于炭质页岩的裂缝中(图1)，与与其嵌连的炭质矿物之间的接触界线多为平直的港湾状，粒度相对较均匀，一般0.03～0.30mm。总体而言，黄铜矿的嵌布特征是集合体形态较不规则、与交生矿物之间的嵌连关系较为复杂，粒度不均匀，为保证选矿能获得较高品位的铜精矿，矿石需磨至较细粒度。
【3.2 斑铜矿】
斑铜矿是最先形成的次生硫化铜矿物。斑铜矿与黄铜矿紧密连生，这是由于斑铜矿是由黄铜矿氧化而来的缘故。斑铜矿多在矿石中与黄铜矿呈不规则浸染状出现在脉石中(图2)，与其他金属硫化物接触较少，偶见斑铜矿与黄铁矿相连，有时可在黄铁矿的集合体内部见到包裹着的细小斑铜矿颗粒。斑铜矿的粒径一般在0.02～0.50mm。
【3.3 硫镍钴矿】
根据硫镍钴矿与其余矿物的共生关系，可将硫镍钴矿分为2类。一类与黄铁矿、黄铜矿关系均较为密切，分布于在黄铁矿的裂隙、孔洞及解理中，同时，黄铁矿的裂隙、孔洞及解理的周围分布着黄铜矿，此类硫镍钴矿的粒径在10～50μm(图3(a));另一类硫镍钴矿仅与黄铜矿关系密切，多呈乳滴状、浑圆状被黄铜矿包裹，这类硫镍钴矿的粒径多较细小，在10～30μm(图3(b))，在选矿磨矿过程中难以解离，将随黄铜矿一起进入铜精矿产品中。
【3.4 硫钴矿】
在矿石中没有发现硫钴矿的自形晶，硫钴矿多呈他形粒状分布。在偏光显微镜的透光下不透明，在反射光下若嵌布于黄铁矿裂缝中，则呈淡玫瑰色调，少量嵌布在黄铜矿的裂缝中，则呈鲜艳的玫瑰色;而在泥炭质类层里，则呈暗灰玫瑰色调。钴的离子状态比镍离子更活泼，更易参与胶体化学作用。矿石中，硫钴矿分布于炭质页岩的夹层里，与黄铜矿共生，如图4所示。矿石中的钴源自于成岩前的胶体吸附沉积，被泥炭质结核吸附，所以在炭质中，也有硫钴矿分布，化学物相分析中硅酸钴即泥炭质、硅泥质吸咐钴，此类钴呈分散离子态赋存于泥炭质或硅泥质结核中。
【3.5 脉石矿物】
矿石中脉石矿物种类较多，含量较高且分布较为广泛的是白云母、多水高岭石及石英、蛋白石等。白云母多为细小片状、鳞片状，在大多数块矿中均常见，与石英交生。多水高岭石为细小的鳞片状，大部分矿块中均可见，但不均匀，常与石英等脉石矿物混杂交生构成金属硫化物的嵌布基底。石英大多为粒度细小的不规则他形粒状。炭质物多为非晶质，常见为微小颗粒，不透明，深褐色至灰、黑色，多分布在矿石的解理、裂隙及孔洞中;部分呈尘埃状、微细弥散状分布在脉石中，粒径极细，基本在1～10μm，见图5。
【4 主要金属硫化物嵌布粒度】
矿石中主要矿物的粒度组成及分布特点对磨矿细度确定和合理选矿工艺流程的制定有着直接的影响。为此，在镜下对矿石中的黄铜矿、硫镍钴矿、黄铁矿的嵌布粒度进行了统计，结果列于表4所示。由表4可以看出:矿石中黄铜矿和黄铁矿属中细粒嵌布范畴，硫镍钴矿属细粒、微粒嵌布范畴，黄铜矿、硫镍钴矿及黄铁矿在+0.019mm粒级的累计分布率分别为90.0%、58.5%、93.3%。欲使试样中的黄铜矿和硫镍钴矿充分解离，需要对矿石进行细磨。
【5 结论】
(1)澳大利亚布朗斯地区铜钴镍多金属矿为典型的沉积型炭质页岩多金属矿，矿石中主要脉石黏土矿物和炭质是铜、钴、镍等金属成矿之源，其中吸附的铜、钴和镍离子与硫作用生成铜、镍、钴为主的金属硫化矿。矿石中金属矿物主要为黄铁矿和黄铜矿，次为斑铜矿、硫镍钴矿，偶见闪锌矿、铜蓝、菱铁矿和褐铁矿零星分布;脉石矿物主要是云母、高岭石、石英，其次为绿泥石、高岭石、长石、角闪石、方解石、白云石等。
(2)矿石主要呈浸染状产出，部分具稠密浸染状或致密块状构造。矿石中黄铜矿多呈不规则粒状集合体以浸染状的形式嵌布在黄铁矿中，部分呈不规则状或细脉状沿炭质的边缘、粒间、孔洞及裂隙充填交代。硫镍钴矿多呈不规则粒状、浑圆状沿黄铜矿和炭质的边缘、孔洞及裂隙充填交代，部分则呈不规则粒状以浸染状的形式嵌布在黄铜矿中。
(3)炭质的可浮性优于金属硫化矿，炭质包裹铜硫矿物的现象普遍。矿石中黄铜矿和黄铁矿属中细粒嵌布的范畴，硫镍钴矿属细粒—微粒嵌布范畴，同时矿石中铜、钴、镍等有价元素以类质同象的形式或呈机械夹杂物分布于硫镍钴矿、黄铁矿及脉石矿物中，为了实现有价元素的高效回收利用，应采用多段磨矿，阶段选别的方式，最大限度地回收铜、钴、镍、硫之后，尾矿可作为天然的钾化肥。
——闫朋 安鹏升 刘志超 潘宏伟 徐亮 赵光洲
——(天津出入境检验检疫局化矿金属材料检测中心，天津300457)
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