大平山铜矿毒砂单矿物扫描电镜分析

2012-09-08王少华汪斌徐兆文陆现彩王浩陈猛朱翔羽

地质学刊 2012年2期

王少华，汪斌，徐兆文，陆现彩，王浩，陈猛，朱翔羽

(1.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，江苏南京210093;2.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093;3.铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿，安徽铜陵244031)

大平山铜矿毒砂单矿物扫描电镜分析

王少华1，2，汪斌3，徐兆文1，2，陆现彩1，2，王浩1，2，陈猛1，2，朱翔羽1，2

大平山铜矿床位于南京市江宁区横溪镇西侧，矿石中有用组分除铜以外，还伴生有As、Zn、Ag、Au、Co和Ni等元素，其中As元素质量分数较高，局部达0.2%～0.9%。通过显微观察和扫描电镜能谱分析，发现大平山铜矿矿石中As元素主要以硫化物形式，呈毒砂独立矿物以自形—半自形粒状、他形粒状赋存于矿石中。赋存方式主要为:以独立矿物呈稀疏浸染状分布于矿石中，局部呈条带状和中等稠密浸染状分布于矿石中;以交代方式与黄铁矿和黄铜矿共生于矿石中，但毒砂形成晚于黄铁矿和黄铜矿。

毒砂;显微观察;扫描电镜;赋存状态;大平山铜矿;江苏南京

0 引言

到目前为止，大平山铜矿的研究工作仅局限于野外地质调查、物理化学探矿和相关的岩石化学及少量硫同位素分析研究(江苏省地质局第一地质大队，1975，1977;江苏省地矿局地质研究所，1989;侯龙海，1984，2003，2008;赵玉琛，1994a、1994b)。以矿床成因，尤其是矿床中含量较高的As元素的赋存方式始终未能得到很好的解决，极大地影响了大平山地区的普查找矿工作，也直接影响了大平山铜矿的深度开发。

在野外工作的基础上，参照前人研究成果，运用岩相学和扫描电镜能谱分析方法，通过大平山铜矿矿石、矿物的显微观察和成分分析，探讨大平山铜矿床中砷的赋存状态，为大平山铜矿成因研究以及今后采矿和选矿论证提供理论依据。

1 大平山矿区地质概况及矿床地质特征

大平山铜矿床位于南京市南郊约45 km的江宁区横溪镇西侧，处于宁芜火山岩盆地中段东缘。矿床中除了铜资源外，还伴生有锌、金、铁和硫等矿产资源。

1.1 地质概况

矿区出露地层主要为三叠系下统黄马青组(T3h)陆相砂页岩、侏罗系下—中统象山群(J1-2xn)陆相碎屑岩、上统龙王山组(J3l)和大王山组(J3d1)陆相火山岩(图1)。褶皱构造为由黄马青组(T3h)和象山群(J1-2xn)地层构成的单斜构造，走向大致NE35°。此外，火山岩中还发育有次一级NE向短轴褶皱;断裂构造主要为NNE、NE、NW和近EW向;依据火山岩的分布、地形和地貌特征等推测在大平山—天台山—鸡笼山，老虎头、明清寺发育有火山活动中心。火成岩主要为闪长斑岩、二长闪长斑岩及次火山岩。

1.2 矿床地质特征

矿体主要赋存于龙王山组火山岩中下部集块凝灰角砾岩、凝灰角砾岩、角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩、熔结角砾凝灰岩和粗安质砾岩中。已发现大小矿体共75个，矿体主要呈扁豆状或透镜状，产状平缓，多与火山岩产状大致相近，矿床总体呈NE38°展布，倾向NW，倾角0°～25°，一般10°左右。矿带断续长约1 100 m，宽约240 m。矿石中铜品位介于0.20%～2.70%之间，初步估算为小型铜矿床。

矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、毒砂，其次为闪锌矿、磁铁矿和方铅矿以及极少量的砷黝铜矿等;次生富集带主要有辉铜矿;氧化带主要有褐铁矿、黄钾铁矾、绿松石，偶见孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿。脉石矿物主要有斜长石、角闪石、石英、钠长石、绿帘石、绿泥石、方解石和绢云母等。矿石结构主要有自形—半自形粒状结构、他形粒状结构、填隙结构、交代结构和交代残余结构等;矿石构造主要有脉状构造、细脉浸染状构造、稀疏浸染状构造和似角砾状构造等。矿石类型主要为黄铁矿－黄铜矿矿石、毒砂－黄铁矿－黄铜矿矿石、毒砂－黄铁矿矿石、闪锌矿矿石和黄铁矿矿石等。矿石中主要有用组分为铜，此外还伴生有As、Zn、Ag、Au、Co和Ni等元素，其中As元素在矿石中质量分数较高，一般为0.08%，局部达0.2%～0.9%。矿区蚀变主要有钾长石化、黄铁绢云岩化、钠长石化、青盘岩化、绿帘石化、绿泥石化、硅化、碳酸盐化和高岭土化等。

图1 大平山矿区地质图

2 采样及分析方法

样品采自大平山铜矿钻孔岩芯，样品经手工挑选，磨制成薄片和光片，通过显微观察，参照手标本观察结果，选取粗脉状、细脉状、浸染状和角砾(团块)状矿石(图2)各2件，共计8件，进行单矿物扫描电镜能谱成分分析。

扫描电镜能谱分析采用JSM-6490型扫描电镜，分辨率小于4.0 nm，加速电压最小范围0.5～30 kV，10 V/步，能谱仪Si(Li)探测器分辨率优于133 eV，能谱探测器的有效面积为10 mm2。

图2 大平山铜矿矿石照片

3 矿石矿物显微观察和扫描电镜能谱分析

3.1 显微观察

显微观察表明(图3)，大平山铜矿矿石中的矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿，其次为毒砂以及少量闪锌矿等。

黄铁矿:浅黄色，高反射率，主要为自形—半自形颗粒(图3a、b、c、d、e、f)，呈脉状、浸染状和角砾(团块)状分布于矿石中，常被黄铜矿交代(图3b、d、e、h、j)。

黄铜矿:铜黄色，反射率与方铅矿近似，主要以他形颗粒(图3b、d、e、f、h、j)，呈浸染状、角砾状和脉状分布于矿石中，常与其他矿物共生，镜下可见黄铜矿交代黄铁矿(图3 b、d、e、h、j)，也有被闪锌矿交代(图3f)。

毒砂:亮白色微带黄色调，高反射率，主要呈自形—半自形颗粒，也可见独立的菱形晶体(图3g)，多数呈稀疏浸染状(图3h、i、j)分布于矿石中，少数呈条带状(图3k)和中等稠密浸染状(图3l)分布于矿石中。尤其是角砾状矿石及细脉状矿石样品中毒砂含量较高。

闪锌矿:灰色，他形粒状，含量较少，主要呈星点状或稀疏浸染状分布在矿石中，常交代其他矿物(图3f)。

3.2 扫描电镜能谱分析

扫描电镜能谱分析显示(表1、图4)，大平山铜矿矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿，其次为毒砂，以及少量的闪锌矿、方铅矿等矿物(图4)。

黄铁矿:主要呈自形—半自形、他形粒状分布于矿石中，见有黄铜矿、毒砂、闪锌矿和方铅矿等矿物交代黄铁矿(图4b、c、h、i)。大平山铜矿中黄铁矿的化学组成为Fe=31%～34%、S=66%～69%。

黄铜矿:主要呈他形粒状分布于矿石中，后期有被黄铁矿、毒砂交代现象(图4j、h、k)，还可见黄铜矿包裹或交代黄铁矿(图4b、i、j、k)。大平山铜矿黄铜矿的化学组成为Fe=23%～26%、S=49%～53%、Cu=23%～26%。

毒砂:主要呈自形—半自形、他形粒状分布于矿石中，可见少数菱形晶体(图4g)，尤其是角砾状矿石及细脉状矿石样品中毒砂含量较多，表现出条带状分布(图4f)和浸染状分布特征(图4k)。毒砂常交代早期黄铜矿、黄铁矿(图4h、i、j、k)，还可见方铅矿交代毒砂矿物颗粒(图4l)。浸染状矿石中毒砂粒径非常细小，在50 μm以下，角砾状、细脉状和粗脉状矿石中毒砂粒径相对较大，一般在100 μm以上，甚至少数大于200 μm。大平山铜矿毒砂化学组成为Fe= 32%～34%，As=28%～32%，S=34%～38%。

闪锌矿:主要呈他形粒状，在矿石中含量较少，常呈星点状分布于矿石中，并交代其他矿物(图4c)。大平山铜矿闪锌矿化学组成为Zn=40%～47%、S=50%～53%，有时还有极少量的Fe=1%～6%。

方铅矿:主要呈半自形粒状，在矿石中含量较少，常交代其他矿物(图4b、l)。大平山铜矿中方铅矿化学组成为Pb=44%～52%、S=48%～51%，有时有极少量的Fe，在5%左右。

除了含硫矿物，还有一些非硫化物矿物，如锆石、钠长石等。

4 讨论

砷在自然界中分布形式主要为:(1)自然砷及砷的合金;(2)As3+的简单硫化物和氧化物; (3)As3+形成砷酸根络阴离子;(4)As与S形成含硫盐阴离子，并与重金属Fe、Cu、Pb、Zn等形成含硫盐矿物;(5)As可以阴离子的形式As3－或Asn－，替代矿物中的S2－离子(刘英俊等，1980)。毒砂(FeAsS)呈锡白色，表面常带有浅黄的锖色，条痕灰黑色，金属光泽，硬度5.5～6.0，性脆，锤击后发出蒜臭味，是硫化物矿床中常见的一种共生矿物，也有呈独立矿床;形成温度变化范围较大，但大多数见于高温和中温热液矿床中。化学组成通常为Fe=34.30%，As= 46.01%，S=19.69%(赵明，2011)。

图3 大平山铜矿矿石显微照片

大平山铜矿床中的砷主要以毒砂单矿物分布于矿石中。其中毒砂主要呈自形—半自形粒状或他形粒状，在矿石中，一是以浸染状或少量条带状分布，二是以交代形式与黄铁矿和黄铜矿共生。此外，在大平山铜矿矿石矿物CL图像中还发现毒砂矿物颗粒被晚期黄铁矿和黄铜矿所包裹。毒砂粒径一般为100 μm左右，其中粗脉状矿石和角砾状矿石中毒砂粒径有的大于100 μm，细脉状和浸染状矿石中一般小于100 μm。扫描电镜能谱分析显示，大平山铜矿中的毒砂化学组成为Fe=32%～34%，As= 28%～32%，S=34%～38%，与标准毒砂化学成分有一些差异。如依照毒砂高温环境砷含量高、低温环境硫含量高的特性，推测大平山铜矿中毒砂的形成温度应在中—高温环境，当然还没有考虑毒砂形成时的压力(赵明，2011)。

表1 扫描电镜能谱分析结果(原子数百分比)

续表1

5 结论

(1)大平山铜矿中As元素主要以硫化物方式，呈毒砂单矿物分布于矿石中。

(2)矿石中的毒砂主要呈自形—半自形粒状、他形粒状。赋存方式主要为:①以独立矿物呈稀疏浸染状分布于矿石中，局部呈条带状和中等稠密浸染状分布于矿石中。②呈交代方式与黄铁矿和黄铜矿共生于矿石中，毒砂形成晚于黄铁矿和黄铜矿。

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侯龙海.2008.浅析宁芜北段铜矿地质特征、找矿前景与方向［J］.地质学刊(原《江苏地质》)，32(4):263－270.

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赵明.2011.矿物学导论［M］.北京:地质出版社.

Scanning electron microscopy analysis of arsenopyrite monomineral in Dapingshan Copper Deposit

WANG Shao-hua1，2，WANG Bin3，XU Zhao-wen1，2，LU Xian-cai1，2，WANG Hao1，2，CHEN Meng1，2，ZHU Xiang-yu1，2
(1.National Key Laboratory for Mineral Deposits Research，Nanjing 210093，China;2.School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China;3.Tongling Nonferrous Metals Group Holdings Co.Ltd，Tongling 244031，Anhui)

Dapingshan Copper Deposit is located in the west of Hengxi Town in Jiangning District，Nanjing.Based on geochemical and geophysical prospecting anomalies，it was found in early 1970.The primary useful constituent in the mineral ore was Cu，accompanied by other elements such as As，Zn，Ag，Au，Co and Ni etc.Among them，the content of As was higher，that could reach 0.2% to 0.9%partly.The detection of arsenic，under the microscope，appeared chiefly as the form of sulphide in Dapingshan Copper Deposit through scanning electron microscope analysis，with the appearance of arsenopyrite independently distributed in the ore.Arsenopyrites are mainly found in the form of automorphic-hypidiomorphic granular texture and xenomorphic granular texture.There were two occurrence modes:one was independent sparsity disseminated mineral with partial strip and medium dense dissemination distributed in the ore，and the other was an alterated generation of paragenetic chalcopyrite and pyrite in the ore，which were formed earlier.

Arsenopyrite;Microscope;Scanning electron microscope;Mode of occurrence;Dapingshan Copper Deposit; Nanjing，Jiangsu