铜矿

黄色的铜矿与黄铁矿化铁)有时凭直观很难区别,只要拿矿物在粗瓷上划条痕可立见分晓:绿黑色的是黄铜矿;黑色的便是黄铁矿。铜的工业矿物有:自然铜﹑黄铜矿﹑辉铜矿﹑黝铜矿﹑蓝铜矿﹑孔雀石等。已发现的含铜矿物有280多种,主要的只有16种。除自然铜和孔雀石之外,还有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝和黝铜矿等。中国开采的主要是黄铜矿(铜与硫、铁的化合物),其次是辉铜矿和斑铜矿。

基本概述 铜矿石一般是铜的或硫化物,与硫酸反应生成蓝绿色的硫酸铜。自然铜铜矿有各种各样的颜色。斑铜矿呈暗铜红色,氧化后变为蓝紫斑状;辉铜矿(硫化二铜)灰色;铜蓝(硫化铜)靛蓝色;黝铜矿是钢灰色;蓝铜矿(古称曾青或石青)呈鲜艳的蓝色。在古代文献中,青色即指深蓝色,“青出于蓝胜于蓝”就是这个意思。

全世界探明的铜矿储量约6亿多吨,储量最多的国家是智利,约占世界储量的三分之一。我国有不少著名的铜矿,如江西德兴、安徽铜陵、山西中条山、甘肃白厂、云南东川、西藏玉龙等。在金属王国里,铜的导电性仅次于银。铜矿比银矿多且价格便宜。当今世界,一半以上的铜用于电力和电讯工业。

 

开发历史

自人类从石器时代进入青铜器时代以后,青铜被广泛地用于铸造钟鼎礼乐之器,如中国的稀世之宝--商代晚期的司母戊鼎就是用青铜制成的。所以,铜矿石被称为“人类文明的使者”。 铜在地壳中的含量只有十万分之七,可是在四千多年前的先人就使用了,这是因为铜矿床所在的地表往往存在一些纯度达99%以上的紫红色自然铜(又叫红铜)。它质软,富有延展性,稍加敲打即可加工成工具和生活用品。 商代铜器--龙虎石尊铜矿上部的氧化带中,还常见一种绿得惹人喜爱的孔雀石。孔雀石因其色彩像孔雀的羽毛而得名。它多呈块状、钟乳状、皮壳状及同心条带状。用孔雀石制成的 绿色颜料称为石绿,又叫石录。孔雀石别号叫“铜绿”,它还是找矿的标志。1957年,地质队员来到湖北省大冶铜绿山普查找矿,通过勘探,发现铜绿山是一个大型铜、铁、金、银 、综合矿床。

 

南美洲的智利,号称“铜矿之国”。那里有个大铜矿,也是外国人根据孔雀石发现的,那是18世纪末叶的一个趣闻。当时,智利还在西班牙殖民者的统治下。一次,有个西班牙的中尉军官,因负债累累而逃往阿根廷去躲债。他取道智利首都圣地亚哥以南50英里的卡佳波尔山谷,登上1600米高的安第斯山时,无意中发现山石上有许多翠绿色的铜绿。他的文化素养使他认识到这是找铜的“矿苗”,于是带着矿石标本去报矿。后经勘查证实,这是一个大型富铜矿。这座铜矿特命名为“特尼恩特”(西班牙文意为“中尉”)。它是目前世界上最大的地下开采铜矿,年产铜锭30万吨。

 

分类分布

1.海相火山岩黄铁矿型铜矿床。产于下古生代石英角斑岩和细碧岩中。呈透镜状﹑似层状。矿石矿物以黄铜矿﹑黄铁矿为主。铜品位一般大于 1%。如中国甘肃白银厂﹑青海红沟等矿床。 2.超基性岩铜镍矿床。产于下古生代纯橄岩﹑辉橄岩﹑橄辉岩岩体的中﹑下部。呈似层状﹑透镜状。矿石矿物以黄铜矿﹑镍黄铁矿为主。铜品位一般小于 1%。如中国甘肃金川﹑新疆喀拉通克等矿。

 

3.变质岩层状铜矿床。产于中元古代白云岩﹑大理岩﹑片岩片麻岩中﹐沿层产出。矿体呈层状﹑似层状﹑透镜状。矿石矿物以黄铜矿﹑斑铜矿为主。铜品位一般大于1%。如云南东川汤丹﹑山西中条山胡家峪等矿。

 

4.夕卡岩铜矿床。产于中酸性侵入岩体和酸盐岩的接触带内外。矿体以似层状﹑透镜状﹑扁豆状为主。矿石矿物主要为黄铜矿﹑黄铁矿。铜品位一般大于1%。如安徽铜官山﹑江西城门山等矿。

 

5.斑岩铜矿床。产于中生代﹑新生代花岗闪长斑岩﹑二长斑岩﹑闪长斑岩等及其围岩中。矿体呈似层状﹑透镜状。矿石矿物以黄铜矿为主。铜品位一般小于 1%。矿床常为大﹑中型。如江西铜厂﹑黑龙江多宝山﹑西藏王龙等矿。

 

6.砂岩铜矿床。产于中生代陆相砂岩与砂页岩中。矿体呈似层状﹑透镜状。矿石矿物以辉铜矿为主﹐其次为斑铜矿﹑黄铜矿等。铜品位多大于1%。如云南郝家河﹑四川大铜厂等矿。

 

斑铜矿

铜和铁的硫化物(Cu5FeS4)矿物,含铜量 63.3%,提炼铜的主要矿物原料之一。为等轴晶系,其高温变体为等轴晶系,称等轴斑铜矿。表面易氧化呈蓝紫斑状的锖色,因而得名。新鲜断面呈暗铜红色,金属光泽,莫氏硬度 3 ,比重4.9~5.0。常呈致密块状或分散粒状见于各种类型的铜矿床中,并常与黄铜矿共生。也形成于铜矿床的次生富集带,但不稳定,而被次生辉铜矿和铜蓝置换。在地表易风化成孔雀石和蓝铜矿。中国云南东川等铜矿床中有大量的斑铜矿。世界代表性产地是美国蒙大那州的比尤特,墨西哥卡纳内阿和智利丘基卡马塔等。

化学组成

Cu5FeS4,Cu63.33%,Fe11.12%,S25.55%。由于斑铜矿经常含有黄铜矿,辉铜矿显微包裹体,其实际成份变动很大;因为在高温时(>400℃)斑铜矿与黄铜矿,辉铜矿呈固溶体,低温时发生固溶体离溶;

鉴定特征

斑铜矿,可以从其特有的暗铜红色及锖色中加以鉴定,并和辉铜矿与黄铜矿区别; 成因产状:斑铜矿为许多铜矿床中广泛分布的矿物;在热液成因的斑岩铜矿中,与黄铜矿,有时与辉钼矿、黄铁矿呈散染状分布于石英斑岩中;还见于某些接触变质的矽卡岩矿床中和铜矿床的次生富集带中;著名产地:世界著名产地有英国Cornwall和美国Alaska州(SaltChuokmine)Arizona州(Bagdad)等地。名称来源:1845年Haidinger为纪念奥地利矿物学家IgnatiusvonBorn(1742-1791)用其名字命名的铜和铁的硫化物;

晶体形态

四方偏三角面体晶类;晶体可见等轴状的立方体、八面体和菱形十二面体等假象外形,但极为少见,通常呈致密块状或不规则粒状;晶体结构:晶系和空间群:四方晶系(高温变体),空间群D42d—P421c(高温变体);晶胞参数:a0=1.095埃;粉晶数据:1.937(1)3.18(0.6)2.74(0.5)

物理性质

硬度:3;比重:4.9-5.3g/cm3;解理:(111)解理不完全;断口贝壳状断口;颜色:新鲜面呈暗铜红色,在不新鲜面常被蓝紫斑状锖色所覆盖;条痕:灰黑色;透明度:不透明;光泽:金属光泽;发光性:无;其他:性脆,具导电性。

光学性质

反射色。新抛光面亮玫瑰褐色,但很快变暗而带紫。反射率:18.5(绿光),19(橙光),21(红光)。 晶体化学:理论组成(wB%):Cu 63.33,Fe 11.12,S 25.55。因常含黄铜矿、辉铜矿、铜蓝等显微包裹体,实际成分范围:Cu 52~65,Fe 8~18,S 20~27。高温(>475℃)时,斑铜矿与黄铜矿、辉铜矿成固溶体;低温时,斑铜矿和黄铜矿分离。 结构与形态:等轴晶系,a0=1.093nm;Z=8。晶体结构相当复杂。其中S作立方最紧密堆积,位于立方面心格子的角顶和面心,阳离子充填8个四面体空隙,但阳离子向四面体的中心移动,硫的强定向键随着金属接近面心而使结构稳定。金属原子占据每个四面体面上6个可能位置之一,每个四面体提供24种亚位置。Cu和Fe原子随机地占据尖端向上和向下的四面体空隙的3/4。四面体共棱。 六八面体晶类,Oh-m3m(3L44L36L29PC)。常呈致密块状或不规则粒状。

产状与组合

产于基性岩及有关的Cu-Ni等矿床中与黄铜矿、钛铁矿等共生。产于热液型矿床中的斑铜矿,常含有显微片状黄铜矿包裹体,与黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、黝铜矿、硫铜矿、辉铜矿等共生;有时与辉钼矿、自然金等共生。还见于某些夕卡岩矿床中,与其它铜的硫化物共生。在氧化带易转变成孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、褐铁矿等。

 

鉴定特征:特有的暗铜红色及锖色,硬度低。溶于硝酸,有铜的焰色反应。

工业应用

斑铜矿表面易氧化而呈紫蓝斑杂的锖色。斑铜矿的新鲜断面呈暗铜红色,金属光泽,摩斯硬度3,常成致密块状或分散粒状见于各种类型的铜矿床中,并经常与黄铜矿共生,斑铜矿也形成于铜矿床的次生硫化物富集带中。斑铜矿在地表易风化成孔雀石和蓝铜矿。中国云南东川等铜矿床中有大量斑铜矿。世界其他主要产地有美国蒙大那州的比尤特,墨西哥的卡纳内阿,智利的丘基卡马塔等。铜广泛用于电气﹑机械﹑车辆﹑船舶﹑建筑工业和民用器具。

 

黝铜矿

黝铜矿Tetrahedrite,是一种铜、的硫化物矿物,通常产在矿脉中,与铜、银、铅和的矿物共生,黝铜矿常含有一些砷,并随砷的含量增加,向砷黝铜矿过渡,砷黝铜矿是固溶体的砷端成员。这两个矿物的产状、四面体的晶体外形和物理性质都很相似,以至不用化学方法就不能区别 它们。虽然,铜是主要的金属,但是,铁和锌常替代铜。在含银的变种,银黝铜矿中,银含量可高达18%,使这矿物成为一个有价值的银的矿石矿物。

 

化学成分为Cu12Sb4S13、晶体属等轴晶系的硫盐矿物。单晶体常呈四面体(tetrahedron),英文名即由此而来。黝铜矿与砷黝铜矿Cu12As4S13成类质同象系列。它们成分中的铜可被银、锌、、铁等类质同象置换。当某种元素达到一定含量时,则相应构成黝铜矿或砷黝铜矿的亚种,如银黝铜矿、黑黝铜矿(含汞)等。黝铜矿和砷黝铜矿呈钢灰至铁黑色,半金属光泽。摩斯硬度3~4,比重4.6(砷黝铜矿)至5.0(黝铜矿)。通常呈致密块状或粒状见于铜、铅、锌、银等金属硫化物的热液矿床中。黝铜矿虽然是分布最广的一种硫盐矿物,但数量一般不大,通常与伴生的其他铜矿物一起作为铜矿石利用。银黝铜矿是提炼银的来源之一。美国爱达荷州的桑夏恩以产银黝铜矿著名。中国一些多金属矿床中有不同数量的黝铜矿产出。

 

黑铜矿

矿物名称:黑铜矿(黑铜矿变种与孔雀石半生) Tenorite var Melaconite with chrysocolla。 矿物概述:化学组成:CuO;Cu 79.89%,O 20.11% 鉴定特征:显微镜下具有强非均质性。

 

成因产状:产于铜矿床氧化带和熔岩里;中国湖北大冶矽卡岩型铜铁矿床氧化带产出的黑铜矿,是辉铜矿风化产物,与黄铜矿、斑铜矿、赤铜矿、赤铜铁矿、自然铜、铜蓝、孔雀石等矿物共生或伴生;熔岩里产出的黑铜矿是升华作用的产物;著名产地:世界著名产地有中国云南、西藏等地。 名称来源:Tenorite源自意大利植物学家M.Tenore的名字; 晶体形态:斜方柱晶类;晶体呈发育的细小板状或叶片状,有时弯曲;主要单形有:平行双面a、c;斜方柱f、p、o;

 

晶体结构:晶系和空间群:单斜晶系;晶胞参数:a0=4.662,b0=3.417,c0=5.118埃; β=99°29¹;z=4;

 

粉晶数据:2.52(1)2.32(0.96)2.53(0.49)

 

物理性质 硬度:3.5-4.0 ;比重:5.8-6.4g/cm3 ;解理:解理在[011]晶带内;断口:贝壳状断口;颜色:钢灰色、铁黑色到黑色等;条痕:黑色;透明度:不透明;光泽:金属光泽 发光性:无;其他:性脆。光学性质:薄片中褐色。二轴晶。Nm=2.63(红光)。具明显多色性,Nm-亮褐,Ng-暗褐。光性方位:Nm//b,Np∧a=0°±。反射色亮灰白带黄。反射率Rm:20(红光),27.1(蓝光)。双反射白到灰白。

 

提炼流程

浸染状铜矿石的浮选

 

一般采用比较简单的流程,经一段磨矿,细度-200网目约占50%~70%,1次粗选,2~3次精选,1~2次扫选。如铜矿物浸染粒度比较细,可考虑采用阶段磨选流程。处理斑铜矿的选矿厂,大多采用粗精矿再磨—精选的阶段磨选流程,其实质是混合—优先浮选流程。先经一段粗磨、粗选、扫选,再将粗精矿再磨再精选得到高品位铜精矿和硫精矿。粗磨细度-200网目约占45%~50%,再磨细度-200网目约占90%~95%。

 

致密铜矿石由于黄铜矿和黄铁矿致密共生,黄铁矿往往被次生铜矿物活化,黄铁矿含量较高,难于抑制,分选困难。分选过程中要求同时得到铜精矿和硫精矿。通常选铜后的尾矿就是硫精矿。如果矿石中脉石含量超过20%~25%,为得到硫精矿还需再次分选。处理致密铜矿石,常采用两段磨矿或阶段磨矿,磨矿细度要求较细。药剂用量也较大,黄药用量100g/(t原矿)以上,石灰8~10kg(t原矿)以上。

 

资源评估

全世界探明的铜矿储量约6亿多吨,储量最多的国家是智利,约占世界储量的三分之一。中国有不少著名的铜矿,如江西德兴、安徽铜陵、山西中条山、甘肃白银厂、云南东川、西藏玉龙等。 在金属王国里,铜的导电性仅次于银。铜矿比银矿多且价格便宜。当今世界,一半以上的铜用于电力和电讯工业。

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