一、金川镍冶金渣资源化利用现状分析论文
镍冶金渣资源化利用现状分析论文
摘要：镍冶金渣作为重要的硫酸离二次资源，含有铁、镍金镍、川镍铜等有价金属。钴分随着镍需求量的金川增大，排放的硫酸离镍渣也越来越多，若不能得到合理利用，镍金既造成资源浪费，川镍又污染环境。钴分本文对镍冶金渣资源化利用现状进行分析，金川并讨论了进一步资源化的硫酸离方向。
关键词：镍冶金渣；资源化；有价金属；建筑材料
随着我国对有色金属需求量增大，镍金每年有色冶金渣的川镍数量不断增长，这些冶炼弃渣由于未得到合理利用，钴分不仅占用大量的土地资源，同时对环境有着潜在的威胁，从而不利于可持续发展，因此有色冶金渣的资源化利用就有着十分重要的意义。中国是世界上镍资源消费最大的国家，每生产1t镍约排除6~16t渣，仅金川集团的镍冶金渣堆存量多达4000万t，每年还新增约200万t[1-3]。镍渣的组成因其矿石种类和冶炼工艺不同而变化较大。以金川镍闪速炉渣的物相组成为例，主要由铁氧化物、硅氧化物、钙和镁的氧化物组成，渣中含有约40%的铁元素，还含有一定数量的有色金属元素镍、铜、钴；铁主要以铁橄榄石形式存在，橄榄石间充填的非晶态玻璃质并且机械夹杂着大颗粒镍硫[4]。镍渣的处理已经成为镍冶炼过程的重要工序，如何正确有效的回收再利用这些二次资源，使得镍冶炼过程顺畅，解决排渣占地和环境污染等问题，成为镍冶金发展循环经济的主要问题。本文对目前镍渣资源化利用进行综述，再利用的主要研究包括：有价金属的提取，用作填充材料，制作微晶玻璃，生产建材等[5-7]。
1、镍渣资源化利用现状
1.1有价金属提取
倪文[8]等利用以焦炭为还原剂的熔融还原法提取闪速炉水淬镍渣中的有价铁，探讨了不同碱度，不同还原温度，不同还原时间对提铁率的影响。结果表明控制100g渣配加34.7gCaO、4.04gCaO和8.5g焦炭，熔融温度为1500℃，还原时间为180min，铁的还原率达96.32%。王爽[9]等将镍渣、氧化钙和焦粉制备成含碳球团进行深度还原回收有价金属铁、镍和铜，结果表明碱度对有价金属的回收率有影响，适当提高碱度可以促进金属相生长，改变形态结构有利于后续分离，碱度过高会使金属相中产生杂质，当碱度确定为1.0时，铁、铜、镍的回收率分别为91.04%、56.93%、55.80；镍渣中的铁经深度还原后以金属铁的形式存在，镍和铜主要与铁以固溶体形式存在。卢雪峰[10]等利用自制小型直流电弧炉对镍渣进行硅钙合金回收，以焦炭和为还原剂，控制镍渣、生石灰及还原剂的比例，可以获得相应的的硅钙合金。肖景波[11]等对镍渣进行铁、镍、镁回收，实验过程将镍渣破碎后的粉末进行酸浸，向酸浸液中加入氧化剂与pH控制剂生成铁沉淀物，分离后与硫酸作用生成硫酸铁溶液，精制后采用氧化沉淀法获得高纯铁沉淀物；沉铁溶液加入硫化物生成硫化镍沉淀，经分离、洗涤、干燥制得镍精矿；提镍溶液加入助剂LN除杂，得到精制硫酸镁溶液与氨水反应制得氢氧化镁产品。
1.2生产充填材料
镍渣被用于井下填充材料技术相对成熟，既解决了镍渣的资源化问题，又可以降低填充成本，减少水泥的消耗，降低水泥生产过程中环境污染。目前水淬渣用作充填材料关键在于对活性渣进行激发，激发方式分为机械激发和化学激发。传统的机械激发采用普通机械球磨进行物理细化，高能球磨可以使矿渣迅速细化，增加比表面积，增大水化反应面提高物料的物理化学活性。镍渣经过高能球磨处理后，抗压强度会显著提高。化学激发利用激发剂与矿渣的化学反应生成具有水硬胶凝性能的物质来提高矿渣的活性，激发剂多采用硫酸盐类、碳酸盐类等。杨志强[12]等采用机械活化和化学活化两种方式进行实验研究。
结果表明，机械活化镍渣、脱硫石膏、电石渣、水泥熟料的最佳比表面积分别为620，200，200，300m2/kg，化学活化以脱硫石膏和电石渣为主，硫酸钠和水泥熟料为辅，前两者比例相同各占总量5%时，镍渣充填体强度最高；加入3%的硫酸钠和2%的水泥熟料可以提高激发效果；外加0.156%的PC高效减水剂，配置胶砂比为1∶4，料浆浓度为79%的充填浆料完全满足矿山对充填体的强度要求，可以替代水泥应用于金川矿山交接充填采矿。高术杰[13]等利用水淬二次镍渣制备矿山充填材料，利用脱硫石膏和电石渣等物质激发生成大量水化产物，产生较高充填强度。并且水淬镍渣充填料的'流动度好于P42.5水泥充填料的流动度。结果表明，脱硫膏与电石渣比为1∶1混合再与少量硫酸钠及水泥熟料配置复合激发剂，具有较好地激发效果。
1.3制作高附加值玻璃
微晶玻璃和泡沫玻璃均数高附加值玻璃，微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性，比陶瓷亮度高，比玻璃韧性强。泡沫玻璃具有不燃烧、不变形、热学性能稳定、力学强度较高且易加工的优点。王亚利[14]等对镍渣熔融炼铁剩余熔渣制备微晶玻璃进行了研究。提铁二次渣经过均化→澄清→浇注→晶化→退火→研磨→抛光制备出符合建筑装饰国家标准的微晶玻璃，确定了最优原料比。冯桢哲[15]等以镍渣和废玻璃为主要原料，添加碳酸钠作为发泡剂，烧制出泡沫玻璃。探讨了碳酸钠添加量、发泡温度、保温时间对泡沫玻璃质量的影响，结果表明，主要原料镍渣和废玻璃分别为20%和80%，外加5%~7%的碳酸钠发泡剂、2%的硼酸为稳泡剂和2%的硼砂为助溶剂，在870℃下恒温1h，可以制备出总气孔率为85.14%，抗折强度高达2.062MPa的镍渣基泡沫玻璃。
1.4生产建材
镍渣的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用镍渣生产硅酸盐水泥可以部分替代黏土和铁粉，减少能源消耗。镍渣中存在的少量镍、铜、钴等元素对降低熟料的液相最低共熔点和黏度有积极的作用，可以改善其易烧性，有利于熟料矿物的形成。吴阳[16]等用镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥，通过合理配料制备出以C3S，C2S和C4AF为主要矿物的道路硅酸盐水泥熟料，其强度、矿物组成、安全性等性能符合国标要求；最佳条件为镍渣掺杂量（质量分数）10%，煅烧温度1370℃。王顺祥[17]等探讨了镍渣不同细度和不同掺杂量对硅酸盐水泥水化特性的影响。结果表明，随着镍渣的掺量增加，使得水泥浆体凝结时间延长，水化反应放热减少，硬化水泥砂浆的抗压强度、抗折强度讲师；相反，随着镍渣细度的提高可以改善上述影响，并且有利于硬化水泥浆体的结构致密化。镍渣作为混凝土掺合料和集料使用，能够提高混凝土的强度，并且镍渣结构致密且金属含量较高，含有大量的橄榄石，使得镍渣硬度高，从而使掺入镍渣后的混凝土耐磨度提高。李浩[18]等研究了镍渣砂掺量对混凝土耐磨性的影响，当镍渣粉、粉煤灰、镍渣砂同时掺入混凝土中，掺量分别为10%、10%、40%时，混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等基于镍渣的掺量对混凝土的抗压强度影响进行研究，当镍渣掺量为20%时，混凝土的抗压强度最大，当镍渣掺量为50%时，混凝土的抗压强度最小。
2、发展趋势
资源利用率低，资源紧缺，产业结构不合理成为制约我国经济社会发展的战略问题。结合我国目前矿产资源现状来看，镍渣中含有的主体金属是铁，应该以提铁为主进行资源化利用，不但可以缓解我国铁矿石资源压力，而且有利于可持续发展，又可增加企业效益。提铁后的二次渣还可以用来制备微晶玻璃，充填材料等建筑材料，镍渣资源得到充分利用。
3、结语
镍渣作为重要的二次资源，含有铁、镍、钴、铜等有价元素，单纯提取有价金属经济性有限，并且存在二次渣的废弃问题；单纯做非金属资源处理造成对有价金属元素的浪费；因此，将有价金属提取后的二次渣进行非金属资源处理更有利于达到镍渣的高效化和生态化利用。
参考文献
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;二、镍铬合金是什么
镍
nickel
一种化学元素。化学符号Ni，原子序数28，原子量58.69，属周期系Ⅷ族。古代埃及、中国和巴比伦人都曾用含镍量很高的陨铁制作器物，中国古代云南生产的白铜中含镍量就很高。1751年瑞典A.F.克龙斯泰德用木炭还原红镍矿制得金属镍，其英文名称来源于德文Kupfernickel，含义是假铜。镍在地壳中的含量为0.018％，主要矿物有镍黄铁矿〔(Ni，Fe)9S8〕、硅镁镍矿〔（Ni，Mg）SiO3�6�1nH2O〕、针镍矿或黄镍矿（NiS）、红镍矿（NiAs）等。海底的锰结核中镍的储量很大，是镍的重要远景资源。
镍是银白色金属，熔点1455℃，沸点2730℃，密度8.90克／厘米3。有铁磁性和延展性，能导电和导热。常温下，镍在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，不但能阻止继续被氧化，而且能耐碱、盐溶液的腐蚀。块状镍不会燃烧，细镍丝可燃，特制的细小多孔镍粒在空气中会自燃。加热时，镍与氧、硫、氯、溴发生剧烈反应。细粉末状的金属镍在加热时可吸收相当量的氢气。镍能缓慢地溶于稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸，但在发烟硝酸中表面钝化。镍的氧化态为－1、＋1、＋2、＋3、＋4，简单化合物中以＋2价最稳定，＋3价镍盐为氧化剂。镍的氧化物有NiO和Ni2O3。氢氧化镍〔Ni(OH)2〕为强碱，微溶于水，易溶于酸。硫酸镍（NiSO4）能与碱金属硫酸盐形成矾Ni(SO4)2�6�16H2O(MI为碱金属离子)。＋2价镍离子能形成配位化合物。在加压下，镍与一氧化碳能形成四羰基镍〔Ni（CO）4〕，加热后它又会分解成金属镍和一氧化碳。
镍的制法有：①电解法。将富集的硫化物矿焙烧成氧化物，用炭还原成粗镍，再经电解得纯金属镍。②羰基化法。将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍，加热后分解，又得纯度很高的金属镍。③氢气还原法。用氢气还原氧化镍，可得金属镍。镍大部分用于制造不锈钢和抗腐蚀合金。镍还大量用于镀镍。镍铜合金用于电阻合金、热交换器和冷凝器管道。镍铬铁合金用于制造蒸气叶轮机和电热丝。在化学工业中镍用作加氢反应的催化剂。
镍是一种银白色金属，首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特(A.F.Cronstedt)分离出来的。由于它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。近年来，在彩色电视机、磁带录音机和其他通讯器材等方面镍的用量也正在迅速增加。总之，由于镍具有优良性能，已成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。
中国镍矿资源不能满足需要。总保有储量镍784万吨，居世界第9位。镍矿产地有近100处，分布于18个省(区)。其中以甘肃省为最，保有储量占全国的61.9%，新疆、吉林、四川等省(区)次之。甘肃金川镍矿规模仅次于加拿大的萨德伯里镍矿，为世界第二大镍矿。镍矿矿床类型主要为岩浆熔离矿床和风化壳硅酸盐镍矿床两个大类。后者以云南墨江镍矿为代表；前者又分岩浆就地熔离矿床与岩浆深部熔离贯入矿床两个亚类。甘肃白家嘴子镍矿即属深部熔离复式贯入矿床一类。从成矿时代分析，从前寒武纪到新生代皆有镍矿产出。岩浆型镍矿主要产于前寒武纪和晚古生代，早古生代、中生代也有镍矿产出。风化壳型镍矿则形成于新生代。
三、甘肃金昌市金川铜镍矿床
一、大地构造位置
金川镍、铜矿床位于前寒武纪早期中朝克拉通西南龙首山隆起带南侧（汤中立等，1987），与北祁连加里东褶皱带相毗邻。
二、矿区地质
（一）地层
龙首山隆起带出露地层主要有古元古界、新元古界、泥盆系、石炭系、二叠系及侏罗系。古元古界呈北西条带状分布，由白家嘴组（
）及塔马沟组（
）组成。前者主要由混合岩、片麻岩及蛇纹石大理岩组成。后者主要由各种片麻岩、片岩及条带状大理岩组成。上述两组岩石呈不整合或假整合接触。侵位于塔马沟组的白色伟晶花岗岩脉，K-Ar同位素年龄为1719Ma。新元古界地层亦呈NWW向展布，主要由墩子沟组和韩母山群组成。前者主要由砾岩、砂岩和结晶灰岩组成；后者主要由绢英片岩、钙质片岩及灰质角砾岩组成，二者为不整合或断层接触。
（二）构造
古元古界组成一单斜构造，倾向SW，它们被形成复背斜的新元古界所超覆。上古生界、中生界则形成同斜褶皱。
龙首山隆起带走向EW，西部转为NW向。构造的线性特征十分明显。隆起带两侧为深断裂。断裂倾角60°～70°（图2-2）。平行主断裂的次级断裂亦较发育，隆起带还有一走向NE的平推断层。在金川侵入体中常见此类断层，并切割侵入体。
（三）岩浆岩
本区岩浆活动发育。吕梁期（1700Ma），侵入体为伟晶花岗岩、斜长角闪岩，常呈小透镜体产出，往往被加里东期镁铁质岩脉切穿。含硫化物超镁铁质侵入体是由多次岩浆贯入而成的，形成时代为中元古代1508 Ma±31Ma。加里东期岩浆活动极其普遍，主要的代表性岩石为规模不等的花岗质侵入体，亦可见少量超镁铁岩、基性辉长岩及闪长岩和花岗闪长岩。
图2-1中国岩浆熔离型铜矿床分布图Fig.2-1Distribution plan of liquation-type copper deposits in China
图2-2金川区域地质图Fig.2-2Regional geological map of Jinchuan area
1—第四系；2—中生界-第三系；3—古生界；4—前寒武系；5—龙首山隆起带；6—花岗岩-闪长岩侵入体；7—镁铁-超镁铁侵入岩；8—断裂
1.岩体地质
金川含硫化物超镁铁深成侵入体以100交角侵位于古元古界白家嘴组的变质岩中。侵入体的Nd-Sm同位素年龄为1508Ma±31Ma（汤中立等，1992）。该岩体长6500m，宽数十米到500m不等，其两端均为第四系所覆盖，地表出露长约4500m，出露面积为1.34km2，走向为N50°W，倾向SW，倾角50°～80°，呈不规则脉状展布，它被E—NE向的剪切断裂切割为四个区段，这4个区段从西到东（图2-3）编号为Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ矿区。
Ⅲ号矿区的侵入体相对于I号矿区的侵入体被F2断层向SW方向错开达900多米，其上被40～50m厚的第四系沉积物覆盖。该侵入体长500多米，东部较宽，向西尖灭。东端部分延深至600m以下尖灭，西端延深约200m呈楔型尖灭。该侵入体倾向南，倾角60°～70°。
Ⅰ号矿区侵入体出露长约1500m，西宽东窄。西端宽达320m，东端宽约20m。向下延深大于700m。倾角较陡（70°～80°），倾向SW。
Ⅱ号矿区侵入体的长度大于3000m，东部被第四系覆盖，向西逐渐变宽，在F17附近宽度最大，达530m，再朝西，又变窄。该侵入体走向约N50°W，倾角50°～60°，倾向SW，东部倾角变缓。
Ⅳ号矿区侵入体位于全矿区最东端，长1300m，除西端位于混合岩之下外，其余均被第四系覆盖，覆盖厚度50～140m。侵入体的走向发生强烈偏转，为N80°W，倾角50°～60°，倾向SW。侵入体形态呈不规则透镜状，东部向下分叉并尖灭。最宽＞230m，向下延伸达400～600m。综上所述，金川侵入体形态受包围它的断层的性质控制。在剪切断层控制作用明显地段，侵入体向下延伸较深，且呈平板状（图2-3b）；在张性断裂发育地段，侵入体向下延伸不深，横剖面上呈漏斗状（图2-3c）。在剪切作用发育地段，岩浆分异不明显；而在张性断裂发育地段，岩浆分异作用则十分明显，各岩相均较发育。
图2-3金川侵入体平面（a）及剖面（b、c）地质图Fig.2-3Geological plan（a）and section（b,c）of Jinchuan intrusive bodv
1—第四系；2—元古宇；3—二辉橄榄岩；4—斜长二辉橄榄岩；5—橄榄二辉岩；6—二辉岩；7—浸染状矿石；8—网状富矿；9—氧化矿石；10—交代状矿石；11—块状硫化矿石；12—悬挂式浸染状矿石；13—岩浆岩岩相接触界线；14—不同阶段岩相接触界线；15—断层
2.侵入体侵入阶段和岩石类型
金川含Cu-Ni硫化物岩体是一个复式侵入体，可分为三个侵入期次。
第一期为细-中粒二辉橄榄岩和橄榄二辉岩，主要产于Ⅰ、Ⅲ矿区侵入体的中、上部（西南侧），朝东南逐渐变窄，中止于F16。第二期为中-粗粒超镁铁岩分布于Ⅰ、Ⅲ矿区侵入体之中、下部，向东南逐渐变宽，成为Ⅱ、Ⅳ矿区侵入体的主岩相。第三期为中粒纯橄岩，主要产于Ⅰ、Ⅱ矿区侵入体之下部。
各期次岩体较基性的部分产于岩相中心，向外基性程度逐渐降低（图2-3）。同一期次内各岩类之间的接触界线是逐渐过渡的，而不同期次之间的接触界线则是突变的。较早期次的侵入体已经蚀变或强烈破碎，有些接触带往往被晚期岩脉所充填。
金川各类岩石的主要造岩矿物为：橄榄石、单斜辉石、斜方辉石及斜长石。橄榄石一般为半自形-自形短柱状，但当其被其他矿物颗粒包裹时，则呈浑圆状，一般Fo77%～90%，极少部分Fo91%～94%。斜方辉石主要呈他形晶产出，半自形晶少见，En80%～87.3%，成分相当于古铜辉石。在二辉岩中斜方辉石为紫苏辉石，En76.5%，斜方辉石含量少于单斜辉石。
所有岩石均已蚀变，橄榄石一般蚀变为蛇纹石和纤蛇纹石，蚀变矿物一般沿裂隙分布，在强蚀变地段则被叶蛇纹石所代替。古铜辉石常蚀变为绢石。单斜辉石一般蚀变为纤闪石和透闪石，呈单斜辉石假象出现，但其被蚀变为绿泥石时，其原来单斜辉石的结构则变得模糊不清。斜长石一般被葡萄石取代。纯橄岩蚀变较强的地方出现菱镁矿、方解石和绿泥石。
3.侵入岩的化学成分
金川侵入岩的平均化学成分相当于二辉橄榄岩的成分（表2-1），其中的Mg、Fe、Ni、Cr含量及w（Mg）/w（Fe）值（3.02～2.2）随岩石基性程度的降低而有规律的减少。Fe2+和Fe3+的含量成反比，Fe3+与蚀变强度有关。Si、Ca、Al、Na、K含量与Mg、Fe含量呈反比关系。Na2O含量一般＜0.5%，但在一些含斜长石的岩石二辉岩或橄榄二辉岩中却＞1%,w（K2O）＜w（Na2O。K2O含量在约2%的样品里＞0.3%。在极个别样品中，其含量＞1%。含Ni硫化物超镁铁岩中的Cr含量低于那些无矿的同类岩石，这反映Cr3+对单斜辉石有亲合倾向。Cr含量较低的原因可能是与其在岩石晚期蚀变阶段铬尖晶石中的Cr被Fe置换迁出形成磁铁矿有关。
表2-1金川侵入体岩石成分（wB/%）Table 2-1Lithologic composition of Jinchuan intrusive body（wB/%）
注：LOI——烧失量；m/f=Mg2+原子数/[（Fe3+Fe2++Mn2+）原子数]
三、矿床地质特征
（一）矿体和矿石类型
金川矿床已知有24、1、2号三个主矿体（图2-4），其Cu-Ni金属储量占整个矿床的90%以上，其余矿体储量不足10%。
金川矿床的矿石可划分为三种类型，与之对应的矿化作用为：岩浆、气成热液和热液作用。岩浆型矿石根据其离熔作用（不混熔硫化物分离）发生的地点及侵位的次序可划分为三种类型：就地熔离型矿石、深部熔离贯入型矿石及晚期贯入型矿石。气成-热液矿化主要形成接触交代矿石。纯热液型矿石主要叠加于深部熔离-贯入矿体之上，个别叠加于就地熔离矿体之上。
1.就地岩浆熔离矿石（主要为浸染状硫化物矿石）
这类矿石在金川矿床中具第二位，为有经济价值的矿石类型，呈透镜状遍布侵入体各个部分所有相带中，其长可达几百米，厚为1m至数十米，沿矿体的走向、倾向有分支复合现象，沿矿体倾向分支现象更为明显。较大矿体一般产于较富橄榄石的二辉橄榄岩中，位于侵入体中、下部。
矿石主要为浸染硫化物型。矿体中部硫化物最富，从矿体到围岩硫化物逐渐减少。主要硫化矿物是磁黄铁矿、镍黄铁矿及黄铜矿，其比率是：5.9:5.6∶1。其他硫化矿物为方黄铜矿、马基诺矿、墨铜矿。上述硫化矿物呈不规则布丁状，一般粒径约1～3mm，均匀地充填于硅酸盐矿物如橄榄石和辉石的空隙里。在矿体较下部边缘中可见由晚期阶段热液作用所形成的斑杂状矿石，这些矿石矿物以其集合体块度变化大（0.1～10cm）为特征。矿体上部镍黄铁矿和磁黄铁矿大多已被蚀变为紫硫镍矿和白铁矿、黄铁矿，但保留有残余结构。
图2-4金川矿床主矿体纵、横断面示意图Fig.2-4Sketch of longitudinal and cross section of main ore body in Jinchuan deposit
1—混合岩；2—大理岩；3—斜长角闪岩；4—二辉橄榄岩；5—斜长二辉橄榄岩；6—橄榄二辉岩；7—星点状矿石：8—海绵陨铁状矿石；9—块状矿石；10—岩相界线；11—主矿体编号
2.深部岩浆熔离-贯入矿石（主要形成网状硫化物矿石）
这种矿石最重要，由其组成的矿体规模大，厚几十米至几百米，长几百米至几千米，主要产于侵入体之深部或者说是底部（图2-4）。有几个矿体位于岩体上盘，而有一两个矿体贯入到侵入体下盘。矿体形态通常呈平板状、透镜状，但也有些呈似脉状，矿体会突然变薄或变厚，分支现象更为常见。
矿体倾角时而陡于侵入体，时而又缓于侵入体，穿插于先形成侵入体的各岩相中。矿体分布不受早期分异相分布的控制。
矿体规模和位置与侵入体的分异程度和规模无关。含硫化物的岩石是纯橄岩。由岩体中部向边部，其辉石含量有所增加。硫化物集合体大小约1～6mm，充填于硅酸盐矿物的间隙里，形成网状矿石，其含量可占纯橄岩的12%～15%。局部动力和热液作用使得硫化物呈似片麻状、绒毛状、星云状构造。此类矿石的结构和矿物组合基本与就地岩浆熔离矿体相同，有发育良好的乳浊状、似火焰状、格子状、文象状和薄层状结构，它们均是离熔作用的产物。由交代作用形成的网状结构、环带结构较为常见。主要金属矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，其比例是4.8∶2.6∶1。在一些矿带里，Pt、Pd、Au、Ag较为富集，含量大于1×10-6。这样的矿带厚可达几十米，长几百米，向下延伸达100m。
富矿带的主要特征是：构造裂隙比较发育，矿石结构、构造及矿物组合变化较大；矿石结构既可见到网状结构，也可见到交代网状结构（矿化物呈叶片状）以及似片麻状、星云状或似云状构造；硫化物一般表现出交代熔蚀结构、残留结构；硅酸盐矿物一般被强烈蚀变为蛇纹石、碳酸盐和滑石，形成纤蛇纹石-滑石-菱镁矿集合体。
铜矿物特别是方黄铜矿，在富矿带中明显增加，甚至可达硫化物总量一半以上，这些富矿带正如图2-4所表明的那样，富集了包括Cu在内的Pt、Pd、Au、Ag、Se等元素，上述这些元素主要以砷化物、自然元素、金属混合物、碲化物、铋化物、锑化物形式存在于主矿物里。Co主要以固溶体形式存在于镍矿物中，w（Ni）/w（Co）值为41,Ni-辉砷钴矿与Fe-Ni-辉砷钴矿一般很少见到。Se往往在硫化物中替代S。
3.晚期贯入矿石（主要形成块状硫化物矿石）
这类矿石位于侵入岩最深部位的深部熔离-贯入矿体底部或其与围岩接触带。矿体通常以不规则状透镜体或脉体群形式出现，长约几米至几百米，厚数十厘米至20m，狭缩—膨胀变化突然。块状硫化物是这类矿石的主要类型，矿体边部或末端有时出现次块状、角砾状矿石。角砾成分包括原生网状结构矿石、辉绿岩及其他围岩。块状硫化矿石的脉石矿物含量不超过2%，主要以绿泥石集合体为代表。矿石的金属矿物是磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿及少量磁铁矿、赤铁矿、硫铁铜钾矿。磁黄铁矿（黄铁矿）、镍硫化物和黄铜矿三者间含量之比为4.3∶1∶1。这种类型矿石中镍硫化物含量比其他类型矿石低。它们是在岩浆晚期温度较低的环境中形成的。
4.接触交代矿石
这类矿石部分产于侵入体上盘或围岩的捕虏体里，但主要产于侵入体之下盘。规模较大的矿体长约几百米、厚几米至几十米，呈层状、透镜状或者似囊状紧靠含硫化物侵入体，或与围岩整合产出。矿体主要由稀疏浸染状—稠密浸染状、网状矿石组成。侵入体附近Ni含量最高，远离侵入体，Ni含量降低。Cu与Ni情况相反。矿石中的主要硫化矿物为磁黄铁矿（＋黄铁矿）、镍黄铁矿（＋紫硫镍矿）及黄铜矿（＋方黄铜矿、墨铜矿），它们之间的含量比为1.2:0.7∶1。磁铁矿和赤铁矿＜1%，马基诺矿很少出现。硫化矿物呈半自形或他形，罕见条纹交代结构、交代假象结构以及出溶结构。围岩经过交代作用，也可形成矿体。这些围岩包括大理岩、片麻岩及斜长角闪岩。大理岩常蚀变为含钙铝榴石的透辉岩、透闪岩及绿泥片岩。蚀变作用主要围绕矿体的外侧分布。
（二）矿石成分
1.矿石矿物成分
主要金属矿物有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、方黄铜矿、马基诺矿、墨铜矿、紫硫镍铁矿等，以及自然金、银、自然铂及多种上述元素合金，各类碲化物、铋、锑、砷化物类矿物，铬尖晶石类矿物。脉石矿物主要有贵橄榄石、古铜辉石、顽火辉石、透辉石、蛇纹石、拉长石等。
2.矿石化学成分
金川矿床中，矿体占整个侵入体总体积的43%。整个侵入体平均含Ni 0.42%、Cu 0.23%、S 1.74%。
金川矿床各类矿石中w（Ni）/w（Cu）值为0.61～2.97，平均1.29。块状矿石中w（Ni）/w（Cu）值最高。热液矿石比值最低为0.61。
金川矿区中铂族元素平均含量较高。各矿区铂含量平均（0.05～0.64）×10-6，且铂、钯含量高于锇铱钌铑，其比值为2.0～7.45，在斑杂状矿石中极个别样品铂高达81.67×10-6（李文渊，1996）。
（三）矿石结构构造
金川铜镍矿矿石结构、构造多样。岩浆就地熔离矿体，矿石结构以半自形至他形粒状结构为主，次为交代结构、交代残余结构；矿石以稀疏浸染状构造为主。岩浆深部熔离-贯入矿体矿石为半自形、他形粒状结构、乳浊状结构、格状结构、交代结构、叶片状结构。矿石以海绵晶秩构造为主，局部有星云状和云雾状构造。晚期贯入矿体矿石结构以半自形粒状结构为主。矿石常见构造为块状构造。其他类型矿石前已叙及不赘。
（四）围岩蚀变特征
岩浆期形成的矿体主要受自变质及后期热液作用影响而常发生见蛇纹石化、碳酸盐化、滑石化。接触交代型及热液叠加型矿体中局部出现夕卡岩化、绿泥石化。围岩为大理岩时，常见钙铝榴石、透辉石、透闪石岩。
（五）物化探异常特征
金川岩体所处的构造岩浆带上，有一个明显的重力梯度密集带，重力梯度值达25mg/km，该岩浆岩带磁场强度（△T）一般为200～400nT，最大值700nT。在铜镍矿体上激电异常明显，ηs值一般大于5%，最高可达12%。
含矿岩体地表具明显土壤化探异常，内、中、外分带明显，以Cu、Ni、Cr三元素为主，并伴有Co、Sr等元素异常。
四、成矿条件
（一）同位素特征
矿床中不同期次各类矿石中硫同位素δ34S为1.06‰～2.53‰，与陨石硫接近。硫可能来自上地幔。
岩体的87Sr/86Sr较高为0.702547～0.711761，有的投点落在大陆壳演化线上，说明岩浆可能有地壳锶污染。143Nd/144Nd为（0.511800±10）～（0.512064±12），接近或大于球粒陨石，说明岩浆源发生过局部熔融。
金川岩体Sm-Nd等时线法测年为1508Ma±31Ma。
（二）成矿物理化学条件
据造岩矿物理论估算、造岩矿物熔融试验、熔融包体等方法测定：橄榄石液相线温度为1400℃，固相线温度为1200℃；辉石、斜长石在1100℃开始晶出。岩浆就位深度为10～15km，岩浆房深度在30km以下。硫化物初始熔离温度为1400～1500℃，硫化物呈单硫化物固溶体晶出温度为1000℃，到600℃以下发生固溶体分解，热液叠加作用发生在414～488℃左右。
五、矿床成因模式
（一）成矿阶段
含硫化物岩浆上升和贯入可分为4个连续阶段，即：硅酸盐岩浆阶段；含硫化物岩浆阶段；富硫化物岩浆阶段和硫化物熔融阶段。各阶段有如下特征：
第一阶段的硅酸盐岩浆仅形成少量由稀疏浸染状硫化物组成的矿体，呈小的悬挂凸镜体，位于侵入体西段的中、上部（图2-3b）。
第二阶段，含硫化物岩浆形成由稀疏浸染状硫化物组成的厚层状和凸镜状矿体，位于侵入体之中下部（图2-3c），其Ni、Cu储量占矿段储量的10%。
第三阶段的富硫化物岩浆贯入后，形成网状结构矿体，它呈大的凸镜体位于侵入体下侧（图2-3b、图2-3c），其Ni、Cu储量占矿段储量的85%。
第四阶段，硫化物熔体主要贯入到具网状结构矿体的底部裂隙里或其最底部（图2-3c），仅个别情况下，硫化物熔融体可贯入到其顶部、上盘或下盘。此类矿体呈脉状、透镜状、囊状，由块状硫化物组成，其Ni-Cu储量占矿段总储量的1%。
另外，在靠近侵入体底部和上部接触带的围岩里，以及侵入体的围岩捕虏体里，可见到接触交代矿体，它占矿段Ni-Cu储量的1%～2%。还可见到热液叠加型矿体，产于原生网状结构矿体，尤其是稀疏浸染型矿体里，此类矿体一般以富Cu、Pt、Pa、Au、Ag和Se为特征。
各类矿体的w（Cu）/w（Cu+Ni）、w（Pt）/w（Pt+Pd）值如表2-2。
表2-2金川矿石类型有关元素含量比值Table 2-2Content ratio schedule of some elements of ore in Jinchuan deposit
（二）综合模式
以目前所获的金川矿床地质和成分特征为基础，提出下列成因模式：
含铁超基性岩浆起源于地幔，上侵于地壳大于10km处（图2-5a）的岩浆房里，原始岩浆的体积比现在的侵入体的体积至少大3倍。
图2-5金川镍铜矿床成因模式Fig.2-5Metallogenic model of Jinchuan Ni-Cu deposit
1—硅酸盐岩浆；2—含硫化物岩浆；3—富硫化物岩浆；4—硫化物熔融体；5—接触交代矿化；6—热液叠加矿化
地幔岩浆在上升到地壳中的岩浆房里后，在1700～1400℃范围内，不混溶流化物熔融体发生分离作用，橄榄石发生结晶分异作用（图2-5b）。熔离后的硫化物熔体聚集，在重力作用下，下沉于岩浆房底部，而大量的橄榄石也结晶。并沉淀于硫化物熔融体之上，继之而来的岩浆中继续分离出来的硫化物熔融体又沉淀于橄榄石晶体之间，从而形成网状结构矿石层。一些硫化物微滴分离更晚，从而停滞悬浮于岩浆体之上部。这样，一个无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆—硫化物熔融体（下降系列）的分层模式便在岩浆房中形成。
当岩浆房的温度在1400～1200℃期间，仅橄榄石继续结晶，硫化物保持其熔融状态，在脉动式构造应力驱动下，无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆—硫化物熔融体依次上升（图2-5c），侵位于地壳10～15km处，形成现存的矿体和岩石。下地壳岩浆房上部的岩浆上侵到一处或多处位置。接着，上述的无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆及硫化物熔融体呈脉支式依次上侵到前面未固化的侵入体的位置。每次脉动式上侵都是沿早先形成的岩体下侧进行的，因为是该位置代表了一软弱带，利于岩浆上侵。
无矿岩浆和含硫化物岩浆在低于1200℃条件下继续就地结晶（Kudo和Weil,1970;Hakli和Wright,1967；中国科学院地球化学研究所，1981），依次形成古铜辉石、顽火辉石、拉长石，深部带上来的稀疏的硫化物微滴以及被封存于橄榄石间的或晚期结晶矿物间的就地熔离形成的硫化物微滴，在悬挂式板状矿体里形成稀疏浸染状矿石。
上述4种熔体侵位后，其中的挥发分随着温度降低以及结晶作用的断续进行而增加，最终挥发分聚集，导致自变质作用发生。原生的橄榄石和辉石被蚀变，形成蚀变矿物集合体，包括蛇纹石、角闪石及绿泥石。硫化物通过渗滤-扩散作用以及交代作用，侵入到围岩以及接触带附近围岩捕虏体中（图2-5d）。受影响的围岩（主要是碳酸盐岩）被混染交代形成夕卡岩包括透闪石、绿泥石、少量钙铝榴石、硅镁石和其他接触交代矿物。上述接触交代作用进行温度可能为600～480℃。因为矿石成分来自于侵入岩中的硫化物，故未发现岩浆矿石与接触交代矿石中硫化矿物集合体间的差别，只是后者铜矿物的比例较高。随着挥发分的进一步聚集，挥发流体中成矿成分的比例有所增加。在构造应力的驱动下，这种高挥发分的流体贯入到网状矿体及浸染状矿体里的局部构造软弱带中（图2-5c），形成具有热液叠加特征的矿体。此种热液成矿作用可使原生的网状矿石变为毡状、星云状矿石，也可使稀疏浸染状矿石变为斑杂状矿石。它也使得硅酸盐矿物发生强烈的蛇纹石化。铜矿物特别是方黄铜矿的比例相对于总的硫化矿物增加了约一半，而且这类矿体里的Pt、Pd、Au、Ag及Se的相对丰度也显著增加。其中Pt、Pd是以砷化物、碲铋化物、碲化物的形式产出，而Au、Ag是以显微和微细粒（0.076mm）自然金和银金固溶体形式存在。硒主要是以硫化物中硫的替代物形式出现。总之，该矿化阶段是以热液叠加为特征的，这主要表现为岩浆硫化物矿石中的Cu、Pt、Pd、Au、Ag和Se明显富集，该阶段的矿石里磁黄铁矿和黄铜矿的平衡温度为189～339℃。
含矿侵入体就位时代为1500Ma。成矿后，该区经历了漫长而复杂的地质演化过程，表现为明显的地壳隆起和剥蚀。到第四纪，大多数已知含硫化物侵入体已暴露于地表，侵入体西部矿体较浅，暴露部位遭受氧化作用，在镍铜硫化物矿床上形成氧化带，而东部的侵入体中的矿体从未暴露过，它们的最大埋深达300m。
参考资料:浮选专家系统
