司家營二期鐵礦石工藝性質(zhì)

韓秀麗，姚俊元，張 韓，李志民，潘苗苗

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009;2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)實驗室，河北唐山，063009; 3.河北鋼鐵集團淶源有色金屬有限公司，河北淶源，074003;4.河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，河北唐山063000)

0 引言

研山鐵礦區(qū)地處河北灤縣，屬司家營鐵礦二期采選工程項目，是冀東鐵礦區(qū)的重要組成部分。隨著二期工程的建成投產(chǎn)，司家營鐵礦已成為目前亞洲最大鐵礦［1］。但二期工程中鐵礦石品位較低，精礦指標和尾礦指標波動較大，生產(chǎn)指標與設(shè)計值仍然存在一定差距，與一期礦石工藝性質(zhì)［2-4］有所差異。本課題組已經(jīng)對研山鐵礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組成及解離性能進行了初步研究［5］，本文主要對礦石中有用礦物的嵌布特征、工藝粒度和可選性能進行綜合研究，旨在為二期工程選擇合理的配礦比例和選礦工藝提供理論依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于新河復(fù)式背斜坡西翼，司家營復(fù)式向斜東翼，出露地層以太古界、元古界和第四系為主。太古界(Ar)地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，主要由一套變質(zhì)程度較淺、巖性較簡單變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。第四系(Q)地層分布廣泛，占礦區(qū)面積(10 km2)的70%以上。地表出露以亞砂土為主，次為坡、殘積物。該系地層走向近南北，傾向西，傾角40～50°，礦體內(nèi)小型褶皺發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有北北東向、北北西向和近東西向3組。區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的侵入巖體，僅在個別鉆孔中見有產(chǎn)狀不清、厚度較大的黑云霓輝正長巖。除此之外，還有一些中基性脈巖-變質(zhì)輝長巖脈等［6］。

2 礦石物質(zhì)組成特征

2.1 化學(xué)成分及物相分析

在采場不同部位取礦石樣品，混勻后對研山鐵礦石化學(xué)成分及鐵物相進行測定，其結(jié)果見表1、2。

表1 原礦石化學(xué)成分分析

表2 礦石鐵物相分析

由表1、2可知，礦石中有用元素為鐵元素，品位為22.15%，已達工業(yè)指標。有害元素為P、S，含量較低。ωTFe/ωFeO=9.08%，該礦石屬氧化礦石。礦石中主要含鐵礦物為赤(褐)鐵和磁性鐵。

2.2 礦物組成特點

該區(qū)礦石以中細粒變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)為主，伴有包含變晶結(jié)構(gòu)。構(gòu)造主要是條帶狀構(gòu)造和揉皺構(gòu)造［5］。將所取礦石樣品制成光薄片，在德國蔡司Axioskop 40偏/反兩用研究型顯微鏡下觀察礦石的礦物組成、嵌布特征。通過觀察結(jié)果可知礦石礦物組成較簡單，礦石礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，少量褐鐵礦和黃鐵礦;脈石礦物主要為石英、綠泥石、長石、方解石，少量的角閃石和黑云母。礦石中有用礦物主要被包裹于脈石礦物中，部分為規(guī)則毗連關(guān)系。

3 礦石工藝類型

根據(jù)不同部位礦石的礦物組成、嵌布特征及可選性特點，將該區(qū)礦石分為難解離難選、易解離難選、易解離易選三種基本類型［7］。不同類型礦石所含礦物成分見表3。

表3 礦石中礦物組成及體積百分含量

由表3可以看出，三種類型礦石中礦石礦物含量均較低，為貧鐵礦石。易解離易選礦石中綠泥石含量較少，而難解離難選及易解離難選礦石中含有較多的綠泥石及長石，長石多發(fā)生蝕變形成高嶺土。綠泥石及高嶺土屬于易泥化礦物，不利于選別。

3.1 難解離難選型礦石特征

該類型礦石主要呈灰黑色，部分礦石表面因氧化而呈紅褐色或黃褐色。條帶狀構(gòu)造，磁性分布不均勻，以弱磁性為主。鐵礦物主要為赤鐵礦，少量的磁鐵礦和褐鐵礦。赤鐵礦多呈半自形晶或星點狀，結(jié)晶粒度以細粒為主，一般小于0.1 mm，多包裹于石英等脈石礦物中(照片1)，部分與脈石礦物呈不規(guī)則毗連鑲嵌。磁鐵礦多呈自形、半自形晶，與脈石礦物多呈規(guī)則毗連鑲嵌。脈石礦物主要為石英，部分綠泥石、長石、方解石、黑云母。石英多呈它形粒狀，嵌布粒度粗細不均勻，一般為0.05～0.30 mm。長石類礦物多呈他形粒狀，多發(fā)生蝕變。黑云母多呈長條狀(照片2)，部分蝕變?yōu)榫G泥石。這類礦石磨礦時不易單體解離，且礦石細磨過程中微細粒礦石及泥化礦物會惡化浮選效果，因此該類礦石屬于難解離難選型。

圖1 難解離難選型礦石

3.2 易解離難選型礦石特征

該類型礦石主要呈灰黑色，部分礦石表面因褐鐵礦化而呈紅褐色或黃褐色，有溶蝕空洞現(xiàn)象，礦石磁性強弱不均勻。礦石礦物主要為赤鐵礦，少量的磁鐵礦、褐鐵礦。赤鐵礦多呈半自形或他形晶，結(jié)晶粒度一般為0.03～0.2 mm，與脈石礦物多呈規(guī)則毗連。脈石礦物主要為石英，部分綠泥石、長石、方解石、黑云母。石英多呈他形粒狀，粒度較粗(照片3)。綠泥石粒度較細(照片4)，多呈細小片狀分布于鐵礦物邊緣，少量呈長柱狀與黑云母共同分布。這種類型的礦石易單體解離，但綠泥石礦物含量較高，不易選別，該類礦石屬于易解離難選型。

圖2 易解離難選型礦石

3.3 易解離易選型礦石特征

該類型礦石的顏色主要為灰黑色或青灰色，部分礦石表面有少量褐鐵礦化現(xiàn)象而呈黃褐色。礦石磁性弱和強都有分布，礦石的比重比前兩者均較大。礦石礦物主要為赤鐵礦及磁鐵礦，磁鐵礦和赤鐵礦均呈自形～半自形晶(照片5)，粒徑一般為0.03～0.5 mm。多與脈石礦物多呈規(guī)則毗連，結(jié)合處較平直(照片6)。脈石礦物中以石英為主，見少量的方解石、黑云母、角閃石、長石。石英粒度粗細不均，一般為0.15～2.0 mm。該類礦石易單體解離，易泥化礦物含量極少，易選別，屬于易解離易選型礦石。

圖3 易解離易選型礦石

4 礦石工藝性質(zhì)分析

4.1 工藝粒度測定

將三種不同類型礦石薄片在顯微鏡下觀察，對礦石礦物做出定量性的分析。利用不同粒級礦石所占的百分含量判斷該類礦石粒級的主要分布區(qū)域，以及不同類型礦石粒級的主要區(qū)別?，F(xiàn)將測量結(jié)果列于表4～6。

表4 易解離易選型鐵礦物粒度測定 刻度值D=0.01 mm

表5 易解離難選型鐵礦物粒度測定 刻度值D=0.01 mm

表6 難解離難選型鐵礦物粒度測定 刻度值D=0.01 mm

從表4～6可以看出，難解離難選型礦石粒級主要集中在0.04～0.16 mm之間，其余粒級含量分布不均。易解離難選型礦石中粒級分布區(qū)域主要在0.04～0.32 mm之間。易解離易選型礦石粒級主要分布于0.32～0.64 mm之間，且易解離易選型礦石中粗粒級礦石礦物比其他兩種類型所占比例高，細粒級占比例較低。雖然根據(jù)粒度和嵌布特征將鐵礦石分為三個類型，但總體仍為細粒級別，所以，在選別作業(yè)時適當細磨是非常必要的。

4.2 可選性分析

礦石的工藝性質(zhì)分析，對選別工藝至關(guān)重要。可在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上對礦石的可選性擬定出選別方法，磨礦細度和分選指標等初步方案，為選礦工藝提供可靠的依據(jù)。鐵礦石的礦物成分和粒度特征是決定選別難易的關(guān)鍵因素。

對于難解離難選型礦石，在實際磨礦中，為了使細粒嵌布鐵礦石充分單體解離，需要將礦石磨得更細，已解離的鐵礦物將不可避免的還要繼續(xù)破碎。此外此類礦石中的脈石礦物有綠泥石和高嶺土化現(xiàn)象，并且含量較高，達5%以上。此類蝕變礦物在磨礦時可形成礦泥，不利于選別，會造成精礦品位低，惡化選別過程。

易解離難選型礦石中有用礦物與脈石礦物嵌布關(guān)系較規(guī)則，較容易單體解離。但由于礦石含有一定量的綠泥石、黑云母等硬度較小的礦物組分，在浮選系統(tǒng)中，容易造成選礦指標的波動。黑云母和綠泥石都屬于層狀硅酸鹽，易泥化。雖黑云母含量較少，但其嵌布粒度都較細。此外黑云母本身具有弱磁性，具有較高的表面能，容易被其它礦物吸附在表面，在強磁選過程中，難以與鐵礦物分離。這種類型的礦石，礦石礦物與脈石礦物較容易單體解離，但較難以選別。

易解離易選型礦石嵌布粒度明顯比其他兩類粗，嵌布關(guān)系較規(guī)則，較容易達到單體解離，這類礦石通過簡單粗磨即可進行選別處理。再者此類礦石幾乎不含有綠泥石等蝕變礦物，較易選別。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)礦石中礦石礦物與脈石礦物的嵌布關(guān)系以及工藝粒度等特點，將該區(qū)域礦石分為易解離易選型、易解離難選型、難解離難選型3種礦石類型。

(2)從三種類型礦石的工藝粒度和可選性分析可以看出，難解離難選型礦石屬于細粒不均勻分布，而易解離易選型、易解離難選型礦石屬于偏粗粒級不均勻分布，但由于難解離難選型礦石和易解離難選型礦石中有易泥化礦物的存在，因此在進行選別作業(yè)時，應(yīng)進行階段磨礦和階段選別。

［1］ 王家華，張立.河北鋼鐵集團獲準建亞洲最大鐵礦山［N］.中國礦業(yè)報，2011-8-13(A02).

［2］ 陳越，褚海霞，陳彥亭，等.司家營鐵礦一期露天礦礦石工藝礦物學(xué)研究［J］.金屬礦山，2011，421(7):74-77.

［3］ 陳彥亭，南世卿，宋愛東，等.司家營鐵礦礦石工藝礦物學(xué)特征分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011，512(12):20-22.

［4］ 張永坤，鄭為民，牛福生.司家營鐵礦選礦工藝改進及生產(chǎn)實踐［J］.金屬礦山，2010(9):56-57.

［5］ 韓秀麗，張韓，劉麗娜，等.研山鐵礦石工藝礦物學(xué)研究［J］.金屬礦山，2013(8):70-73.

［6］ 李欣.司家營鐵礦北區(qū)礦體地質(zhì)與深部找礦的探討［J］.金屬礦山，2009(6):113-115.

［7］ 周樂光.工藝礦物學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1990:109-125.