遼寧某深部鐵礦石工藝礦物學(xué)特性研究

劉 杰 王 越 韓躍新 李艷軍

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110819;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041)

遼寧某深部鐵礦石工藝礦物學(xué)特性研究

劉 杰1王 越2韓躍新1李艷軍1

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110819;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041)

遼寧某地發(fā)現(xiàn)大型深部鐵礦體，為了開發(fā)利用該礦體，對(duì)其進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究。結(jié)果表明，礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦，少量磁鐵礦、鎂鐵礦，微量黃鐵礦；鐵主要賦存于赤鐵礦和磁鐵礦中，為選礦回收的主體礦物。赤鐵礦礦物含量為32.86%，平均含鐵品位69.80%；磁鐵礦礦物含量為7.12%，平均含鐵品位70.53%，由此計(jì)算得鐵精礦的理論品位應(yīng)該達(dá)到69.13%，理論回收率為98.19%。赤鐵礦主要以自形、半自形晶粒狀賦存于石英、白云石等脈石礦物中；磁鐵礦常以微細(xì)粒形式包裹在赤鐵礦中，呈交代殘余結(jié)構(gòu)，提高了赤鐵礦磁性，這有利于赤鐵礦磁選回收。赤鐵礦嵌布粒度一般為0.02～1 mm，但大于0.5 mm的赤鐵礦很少，大多數(shù)赤鐵礦粒度小于0.1 mm。磁鐵礦粒度一般在0.1 mm以下，大多數(shù)集中在0.02～0.05 mm之間。

深部鐵礦 工藝礦物學(xué) 赤鐵礦 磁鐵礦

我國(guó)是鐵礦石生產(chǎn)大國(guó)之一，但仍不能滿足鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要[1]。目前，國(guó)內(nèi)年生產(chǎn)原礦石4億t左右，按全國(guó)鐵礦平均品位33%、選礦平均回收率75%計(jì)，可供年產(chǎn)鋼1億t所需，可供年限約30 a。為加強(qiáng)資源保障的安全性，提高資源勘探程度、增加經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量成為解決鐵礦石供給量的關(guān)鍵[2]。利用這些先進(jìn)的勘探和開發(fā)技術(shù)，在鐵礦資源分布豐富的東北、華北地區(qū)尋找盲礦和隱伏礦，是增加我國(guó)鐵礦資源自給量的重要措施[3]。其中，最具有找礦潛力的區(qū)域是鞍本鐵礦成礦區(qū)。鞍山—本溪地區(qū)大地構(gòu)造位置地處華北陸塊北緣東段，屬膠遼臺(tái)隆太子河—渾江臺(tái)陷，四級(jí)構(gòu)造單元為遼陽(yáng)—本溪凹陷[4-5]。據(jù)弓長(zhǎng)嶺深部、南芬外圍、遼西等磁異常集中區(qū)，預(yù)測(cè)該區(qū)有400 億t以上的鐵礦資源潛力[4,6-8]。經(jīng)勘探和定量計(jì)算，鞍山—本溪地區(qū)某地鐵礦體深埋400 m，其控制資源儲(chǔ)量(122b+333)24.87億t，其中上部赤鐵礦6.59億t。隨著地表鐵礦石資源量的逐漸開采，地下開采將成為今后的主要發(fā)展趨勢(shì)。本課題在鞍山—本溪某深部鐵礦床上層中采取不同層位的赤鐵礦石樣品進(jìn)行工藝礦物學(xué)特性分析，以期為今后該深部鐵礦石資源的大規(guī)模開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)組成

深部鐵礦石的化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果見表1。

表1 礦石化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果

表1表明，礦石化學(xué)組成簡(jiǎn)單，礦石中全鐵平均品位28.74%，其中Fe2+占2.28%，F(xiàn)e3+占26.46%，表明礦石中主要的含鐵礦物為赤鐵礦，磁鐵礦及硅酸鐵僅占很少一部分；礦石中硫、磷等有害元素含量較低。

1.2 礦石的礦物組成

該深部鐵礦石為典型的鞍山式沉積變質(zhì)型鐵礦，該類礦石成因簡(jiǎn)單，礦物共生組合關(guān)系明顯，礦石類型簡(jiǎn)單，礦物組成明確。通過薄片鑒定、MLA系統(tǒng)分析，確定了礦石中礦物的組成和含量，結(jié)果見表2。

表2 主要礦物及含量

表2表明，礦石主要金屬礦物為赤鐵礦、磁鐵礦及鎂鐵礦，總量占到礦物總量的40.75%。其中赤鐵礦含量最高，為32.86%，磁鐵礦次之，為7.12%，鎂鐵礦最少，為0.77%；脈石礦物主要為石英、白云石、黑云母、磷灰石、角閃石、黃鐵礦等，其中，石英含量最高，占49.54%，也是礦石中含量最高的礦物。

1.3 鐵的化學(xué)物相

該深部赤鐵礦石的鐵物相分析結(jié)果見表3。

表3 鐵的化學(xué)物相分析

表3表明，礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，分布率為68.59%；磁性鐵僅占全鐵含量的14.42%；菱鐵礦、硫鐵礦及硅酸鐵中的鐵約占總鐵的17%，這部分鐵較難回收。

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

該深部鐵礦石為典型的赤鐵石英巖型礦石，是由太古宙花崗巖—綠巖帶經(jīng)過后期的熱液變質(zhì)作用及區(qū)域變質(zhì)作用所形成。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為區(qū)域變質(zhì)巖的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)造，其次為風(fēng)化作用形成的一些次生結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

(1)自形晶結(jié)構(gòu)。自形晶粒狀結(jié)構(gòu)在礦石中較常見(見圖1(a))，赤鐵礦呈多邊形、球形等自形晶嵌布于石英、磷灰石等脈石礦物中(見圖1(b)、圖1(c))。少量的赤鐵礦呈片狀、針狀、短柱狀等自形晶分布于白云石等脈石礦物中(見圖1(d))。微量的自形球粒狀黃鐵礦與赤鐵礦連生。

(2)自行、半自形晶結(jié)構(gòu)。后期的變形變質(zhì)作用使部分前期形成的自形晶被改造成了自行、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)(見圖1(b)、圖1(c))，這也是該礦石的重要結(jié)構(gòu)。

(3)交代結(jié)構(gòu)或交代殘余結(jié)構(gòu)。交代結(jié)構(gòu)或交代殘余結(jié)構(gòu)是礦石中磁鐵礦最主要的賦存狀態(tài)(見圖1(e)、圖1(f))。礦石中幾乎所有的磁鐵礦都被氧化成赤鐵礦，僅在赤鐵礦的內(nèi)部殘留部分未被氧化完全的磁鐵礦，成為交代殘余結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石構(gòu)造

(1)條帶狀構(gòu)造。條帶狀構(gòu)造是礦石中最主要的構(gòu)造。礦石中微細(xì)粒赤鐵礦的集合體與石英、白云石等脈石礦物的集合體呈條帶狀相間分布，且具有一定的定向性。

(2)浸染狀構(gòu)造。部分微細(xì)粒赤鐵礦呈無定向、星散狀分布于石英、白云石以及磷灰石等脈石礦物中，構(gòu)成浸染狀構(gòu)造。

(3)致密塊狀構(gòu)造。在部分礦石中，赤鐵礦顆粒粒度均勻地分布于礦石中，組成無孔洞的致密狀集合體構(gòu)造，該構(gòu)造類型在礦石中較少見。

3 礦石中主要礦物嵌布特征

3.1 礦石中金屬礦物嵌布特征

3.1.1 赤鐵礦

赤鐵礦(見圖2)是深部鐵礦中最主要的金屬礦物，在礦石中赤鐵礦嵌布特征復(fù)雜，粒度不均，80%以上的赤鐵礦呈自形、半自形晶粒狀分布于石英、白云石等脈石礦物中，見圖3。赤鐵礦粒度分布不均，變化范圍在0.02～1 mm之間，但大于0.1 mm的赤鐵礦相對(duì)較少，80%的赤鐵礦粒度小于0.074 mm。部分赤鐵礦呈片狀、針狀、短柱狀分布于含鐵白云石中，粒度在0.1～0.4 mm之間，但這類赤鐵礦含量不高，在10%以下。赤鐵礦集合體常呈條帶狀構(gòu)造分布，具有明顯的定向性，可能是受后期構(gòu)造作用形成。

圖1 赤鐵礦和磁鐵礦的嵌布特征

圖2 赤鐵礦背散射圖像

圖3 赤鐵礦賦存于石英、白云石中

3.1.2 磁鐵礦

深部鐵礦石中磁鐵礦含量較低，僅占礦物總量的6%左右，且基本上全部被氧化成赤鐵礦而呈現(xiàn)交代殘余結(jié)構(gòu)，零星分布于赤鐵礦內(nèi)(見圖4)。粒度一般在0.1 mm以下。大多數(shù)集中在0.02～0.05 mm之間。磁鐵礦與赤鐵礦在掃描電子顯微鏡下因其灰度相近，難以區(qū)分(見圖1(e)、圖1(f))。

3.1.3 鎂鐵礦

鎂鐵礦化學(xué)組成為MgFe2O4，其中理論含量為MgO 20.16%，F(xiàn)e2O379.84%。自然形成的鎂鐵礦中的Mg2+易被Fe2+取代。其為火山區(qū)的常見礦物。礦石中鎂鐵礦主要與赤鐵礦連生出現(xiàn)(見圖5)，一般賦存于石英、白云石中，粒徑最大者約0.2 mm。鎂鐵礦具有強(qiáng)磁性，因此可與赤鐵礦一起通過弱磁選礦進(jìn)行回收，但由于其含量很低，對(duì)選礦指標(biāo)的影響較低。

3.1.4 黃鐵礦

黃鐵礦化學(xué)組成為FeS2，等軸晶系，常有完好的晶形(見圖6)，呈立方體、八面體、五角十二面體及其聚形。立方體晶面上有與晶棱平行的條紋，各晶面上的條紋相互垂直。集合體呈致密塊狀、粒狀或結(jié)核狀。礦石中黃鐵礦是含量?jī)H次于赤鐵礦和磁鐵礦的含鐵礦物，其主要以自形、半自形晶粒狀分布于脈石礦物中，粒度中等偏粗，一般為0.05～0.2 mm，大多數(shù)粒徑大于0.05 mm，常與赤鐵礦連生。

圖4 磁鐵礦零星分布于赤鐵礦內(nèi)

圖5 鎂鐵礦與赤鐵礦共生背散射圖

3.2 礦石中主要脈石礦物嵌布特征

3.2.1 石 英

石英是深部鐵礦石中最主要的脈石礦物，占礦物總量的50%以上，且多以自形、半自形晶粒狀緊密鑲嵌，構(gòu)成塊狀構(gòu)造。也有呈他形、細(xì)粒狀的石英，可能是因后期變形變質(zhì)作用改造而成。礦石中石英粒徑在0.01～0.2 mm之間，整體較為粗大。通過MLA測(cè)試發(fā)現(xiàn)礦石中的石英常含F(xiàn)e、Mg、Al等元素，礦石中石英嵌布特征結(jié)果見圖7。

3.2.2 白云石

白云石化學(xué)組成為CaMg(CO3)2，鈣和鎂常被Fe、Mn、Zn、Pb、Sr、Ba等類質(zhì)同象。礦石中白云石是含量?jī)H次于石英的脈石礦物(見圖8)，常有片狀、針狀赤鐵礦賦存于白云石中。通過X射線點(diǎn)掃描發(fā)現(xiàn)該類白云石中鐵含量都比較高，平均達(dá)到了6%左右，因此可稱之為含鐵白云石。

圖6 黃鐵礦嵌布特征分析結(jié)果

圖7 礦石中石英嵌布特征分析結(jié)果

3.2.3 其他微量脈石礦物

深部鐵礦石中還有黑云母、磷灰石、角閃石等脈石礦物，但由于其含量較低，可在分選中直接拋入尾礦。深部鐵礦石經(jīng)過了強(qiáng)烈的變質(zhì)變形作用，結(jié)晶程度較差，多以他形晶為主，呈集合體出現(xiàn)，粒度較大，一般在0.2～0.5 mm，脈石礦物間隙常發(fā)育有其他金屬礦物，如赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦等，在脈石礦物中也常見有交代作用形成的金屬礦物。

3.3 鐵金屬量平衡計(jì)算

為確定鐵在各礦物中的配分比及平衡系數(shù)，在取得礦石中礦物量，單礦物平均鐵品位，礦石中鐵平均品位的基礎(chǔ)上進(jìn)行了鐵的金屬量平衡計(jì)算，結(jié)果見表4。

圖8 礦石中白云石嵌布特征分析結(jié)果

表4 鐵礦石中鐵的金屬量平衡表

注：平衡系數(shù)為99.58/100=99.58%。

鐵在各礦物中的配分比情況表明，鐵配分相對(duì)集中，鐵主要賦存于赤鐵礦中。經(jīng)過計(jì)算，各礦物TFe配分總量為28.62%，與實(shí)際分析品位28.74%接近，TFe配分系數(shù)為99.58%。含鐵礦物中以赤鐵礦為主，其礦物量為32.86%，平均鐵品位69.10%；其次為磁鐵礦，礦物總量為7.12%，平均鐵品位70.53%；鎂鐵礦雖然含量很低，但其具有強(qiáng)磁性，可被磁選回收，礦物總量為0.67%，平均含鐵56%；黃鐵礦與含鐵脈石礦物含量低，對(duì)該礦石而言沒有回收價(jià)值。因此赤鐵礦、磁鐵礦及鎂鐵礦應(yīng)作為選礦回收的主體礦物。除去黃鐵礦及含鐵脈石，若對(duì)赤鐵礦、磁鐵礦及鎂鐵礦的回收率達(dá)到100%，則鐵精礦的理想品位應(yīng)該達(dá)到69.13%，理論回收率為98.19%。

4 赤鐵礦的嵌布粒度分析

礦物的嵌布粒度是礦石的重要性質(zhì)，對(duì)選礦工藝有較大的影響。該礦石中礦物組成簡(jiǎn)單，總體粒度較細(xì)。由于主要的有用礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，磁鐵礦含量較低且多賦存于赤鐵礦中，呈赤鐵礦包裹體形式存在，故本研究只統(tǒng)計(jì)赤鐵礦的原生粒度，分析結(jié)果見表5。

表5 礦石中赤鐵礦的原生粒度統(tǒng)計(jì)表

由表5可知，61.8%以上的赤鐵礦粒徑在0.043 mm以上，有13.7%的赤鐵礦粒徑在0.01 mm以下。大部分赤鐵礦粒徑在選礦的有效范圍內(nèi)，有一小部分粒度微細(xì)的赤鐵礦賦存于石英等脈石礦物中，增加了選礦的難度。

5 結(jié) 論

(1)遼寧某深部礦石為赤鐵礦石英巖，全鐵品位為28.74%，硫、磷等有害雜質(zhì)含量低，屬貧鐵礦石，主要的含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦；脈石礦物主要為石英、白云石、黑云母、磷灰石。

(2)赤鐵礦主要以自形、半自形晶粒狀賦存于石英、白云石等脈石礦物中，其集合體常成條帶狀、致密塊狀構(gòu)造。磁鐵礦常包裹在赤鐵礦中，呈交代殘余結(jié)構(gòu)，且磁鐵礦具強(qiáng)磁性，有益于采用磁選回收。

(3)赤鐵礦粒度分布不均，變化范圍在0.02～1 mm之間，但大于0.5 mm的赤鐵礦很少，大多數(shù)赤鐵礦粒度小于0.1 mm；磁鐵礦粒度一般在0.1 mm以下，大多數(shù)集中在0.02～0.05 mm之間。

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(責(zé)任編輯 王亞琴)

ProcessMineralogyofaDeepIronOrefromLiaoning

Liu Jie1Wang Yue2Han Yuexin1Li Yanjun1

(1.CollegeofResourceandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang,110819,China；2.InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResource，ChineseAcademyofGeologicalScience,Chengdu,610041,China)

A new large deep iron orebody was found in Liaoning.The process mineralogy of a Deep Iron Ore was investigated for its exploitation and utilization.The results show that the main iron mineral in the ore is hematite with subordinately magnetite and magnoferrite and rarely pyrite.And the iron is hosted by hematite and magnetite,which are separated and used from the iron ore.The mineral content of hematite with average Fe grade of 69.80% in the iron ore is 32.86% and then the average Fe grade 70.53% of magnetite is 7.12%,thus,the grade and recovery is up to 69.13% and 98.19% respectively in theory.The hematite with idiomorphic and allotriomorphic granular texture is occurred in such gangue mineral as quartz,dolomite,et al.On the other hand,the fine magnetite is often coated in hematite to form a metasomatic relict texture,which enhance the ferromagnetic property of hematite so as to upgrade hematite by magnetic separation.The particle size of hematite with uniform diameters vary from 0.02 mm to 1 mm,however,the particle size of more than 0.50 mm was little.The particle size of magnetite is less than 0.1 mm,and it changes between 0.02 mm and 0.05 mm.

Deep iron ore，Process mineralogy，Hematite，Mmagnetite

2014-10-09

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：12120113086600)，自然基金項(xiàng)目(編號(hào)：51204035)，新教師基金項(xiàng)目(編號(hào)：20110042120041)。

劉 杰(1981—),女，講師，博士。

TD912

A

1001-1250(2014)-12-079-06