關(guān)寶山鐵礦石工藝礦物學(xué)分析

劉太合 徐大波

(1.關(guān)寶山礦業(yè)有限公司；2.遼寧省冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院)

目前國際鐵礦石價(jià)格處于低谷，礦山企業(yè)形勢嚴(yán)峻。關(guān)寶山鐵礦石品位低，礦物組成和嵌布共生關(guān)系復(fù)雜，難磨難選，生產(chǎn)成本較高[1]。為合理開發(fā)利用該鐵礦資源，對該礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)分析，確定影響鐵回收指標(biāo)的工藝礦物學(xué)因素，為改進(jìn)選礦工藝流程、提高選礦技術(shù)指標(biāo)提供技術(shù)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石組成

關(guān)寶山鐵礦床為太古代沉積變質(zhì)型鞍山式鐵礦，位于鞍山東西鐵礦構(gòu)造變形帶，構(gòu)造帶內(nèi)包含西鞍山、東鞍山、黑石砬子、大孤山、小孤山、關(guān)寶山、砬子山、眼前山、谷首峪等多個(gè)大中型鐵礦床，礦床之間被斷層和花崗巖切割分離，互不連續(xù)。每個(gè)礦床在空間產(chǎn)狀、礦石類型和圍巖性質(zhì)等方面不盡相同。關(guān)寶山鐵礦床賦存于太古界鞍山群櫻桃園巖組綠泥石英片巖中，產(chǎn)狀與圍巖一致。

通過對礦石進(jìn)行光學(xué)顯微鏡鑒定查明：關(guān)寶山鐵礦礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦和針鐵礦，黃鐵礦和黃銅礦少量；非金屬礦物主要為石英，其次為碳酸鹽礦物和綠泥石，有少量金紅石以及微量的泥質(zhì)礦物。礦石化學(xué)多元素分析和鐵物相分析結(jié)果分別見表1、表2。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2 礦石鐵物相分析結(jié)果%

從表1、表2可以看出，關(guān)寶山鐵礦石鐵品位30.82%，有害元素硫、磷含量較低；鐵主要以赤(褐)鐵礦的形式存在，分布率43.87%。磁性鐵僅占總鐵的21.90%，假象、半假象赤鐵礦中的鐵也較多，分布率17.03%。

1.2 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造對選礦工藝流程的確定有重要影響。一般來說，礦石構(gòu)造主要指礦物及其集合體的空間分布特征，結(jié)構(gòu)則主要指礦物及集合體自身的形態(tài)特征[2]。

1.2.1 礦石結(jié)構(gòu)

關(guān)寶山鐵礦石礦物結(jié)構(gòu)主要為區(qū)域變質(zhì)過程形成的各種不等粒狀變晶結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)，如磁鐵礦的粒狀變晶結(jié)構(gòu)，赤鐵礦的假象結(jié)構(gòu)，磁鐵礦和赤鐵礦的殘余結(jié)構(gòu)，兩種及兩種以上礦物之間的交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)等。

具體表現(xiàn)：①粒狀變晶結(jié)構(gòu)主要是磁鐵礦、石英的不等粒狀變晶結(jié)構(gòu)；②鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)主要為綠泥石等片狀礦物形成的變晶結(jié)構(gòu)；③礦石中赤鐵礦為磁鐵礦風(fēng)化蝕變產(chǎn)物，交代磁鐵礦的晶體，呈磁鐵礦的外形輪廓，形成假象結(jié)構(gòu)；④礦石中磁鐵礦和赤鐵礦被針鐵礦沿邊部和裂隙交代熔蝕，部分磁鐵礦、赤鐵礦僅剩余少量殘余體呈島狀、破布狀和不規(guī)則狀分布在針鐵礦中，形成殘余結(jié)構(gòu)；⑤礦石中針鐵礦和赤鐵礦交代磁鐵礦，充填在磁鐵礦的邊部和裂隙中，與磁鐵礦形成不混溶連晶，形成交代結(jié)構(gòu)；⑥礦石中針鐵礦和褐鐵礦沿磁鐵礦、赤鐵礦和石英顆粒的粒間和裂隙充填，形成填隙結(jié)構(gòu)；⑦礦石中金屬礦物之間或金屬礦物與脈石之間常呈相互包裹現(xiàn)象，形成包含結(jié)構(gòu)。

1.2.2 礦石構(gòu)造

礦石構(gòu)造以細(xì)條帶(紋)狀構(gòu)造為主，局部有片狀構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上，部分礦石疊加有次一級(jí)的角礫狀構(gòu)造和揉皺狀構(gòu)造。

(1)條帶狀構(gòu)造。以石英為主體形成淺色條帶狀，條帶一般寬0.01～5.00 mm不等；以磁鐵礦為主體形成黑色條帶，條帶寬0.01～5.00 mm不等；兩者相間展布形成淺、暗相間條帶狀。

(2)片狀構(gòu)造，出現(xiàn)在局部的磁鐵石英透閃片巖中。透閃石礦物含量高(大于40%)，呈纖柱狀集合體定向排列形成片理狀構(gòu)造，石英、磁鐵礦粒狀不均勻，填隙形成片狀構(gòu)造。

(3)角礫狀構(gòu)造是后期動(dòng)力作用對礦石破壞的結(jié)果。石英巖、含鐵石英巖呈角礫狀構(gòu)造，遷移并重新富集的細(xì)脈狀磁鐵礦集合體呈膠結(jié)物狀,也形成角礫狀構(gòu)造。

(4)柔皺構(gòu)造是后期動(dòng)力作用對礦石破壞的結(jié)果，主要是原鐵礦石的條帶(紋)受動(dòng)力作用彎曲變形形成揉皺狀。

2 主要礦物嵌布特征

(1)磁鐵礦。磁鐵礦顆粒多呈稠密浸染狀和團(tuán)塊狀分布在脈石中(圖1)，少量呈稀疏浸染狀分布在脈石中，粒度較均勻，以細(xì)粒嵌布為主(圖2)。磁鐵礦集合體平行層理方向規(guī)則分布，層與層之間接觸面平整，層寬1～15 mm，呈層狀構(gòu)造(圖3、圖4)。磁鐵礦受后期地質(zhì)作用發(fā)生氧化蝕變，產(chǎn)物主要為赤鐵礦和針鐵礦。少量赤鐵礦呈薄層狀包圍在磁鐵礦的外表，或呈細(xì)脈狀充填磁鐵礦的孔隙中，二者形成不混溶的連晶(圖5)。

圖1 細(xì)粒磁鐵礦呈浸染狀分布在脈石中

圖2 磁鐵礦集合體呈團(tuán)塊狀，包裹細(xì)粒脈石礦物

圖3 磁鐵礦集合體呈層狀分布

圖4 磁鐵礦集合體呈層狀分布

圖5 磁鐵礦的裂隙中充填赤鐵礦

磁鐵礦另一重要蝕變產(chǎn)物為針鐵礦，磁鐵礦與針鐵礦嵌布關(guān)系十分密切。磁鐵礦顆粒被針鐵礦沿外表和內(nèi)部交代，與針鐵礦形成連晶顆粒，基本保留磁鐵礦的外形輪廓，二者界線較不分明，有的磁鐵礦被針鐵礦沿粒間充填膠結(jié)，有的被針鐵礦強(qiáng)烈交代，僅剩少量的殘余體包裹在針鐵礦中(圖6)。磁鐵礦與針鐵礦組成的鐵礦物集合體多保留原磁鐵礦集合體的產(chǎn)狀，呈層狀分布在脈石中(圖7)。

圖6 磁鐵礦被針鐵礦交代，殘余體包裹在針鐵礦中

圖7 磁鐵礦與針鐵礦形成的集合體呈層狀分布

磁鐵礦與黃鐵礦嵌布關(guān)系較為密切，磁鐵礦集合體中嵌布有少量黃鐵礦，黃鐵礦孔隙中嵌布有細(xì)粒磁鐵礦(圖8)。因黃鐵礦較少，這類嵌布關(guān)系并不多見。另外，磁鐵礦與脈石礦物嵌布關(guān)系也十分復(fù)雜。在呈稠密浸染狀和團(tuán)塊狀分布的磁鐵礦集合體中，磁鐵礦粒間充填大量細(xì)粒脈石礦物，部分磁鐵礦顆粒被風(fēng)化侵蝕后內(nèi)部鐵質(zhì)流失，留下的孔洞中充填泥質(zhì)的脈石礦物(圖9)。

圖8 磁鐵礦集合體中嵌布黃鐵礦顆粒

圖9 磁鐵礦的粒間和孔洞中充填脈石礦物

(2)赤鐵礦。礦石中赤鐵礦是主要可回收的礦物之一，屬假象赤鐵礦。空間分布較集中，浸染粒度以細(xì)粒為主。赤鐵礦多為后期磁鐵礦氧化蝕變的產(chǎn)物，顆粒保留磁鐵礦的外形輪廓，二者共生或者相互嵌布，少量存在于脈石礦物中。集合體與磁鐵礦集合體的分布特征相似，呈稠密浸染狀和團(tuán)塊狀分布在脈石中。赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和裂隙交代磁鐵礦(圖10)。

圖10 赤鐵礦交代磁鐵礦邊緣和裂隙

部分赤鐵礦進(jìn)一步蝕變?yōu)獒樿F礦和褐鐵礦，赤鐵礦顆粒被針鐵礦沿外表和內(nèi)部交代，與針鐵礦形成連晶顆粒，二者界限不分明。部分赤鐵礦被針鐵礦沿粒間充填膠結(jié)，部分被針鐵礦強(qiáng)烈交代，僅剩少量的殘余體包裹在針鐵礦中(圖11)。部分赤鐵礦粒間和邊緣被褐鐵礦以細(xì)脈狀充填膠結(jié)，部分赤鐵礦以細(xì)小粒狀分布和包裹于褐鐵礦中。

圖11 赤鐵礦被針鐵礦包裹

3 主要礦物粒度分布

粒度特征是決定礦石選別難易程度的最重要的因素之一。礦石主要金屬礦物磁鐵礦、赤鐵礦和針鐵礦粒度分析結(jié)果見表3。

表3 主要礦物粒度分析結(jié)果

從表3可以看出，礦石中磁鐵礦、赤鐵礦粒度分布很不均勻，+0.075 mm粒級(jí)中，磁鐵礦和赤鐵礦分布率分別為29.85%、30.45%；-0.037 mm粒級(jí)中，磁鐵礦和赤鐵礦分布率分別為21.41%、13.64%，說明磁鐵礦和赤鐵礦在細(xì)粒和微粒級(jí)中含量較高，不利于單體解離，影響鐵的回收。+0.075 mm 粒級(jí)中，針鐵礦分布率為25.90%，-0.037 mm粒級(jí)中分布率為45.21%，說明針鐵礦在細(xì)粒和微粒級(jí)中含量很高。

4 鐵選別性分析

(1)磁鐵礦和赤鐵礦是關(guān)寶山礦石要回收的主要目的礦物，其他鐵礦物如針鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦等很難通過選礦回收，其賦存狀態(tài)也會(huì)影響磁鐵礦和赤鐵礦的回收。

(2)針鐵礦與磁鐵礦、赤鐵礦嵌布關(guān)系較密切，影響鐵回收率的提高。針鐵礦為磁鐵礦和赤鐵礦的風(fēng)化蝕變產(chǎn)物，與磁鐵礦或赤鐵礦形成不混溶連晶，充填膠結(jié)于磁鐵礦、赤鐵礦中。磁鐵礦與針鐵礦、赤鐵礦與針鐵礦難以完全解離，影響磁鐵礦和赤鐵礦的磁選富集。另有部分磁鐵礦和赤鐵礦呈細(xì)粒包裹于針鐵礦中，難以解離而易隨針鐵礦損失在尾礦中。在呈稠密浸染狀和團(tuán)塊狀分布的磁鐵礦集合體粒間充填著大量細(xì)粒脈石礦物，少量磁鐵礦孔洞中充填泥質(zhì)脈石礦物，這部分脈石礦物難以從磁鐵礦中解離出來，也會(huì)影響磁選精礦鐵品位。

(3)赤鐵礦和磁鐵礦為磁性差別較大，多呈微細(xì)粒浸染嵌布于脈石中，粒度分布較為均勻，單體解離難度較大。可通過粗磨磁選拋尾—再磨—磁選回收磁鐵礦，針鐵礦和褐鐵礦進(jìn)入尾礦，然后通過浮選回收赤鐵礦。

5 結(jié) 論

(1)關(guān)寶山鐵礦石鐵品位30.82%，主要鐵礦物為磁鐵礦、赤(褐)鐵礦和針鐵礦等，另有少量菱鐵礦和褐鐵礦，非金屬礦物主要為石英。鐵主要以赤(褐)鐵礦和磁鐵礦的形式存在，分別占總鐵的43.87%、21.90%。

(2)磁鐵礦主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，赤鐵礦主要為假象結(jié)構(gòu)，磁鐵礦和赤鐵礦另有殘余結(jié)構(gòu)，兩種及兩種以上礦物之間有交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以細(xì)條帶(紋)狀構(gòu)造為主，局部有片狀構(gòu)造，部分礦石疊加有次一級(jí)的角礫狀構(gòu)造和揉皺狀構(gòu)造。

(3)礦石中主要目的礦物為磁鐵礦與赤鐵礦，二者磁性差別較大，可通過磁選分離回收磁鐵礦，浮選回收赤鐵礦。鐵礦物多以微細(xì)粒嵌布為主，單體解離困難，且針鐵礦及脈石礦物與磁鐵礦、赤鐵礦嵌布關(guān)系較密切，均會(huì)影響鐵回收率。