齊大山含碳酸鹽鐵礦石工藝礦物學(xué)研究

陳洪彬 王建雄 劉志斌 劉 杰 張 毅

（1.鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司齊大山選礦廠，遼寧鞍山114043；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110819）

由于我國(guó)鐵礦資源“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，導(dǎo)致97%以上的鐵礦石需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的選礦工藝處理，才能達(dá)到入爐冶煉的要求。由于鐵礦石復(fù)雜難選，未開(kāi)發(fā)礦區(qū)資源量高達(dá)529.2億t，資源開(kāi)發(fā)利用率不足35%，其中多為復(fù)雜難選鐵礦石[1，2]。隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展和國(guó)內(nèi)高品質(zhì)鐵礦石資源的快速枯竭，我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度逐年上升，連續(xù)5年超過(guò)75%，中國(guó)鋼鐵工業(yè)的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)和資源安全性進(jìn)一步降低[3，4]。

齊大山鐵礦是鞍鋼集團(tuán)的主要原料基地之一，累計(jì)探明儲(chǔ)量為17.3億t，其為沉積變質(zhì)型鐵礦床，鐵礦石以假象赤礦石、磁鐵礦石和半氧化礦石為主，屬難選鐵礦石[5]。因此，加強(qiáng)齊大山鐵礦石高效利用研究，對(duì)保障鞍鋼鐵礦資源的供給安全，具有重要意義。齊大山鐵礦采場(chǎng)按礦石性質(zhì)劃分區(qū)域，并對(duì)選取各區(qū)域的采場(chǎng)樣品及采場(chǎng)綜合樣進(jìn)行分析，其中FeCO3、CaO、MgO的含量均小于1.5%[5]。但是，隨著齊大山鐵礦區(qū)采掘的不斷深入，該礦石的礦物學(xué)性質(zhì)有較大變化。其中，新采掘的含碳酸鹽鐵礦區(qū)，菱鐵礦含量已超過(guò)5%。因此，對(duì)齊大山含碳酸鹽鐵礦石的礦物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，為礦物加工流程提供礦石的物質(zhì)組成、鐵礦物賦存狀態(tài)、礦物產(chǎn)出形式及嵌布特征等詳細(xì)信息[6-10]。因此，本文通過(guò)化學(xué)多元素分析、鐵物相分析、X射線衍射、光學(xué)顯微鏡等分析手段，查明了該礦石的工藝礦物學(xué)特性，以期能促進(jìn)齊大山鐵礦石的高效利用[11-15]。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)元素分析

齊大山高碳酸鹽鐵礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示。

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由表1可以看出：礦石TFe品位僅27.89%，其中FeO占14.83%；脈石礦物主要為石英、鈣鎂碳酸鹽礦物等；同時(shí)，還含有少量對(duì)選礦有害的雜質(zhì)元素，例如P含量0.006%，S含量0.005%。

1.2 礦石礦物組成

礦石XRD分析結(jié)果如圖1所示，礦石主要礦物為石英、赤鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦和菱鐵礦。結(jié)合化學(xué)多元素、XRD和光學(xué)顯微鏡分析，對(duì)礦石中主要礦物組成及含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表2所示。礦石中主要含鐵礦物為菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦，其含量分別為14.83%、14.56%和13.57%，此外還含有少量褐鐵礦和黃鐵礦；脈石礦物主要為石英和白云石，含量分別為47.58%和7.15%，此外還含有少量綠泥石和白云母等。

1.3 礦石鐵礦物賦存狀態(tài)

為確定礦石中鐵的賦存狀態(tài)、含量和分布率，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)物相分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，礦石中鐵主要賦存于磁鐵礦、赤褐鐵礦及菱鐵礦中，分別占到了38.51%、25.21%和34.06%，三者占全鐵97%以上。

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2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石構(gòu)造

（1）塊狀構(gòu)造。礦石中80%以上菱鐵礦以致密的粒狀集合體產(chǎn)出，構(gòu)成致密塊體，形成塊狀構(gòu)造。

（2）條紋狀構(gòu)造。礦石中部分赤鐵礦和磁鐵礦集合體呈條紋狀，與脈石礦物相間排列，形成條紋狀構(gòu)造。

（3）浸染狀構(gòu)造。礦石中粗細(xì)不等的赤鐵礦和磁鐵礦顆粒，浸染嵌布在脈石礦物中，且無(wú)定向排列，形成浸染狀構(gòu)造。

（4）充填脈狀構(gòu)造。礦石中的菱鐵礦以脈狀充填在石英集合體中，形成充填脈狀構(gòu)造。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)

（1）假象結(jié)構(gòu)。礦石中赤鐵礦交代原生磁鐵礦生成假象赤鐵礦，并保留磁鐵礦外形輪廓，形成假象結(jié)構(gòu)。

（2）自形-半自形晶結(jié)構(gòu)。礦石中的磁鐵礦以自形粒狀產(chǎn)出，結(jié)晶外形較完好，部分磁鐵礦顆粒晶體不完整，僅保持部分晶面完好，形成自形-半自形晶結(jié)構(gòu)。

（3）交代結(jié)構(gòu)。礦石中赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和裂隙進(jìn)行交代，使其晶邊出現(xiàn)凹陷，呈港灣狀，形成交代結(jié)構(gòu)。

（4）殘余結(jié)構(gòu)。礦石中的赤鐵礦強(qiáng)烈交代磁鐵礦，磁鐵礦僅殘余少量細(xì)小的破布狀、島嶼狀和不規(guī)則狀的殘余體包裹于赤鐵礦中，形成殘余結(jié)構(gòu)。

（5）骸晶結(jié)構(gòu)。礦石中部分赤鐵礦被脈石礦物沿晶體內(nèi)部交代形成殘骸，赤鐵礦晶體仍保留部分自形晶的外形輪廓，形成骸晶結(jié)構(gòu)。

3 礦石主要礦物嵌布特征

3.1 赤鐵礦

礦石中的赤鐵礦含量較高，可分為原生赤鐵礦和次生赤鐵礦。大部分赤鐵礦為磁鐵礦氧化蝕變產(chǎn)物，沿邊部、裂隙和內(nèi)部交代磁鐵礦，有的完全交代磁鐵礦形成假象赤鐵礦，有的假象赤鐵礦中包含少量磁鐵礦的殘余體，還有的呈斑點(diǎn)狀、細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀和蛛絲狀分布在磁鐵礦中。假象赤鐵礦多與脈石礦物呈交互嵌布，定向排列，形成條紋狀構(gòu)造，有的呈浸染狀分布在脈石中，粒度以細(xì)粒嵌布為主。礦石中還有少量原生赤鐵礦，原生赤鐵礦主要以自形-半自形的粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出；部分原生赤鐵礦以纖維狀、針狀產(chǎn)出，呈浸染狀分布在脈石中，粒度較粗大均勻，與磁鐵礦嵌布關(guān)系密切，常見(jiàn)赤鐵礦和磁鐵礦顆粒相互嵌布共生，分布在脈石中；有的原生赤鐵礦顆粒中嵌布細(xì)粒磁鐵礦。礦石中部分赤鐵礦被脈石礦物侵蝕呈破碎狀、不規(guī)則狀和多孔狀，有的赤鐵礦被沿內(nèi)部侵蝕形成骸晶。另有部分赤鐵礦被細(xì)脈狀褐鐵礦沿粒間充填（見(jiàn)圖2）。

3.2 磁鐵礦

磁鐵礦與原生赤鐵礦嵌布關(guān)系密切，常相互嵌布共生，一起呈浸染狀分布在脈石中，主要以自形-半自形的粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出，呈浸染狀分布在脈石中。部分磁鐵礦集合體在脈石中呈條紋狀與脈石礦物呈交互嵌布。大部分磁鐵礦被赤鐵礦沿邊部、裂隙及內(nèi)部交代，有的僅保留少量殘余體包裹在赤鐵礦中，有的完全氧化蝕變?yōu)槌噼F礦，并保留磁鐵礦的外形輪廓，生成假象赤鐵礦。少量細(xì)粒磁鐵礦嵌布在赤鐵礦中（見(jiàn)圖3）。

3.3 菱鐵礦

菱鐵礦在礦石中含量較多，主要以自形-半自形的粒狀集合體產(chǎn)出，與白云石、石英呈密切的共生關(guān)系，粒度粗大。菱鐵礦與白云石密切共生，緊密結(jié)合，菱鐵礦集合體中常見(jiàn)嵌布細(xì)粒白云石（見(jiàn)圖4）。菱鐵礦與石英相互嵌布，有的菱鐵礦呈脈狀充填在石英集合體中，一些細(xì)粒菱鐵礦顆粒嵌布在石英集合體中。

3.4 其他含鐵礦物

褐鐵礦在礦石中含量少，主要呈細(xì)脈狀充填在赤鐵礦粒間，粒度細(xì)小，分布較集中。黃鐵礦在礦石中含量少，僅在部分標(biāo)本中見(jiàn)到。

3.5 石英

石英主要以自形粒狀集合體產(chǎn)出，粒度較細(xì)小均勻。石英與菱鐵礦密切嵌布，石英集合體中充填脈狀菱鐵礦，石英粒間常充填菱鐵礦、白云石，少量綠泥石、白云母等，少量細(xì)粒石英嵌布在菱鐵礦中（見(jiàn)圖5、圖6）。

3.6 白云石

白云石以自形-半自形粒狀及粒狀集合體產(chǎn)出，與菱鐵礦相互嵌布共生，一些白云石嵌布在菱鐵礦中，有的嵌布在石英粒間（見(jiàn)圖4）。

3.7 其他脈石

白云母、綠泥石在礦石中含量較少，呈細(xì)粒嵌布于石英中（見(jiàn)圖6）。

4 鐵礦物嵌布粒度、鐵分布率及解離度

礦石中菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦為主要回收礦物，對(duì)其進(jìn)行粒度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖7（因赤鐵礦和磁鐵礦相互嵌布，可一起回收，故將赤鐵礦和磁鐵礦的測(cè)定結(jié)果合并計(jì)）。

由圖7可知：菱鐵礦在0.15 mm以上粒級(jí)分布率為83.38%，在0.075 mm以上粒級(jí)累計(jì)分布率高達(dá)96.06%，可見(jiàn)菱鐵礦的粒度以粗粒嵌布為主；氧化鐵礦物（赤鐵礦+磁鐵礦）在0.075 mm以上粒級(jí)的累計(jì)分布率為26.65%，在0.037 mm以下粒級(jí)的分布率高達(dá)38.36%，可見(jiàn)氧化鐵礦物粒度以細(xì)粒嵌布為主。含鐵礦物粒度分布不均，極大地增加了該礦石的選別難度。

表4所示為礦石中鐵在不同粒級(jí)的分布率。

對(duì)不同粒級(jí)的礦石分別進(jìn)行鐵礦物單體解離度測(cè)定，分析結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知：+0.150 mm的粒度范圍內(nèi)，鐵礦物的解離度均不足6%，特別菱鐵礦在+0.15 mm粒級(jí)分布率為83.38%，說(shuō)明絕大多數(shù)菱鐵礦未單體解離；隨著礦石粒度的變細(xì)，三種鐵礦物的解離度快速升高，尤其是-0.037 mm粒級(jí)，大多數(shù)鐵礦物完成了單體解離。然而，礦石在+0.075 mm粒級(jí)時(shí)，鐵礦物的單體解離度不足50%，需要進(jìn)一步磨礦才將有用礦物從脈石中解離出來(lái)?？偟膩?lái)說(shuō)，粒度的變細(xì)有助于鐵礦石的單體解離，為了保證選別指標(biāo)，磨礦細(xì)度應(yīng)控制在-0.075 mm。

5 小 結(jié)

（1）齊大山含碳酸鹽鐵礦石TFe含量為27.89%，礦石中的鐵主要賦存于菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦中，此外還有少量賦存于褐鐵礦和黃鐵礦中，脈石礦物主要為石英和白云石。

（2）赤鐵礦多由磁鐵礦氧化蝕變生成，沿邊部、裂隙和內(nèi)部交替磁鐵礦，有的赤鐵礦完全交替磁鐵礦形成假象赤鐵礦，二者緊密連生，此外，假象赤鐵礦多與脈石礦物呈交互嵌布。磁鐵礦與原生赤鐵礦常相互嵌布共生，呈浸染狀分布在脈石中，部分磁鐵礦集合體在脈石中呈條紋狀與脈石礦物呈交互嵌布。菱鐵礦主要以致密的粒狀集合體產(chǎn)出，與白云石、石英共生密切，少量的菱鐵礦呈脈狀充填于石英中。

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（3）不同鐵礦物的嵌布粒度特征有明顯差異。磁鐵礦和赤鐵礦在細(xì)粒級(jí)中分布率較高，在0.037 mm以下粒級(jí)中的分布率高達(dá)38.36%，易流入尾礦中，影響產(chǎn)品的回收率；菱鐵礦粒度粗大，在0.075 mm以上粒級(jí)中累計(jì)分布率高達(dá)96.06%，但常包裹細(xì)粒石英、白云石，影響產(chǎn)品鐵品位。粒度的變細(xì)有助于鐵礦石的單體解離，為了保證選別指標(biāo)，磨礦細(xì)度應(yīng)控制在-0.075 mm。