河北某鐵礦工藝礦物學(xué)研究

高春慶 張 凜 王海亮

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽馬鞍山243000；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000；3.國(guó)家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心，安徽馬鞍山243000）

鐵是一種重要的金屬元素，其制品廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，含鐵礦物是鐵最為主要的原料來(lái)源［1-2］。我國(guó)鐵礦資源總量豐富，但是具有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)［3］，絕大部分鐵礦石需要經(jīng)過(guò)選礦工藝處理才能達(dá)到入爐冶煉的要求［4-5］。近年來(lái)，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于鐵礦石的需求快速增長(zhǎng)。由于礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是一種不可再生的資源，需要對(duì)其中的有價(jià)元素分別提取、綜合利用。因此，在對(duì)鐵礦資源利用之前，進(jìn)行系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究至關(guān)重要［6-15］。

本研究鐵礦石取自于河北沙河縣境內(nèi)，早期地質(zhì)勘查顯示該礦石鐵品位較高，現(xiàn)擬建廠合理利用該鐵礦資源。為全面了解該礦石的工藝礦物學(xué)特性，采用化學(xué)分析、X射線衍射、顯微鏡、MLA等分析方法，開展了礦石物質(zhì)組成、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要礦物嵌布特征、有用礦物單體解離度等研究，研究結(jié)果為該礦石資源綜合利用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)成分分析

由表1可知，礦石中主要有價(jià)元素為鐵，全鐵品位為39.98%；礦石中Co和S含量分別為0.017%和1.89%，具有綜合回收價(jià)值；礦石中主要雜質(zhì)成分CaO、MgO和SiO2的含量分別為11.99%、4.79%和7.81%；有害元素P含量較低，僅為0.02%。

1.2 礦物組成及含量

對(duì)礦石進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖1所示。對(duì)礦石進(jìn)行顯微鏡及MLA分析，得到礦石礦物組成如表2所示。

由圖1和表2可知，礦石中磁鐵礦為主要金屬礦物，含量為49.01%，其次還有少量赤鐵礦、黃鐵礦以及微量褐鐵礦，含量分別為1.99%、2.31%和0.29%；礦石中脈石礦物以方解石、白云石等碳酸鹽礦物為主，含量為31.98%，其次為長(zhǎng)石，含量4.80%，另外少量分布著一些其它硅酸鹽類及石英等礦物；礦石中無(wú)Co的獨(dú)立礦物。

1.3 鐵、硫物相分析

為了探明礦石中鐵、硫的賦存狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行了鐵、硫化學(xué)物相分析，結(jié)果如表3、表4所示。

由表3可知，礦石中鐵主要以磁鐵礦形式存在，分布率達(dá)85.52%；以硫鐵礦、碳酸鐵、硅酸鐵等形式存在的鐵含量相對(duì)較少，分布率分別為2.88%、5.00%和4.87%；另外還有少量鐵以赤、褐鐵礦形式存在，分布率為1.73%。磁鐵礦是礦石中主要回收的目的礦物，碳酸鐵和硅酸鐵礦物則較難回收。

由表4可知，礦石中硫主要以黃鐵礦等硫化物形式存在，分布率為87.30%；以硫酸鹽形式存在的硫含量相對(duì)較少，分布率為11.11%；另外還有微量硫以其它形式存在，分布率僅為1.59%。在選礦過(guò)程中需要綜合回收黃鐵礦中的硫，為避免硫?qū)﹁F精礦質(zhì)量的影響，黃鐵礦需要與磁鐵礦分開回收。

2 礦石結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

經(jīng)顯微鏡下觀察，礦石主要具有粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、柱狀結(jié)構(gòu)和交代殘余結(jié)構(gòu)。磁鐵礦和黃鐵礦主要以半自形、自形粒狀結(jié)構(gòu)嵌布，碳酸鹽礦物和黑云母等硅酸鹽礦物也多具粒狀結(jié)構(gòu)；粒狀的磁鐵礦接觸式嵌布，在粒間空隙充填著細(xì)粒脈石，具有填隙結(jié)構(gòu)；斜長(zhǎng)石和黑云母多呈晶柱狀并形成集合體；黏土或者絹云母多將斜長(zhǎng)石交代，另有部分殘余斜長(zhǎng)石與絹云母連生在一起，呈交代殘余結(jié)構(gòu)。

在高中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的組成部分，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)也是考試中經(jīng)常出現(xiàn)的題型。因此，學(xué)生要想學(xué)好物理，增加自己的提分技巧，就要完全弄清物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，弄懂物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。如果存在著模糊不清的地方，就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)題解題的準(zhǔn)確性。

2.2 礦石構(gòu)造

該礦區(qū)包含黑色的鐵礦石、灰白色的圍巖、夾石及其他暗色的硅酸鹽礦物，以塊狀構(gòu)造為主，同時(shí)部分呈現(xiàn)條帶構(gòu)造、細(xì)脈構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。以磁鐵礦為主的鐵礦石和方解石、白云石為主的圍巖，結(jié)構(gòu)致密多呈塊狀構(gòu)造；黑色鐵礦物、暗色硅酸鹽礦物（黑云母）與灰白色的方解石、白云石等碳酸鹽礦物相交嵌布，呈現(xiàn)條帶狀構(gòu)造；灰白色方解石、白云石等碳酸鹽礦物穿插在暗色的硅酸鹽礦物之中，呈現(xiàn)細(xì)脈構(gòu)造；少量的磁鐵礦、黃鐵礦及其它硫化礦物集合體呈浸染狀分布于礦石中，無(wú)定向排列，粒徑大多小于2 mm。

3 礦石中主要礦物的嵌布特征

3.1 磁鐵礦

磁鐵礦是礦石中含量最高、最主要的回收礦物。磁鐵礦主要以自形、半自形的粒狀形式產(chǎn)出，以中細(xì)粒嵌布為主，形成集合體時(shí)粒度較粗大。

磁鐵礦與脈石礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜。部分半自形、自形、四方形的磁鐵礦晶粒與脈石礦物膠結(jié)，在磁鐵礦晶粒中包含一些細(xì)粒脈石礦物（見(jiàn)圖2（a））。部分半自形、它形粒狀磁鐵礦形成集合體，脈石礦物充填在磁鐵礦晶粒的空隙之間（見(jiàn)圖2（b））。部分不規(guī)則狀的磁鐵礦晶粒稀疏浸染分布在碳酸鹽礦物、斜長(zhǎng)石等脈石中。另外也有部分磁鐵礦與黃鐵礦共生在一起（見(jiàn)圖3）。

3.2 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中的次要金屬礦物，也是硫的主要存在形式，是回收目標(biāo)之一。黃鐵礦主要以半自形、自形粒狀形式產(chǎn)出，嵌布粒度以中細(xì)粒為主。黃鐵礦多與磁鐵礦緊密共生，兩者互為連晶，部分黃鐵礦浸染分布于脈石礦物中。對(duì)黃鐵礦進(jìn)行EDS能譜分析（見(jiàn)表5），發(fā)現(xiàn)部分黃鐵礦中含有鈷元素，這是在晶體構(gòu)造中發(fā)生了Co元素與Fe元素的置換。

由表5的EDS能譜分析結(jié)果可知，含鈷黃鐵礦中硫含量在51.38%～52.37%之間，平均為51.86%，鈷含量在1.36%～2.61%之間，平均為1.86%，鐵含量平均為46.29%，具有一定回收價(jià)值。

3.3 赤鐵礦

它形細(xì)小粒狀赤鐵礦主要與脈石礦物相互嵌布（見(jiàn)圖4），粒度以細(xì)粒嵌布為主，回收意義不大。

3.4 脈石礦物

礦石中的脈石礦物以方解石、白云石等碳酸鹽礦物為主，其次為斜長(zhǎng)石、綠泥石和云母，另有少量黏土、輝石以及微量石英、簾石等。

礦石中的碳酸鹽礦物主要為方解石和白云石，多為粒狀并形成集合體產(chǎn)出，組成集合體的主要有10 μm左右的細(xì)小它形狀晶粒（見(jiàn)圖5（a））和200 μm左右較粗的自形、半自形粒狀晶粒（見(jiàn)圖5（b）），常見(jiàn)少量磁鐵礦浸染嵌布在這些碳酸鹽礦物集合體中。由于地質(zhì)作用，部分碳酸鹽礦物中間會(huì)產(chǎn)生裂隙，當(dāng)裂隙較寬時(shí)會(huì)有次生的碳酸鹽細(xì)脈礦物穿插于早期形成的碳酸鹽礦物中（見(jiàn)圖5（c）），裂隙較窄時(shí)可見(jiàn)充填少量氧化鐵礦物（見(jiàn)圖5（d））。

長(zhǎng)石主要是斜長(zhǎng)石，多為短柱狀或自形晶柱狀，以及它形粒狀，它們多形成集合體（見(jiàn)圖6（a）），常伴生綠泥石和其它硅酸鹽類礦物，也可見(jiàn)次生的碳酸鹽細(xì)脈穿插其間，另外長(zhǎng)石多發(fā)生一定程度的云母化，殘晶與之緊密連晶（見(jiàn)圖6（b））。

綠泥石多為不規(guī)則狀，主要與斜長(zhǎng)石共生，另外可見(jiàn)片狀綠泥石晶體之中的Mg、Fe析出后沿著晶粒邊緣附著形成鑲邊。

云母以黑云母為主，多自形晶柱狀，它們的集合體呈層狀分布，少量片狀、粒狀云母浸染散布于礦石中，常與斜長(zhǎng)石共生。

4 主要礦物的工藝粒度

對(duì)礦石中主要金屬礦物磁鐵礦、黃鐵礦和脈石礦物碳酸鹽礦物、長(zhǎng)石進(jìn)行粒度分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，磁鐵礦、黃鐵礦、碳酸鹽礦物、長(zhǎng)石在-0.03 mm粒級(jí)中的分布率分別為16.89%、28.20%、3.39%和2.79%，-0.07 mm粒級(jí)中的分布率分別為38.35%、40.32%、25.03%和28.24%，+0.15 mm粒級(jí)中的分布率分別為33.55%、39.81%、45.87%和39.99%?？傮w來(lái)看，磁鐵礦、黃鐵礦粒度小于碳酸鹽礦物和長(zhǎng)石，而且黃鐵礦主要與磁鐵礦共結(jié)連晶，這種粒度上的差異和嵌布特性有利于利用干式磁選機(jī)預(yù)先拋除大塊脈石，并將磁鐵礦和黃鐵礦一起富集。另外，4種礦物粒度嵌布粗細(xì)不均勻，粒度范圍較寬，尤其是磁鐵礦和黃鐵礦，以中細(xì)粒嵌布為主，細(xì)粒磁鐵礦可能在磁選過(guò)程損失于尾礦中，碳酸鹽礦物和長(zhǎng)石則以中粒嵌布為主。

5 礦石不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品的解離度分析

對(duì)礦石磨礦細(xì)度-0.074 mm占45%～95%的磁鐵礦、黃鐵礦進(jìn)行單體解離度分析，結(jié)果見(jiàn)表7。

由圖7可知，隨著磨礦細(xì)度增加，解離度逐步提高；當(dāng)-0.074 mm含量大于65%時(shí)，磁鐵礦以及黃鐵礦單體解離度均大于85%，而且＜3/4的連生體不足5%；當(dāng)-0.074 mm含量為95%時(shí)，磁鐵礦和黃鐵礦單體解離度均大于90%，其余主要為＞3/4的富連生體，＜3/4的連生體不足3%，說(shuō)明兩者解離很好。

6 推薦選礦工藝

由系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究可知，該礦石主要回收礦物是磁鐵礦，可以選擇磨礦—弱磁選工藝進(jìn)行回收，同時(shí)為了減少進(jìn)入磨礦系統(tǒng)的礦石處理量并降低磨礦能耗，建議磨礦前進(jìn)行干式磁選拋尾。另外，礦石中可以綜合回收的S和Co主要存在于黃鐵礦中，考慮在弱磁選尾礦中浮選回收。因此，推薦礦石干式磁選拋尾—磨礦—弱磁選選鐵—浮選鈷硫?yàn)檫m宜的工藝流程。

7 結(jié) 論

（1）礦石中主要有價(jià)元素Fe含量為39.98%，主要以磁鐵礦形式存在；有價(jià)元素Co、S含量分別為0.017%和1.89%，主要以黃鐵礦形式存在；磁鐵礦和黃鐵礦含量分別為49.01%、2.31%。有害元素P含量較低，僅為0.02%。主要脈石礦物碳酸鹽礦物含量為31.98%，長(zhǎng)石含量為4.80%。

（2）礦石主要構(gòu)造為塊狀構(gòu)造，少量條帶構(gòu)造、細(xì)脈構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造；主要結(jié)構(gòu)為粒狀結(jié)構(gòu)，少量柱狀結(jié)構(gòu)、兩種及以上礦物間的填隙、交代殘余等結(jié)構(gòu)。

（3）礦石中磁鐵礦和黃鐵礦粒度粗細(xì)不均，以中細(xì)粒嵌布為主，脈石礦物以中粒嵌布為主。磁鐵礦、黃鐵礦的嵌布粒度總體上小于脈石礦物，而且黃鐵礦多與磁鐵礦共生連晶，有利于選礦過(guò)程粗粒拋尾。磁鐵礦、黃鐵礦和脈石礦物相互間的嵌布關(guān)系密切，需要細(xì)磨才能充分解離。

（4）隨著磨礦細(xì)度增加，礦石中磁鐵礦、黃鐵礦單體解離度不斷提高。當(dāng)-0.074 mm含量為65%～95%時(shí)，磁鐵礦和黃鐵礦均能獲得較好的解離，主要為單體和＞3/4的富連生體，＜3/4的連生體僅為2%～5%。

（5）推薦礦石干式磁選拋尾—磨礦—弱磁選選鐵—浮選鈷硫?yàn)樵摰V石的選礦工藝流程。