南芬選礦廠處理土場回收礦石工藝礦物學(xué)研究

李庚輝 肖啟飛

（本溪鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司南芬選礦廠）

南芬選礦廠是本鋼主要鐵精礦供應(yīng)基地，位于遼寧省本溪市南約25 km 的南芬區(qū)郭家堡，廠區(qū)靠近G304公路、沈丹鐵路和沈丹高速公路，交通便利。南芬選礦廠于1915年開始籌建，1918年建成投產(chǎn)，廠區(qū)占地面積728 萬m2，固定資產(chǎn)原值20.1 億元，固定資產(chǎn)凈值9.9 億元。選廠礦石原料全部來源于南芬露天鐵礦，設(shè)計(jì)原礦處理能力1 300 萬t，其中處理磁鐵礦石1 200 萬t，采用單一濕式磁選工藝；處理赤鐵礦石100 萬t，采用弱強(qiáng)磁—陰離子反浮選工藝。最終精礦通過24 km 國鐵運(yùn)輸?shù)桨宀脑蠌S，尾礦經(jīng)四級泵站經(jīng)8 km 管路輸送到臥龍溝尾礦庫。尾礦庫設(shè)計(jì)庫容2.6 億m3，目前已使用1.28 億m3，設(shè)計(jì)壩高140 m，目前壩高105.5 m，還能服役17 a。

2022 年預(yù)計(jì)土場回收礦石比例由13%增加到30%，為保證南芬選礦廠完成產(chǎn)量指標(biāo)，需對土場回收礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，探索最優(yōu)選別流程。

1 土場回收礦石工藝礦物學(xué)研究

1.1 礦石化學(xué)成分

礦石X熒光光譜半定量分析、化學(xué)多元素分析及鐵物相分析結(jié)果見表1～表3。

由表1～表3 可知：①礦石中可供選礦回收的元素是鐵，鐵品位29.18%，礦石TFe 與FeO 比值為2.50，堿性系數(shù)為0.07［1］。②為達(dá)到富集回收鐵礦物的目的，需選礦排除或降低的脈石組分主要是SiO2，其含量高達(dá)51.20%，其次為Al2O3、MgO 和CaO，四者合計(jì)56.11%；有害雜質(zhì)P 含量較低，但S 含量較高，為0.20%，因此選礦過程中需關(guān)注硫的富集趨勢。③礦石中鐵的賦存一是以磁鐵礦的形式存在，分布率高達(dá)73.20%，即為采用弱磁選工藝分選礦石中鐵礦物時鐵的最大理論回收率；二是以赤（褐）鐵礦形式產(chǎn)出的高價(jià)氧化鐵，分布率為18.68%，以該種形式存在的鐵在弱磁選過程中絕大部分將會排入尾礦中；此外，還有少量鐵賦存于碳酸鹽和硅酸鹽礦物中，分布率分別為2.84%和4.25%。綜合化學(xué)成分特點(diǎn)，土場回收礦石屬低磷含硫酸性原生磁鐵礦礦石。

1.2 礦物組成及含量

礦石肉眼下顯灰黑色，具星散稠密浸染狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較為致密。經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析和掃描電鏡分析綜合研究查明，礦石中的鐵礦物主要是磁鐵礦，其次為赤鐵礦，少量褐鐵礦和菱鐵礦；金屬硫化物為黃鐵礦，但其含量較低；脈石礦物主要為石英，其次是長石、云母、白云石、方解石、閃石、輝石、綠泥石、滑石和少量石榴石、磷灰石以及碳硅石，其他微量礦物尚見黃銅礦、自然鐵、榍石、簾石、電氣石、高嶺石、鈦鐵礦和鋯石等［2］。礦石中主要礦物的含量見表4。

2 重要礦物的產(chǎn)出形式

2.1 磁鐵礦

選礦富集回收鐵的主要目的礦物廣泛分布于絕大部分礦塊中，多呈自形、半自形等軸粒狀，部分為長軸狀、長條狀或不規(guī)則狀，晶體粒度變化較大，少數(shù)粗者可至0.6 mm 左右，細(xì)小者小于0.02 mm，一般介于0.03～0.35 mm。礦石中的磁鐵礦主要以浸染狀的形式充填于以石英為主的脈石粒間，但根據(jù)浸染的密集程度可分為中等稠密浸染狀和稀疏星散浸染狀2 種類型，部分礦塊中定向排列的特征較為明顯，且過渡為寬度0.1～2.0 mm不等的浸染條帶狀。磁鐵礦與脈石之間的接觸界線通常較為規(guī)則，僅少量被脈石穿切或包裹微細(xì)粒脈石從而構(gòu)成復(fù)雜的接觸關(guān)系，隨著浸染密度的降低，磁鐵礦不僅分散程度增高、粒度明顯變細(xì)，而且與脈石之間的嵌布關(guān)系更趨復(fù)雜（圖1）。磁鐵礦與黃鐵礦、磷灰石等嵌布關(guān)系并不密切，僅偶見磁鐵礦與黃鐵礦、磷灰石相互包裹［3］。

礦石中約20%的磁鐵礦因氧化作用或交代作用發(fā)生假象赤鐵礦化，其特征是不規(guī)則狀的赤鐵礦沿其表面、邊緣、裂隙及孔洞發(fā)生交代，隨著交代程度的增強(qiáng)，部分晶?？捎砂爰傧蟪噼F礦（顆粒中磁鐵礦的體積含量大于50%）逐漸發(fā)育為全交代假象赤鐵礦，不過仍保留了原磁鐵礦等軸粒狀的晶體外形，部分全交代假象赤鐵礦中存在粒度小于0.01 mm 的微細(xì)磁鐵礦殘余體零星分布，假象赤鐵礦粒度一般為0.01～0.30 mm，粗粒者可達(dá)約0.80 mm。

總體來看，礦石中部分磁鐵礦由于粒度微細(xì)，與脈石交生關(guān)系較為復(fù)雜，即使通過細(xì)磨仍存在部分與脈石以連生體形式進(jìn)入弱磁精礦中，這也將成為影響弱磁鐵精礦品位的最主要因素。此外，部分磁鐵礦因發(fā)生假象赤鐵礦化，磨礦后視氧化程度和解離狀況的不同會進(jìn)入弱磁精礦或尾礦。

2.2 赤鐵礦

赤鐵礦是礦石中另一種最重要的鐵礦物，僅分布于部分礦石中，多為粒狀或不規(guī)則狀，少量板片狀、葉片狀。根據(jù)赤鐵礦的晶體形態(tài)以及與磁鐵礦嵌連的密切程度，可將礦石中赤鐵礦的產(chǎn)出形式大致歸納為2種。

（1）假象赤鐵礦呈不規(guī)則狀沿磁鐵礦的邊緣、粒間及孔洞充填交代，隨著交代程度的增強(qiáng)，少量可呈原磁鐵礦等軸粒狀的晶體外形產(chǎn)出，但晶體中仍可見磁鐵礦細(xì)小的殘余分布，二者之間的接觸界線多為不規(guī)則狀，粒度一般為0.01～0.30 mm，部分粗者可達(dá)約0.80 mm。

（2）形態(tài)較規(guī)則的板片狀、葉片狀鏡鐵礦呈星散浸染狀嵌布在脈石中，粒度一般為0.03～0.15 mm，通常較為平直規(guī)整，鑲嵌關(guān)系不復(fù)雜。

上述2 種產(chǎn)出形式的赤鐵礦中，數(shù)量上以第1 種為主，二者礦物含量比約為80∶20。顯然，第1種形式的赤鐵礦與磁鐵礦緊密交生，如果磨礦后仍與磁鐵礦連生，則分選中將隨同磁鐵礦一起進(jìn)入弱磁選鐵精礦，而第2 種形式的赤鐵礦含量較低，形態(tài)多為較規(guī)則的板片狀，通過適度磨礦大部分可獲得解離。

2.3 褐鐵礦

褐鐵礦含量較低，多呈不規(guī)則狀或細(xì)脈狀沿磁鐵礦粒間、裂隙充填分布，少量呈粒狀零星嵌布在脈石中，晶體粒度一般為0.01～0.20 mm，個別粗者達(dá)0.50 mm?？傮w看來，分布在磁鐵礦邊緣或常與磁鐵礦構(gòu)成復(fù)雜的交生關(guān)系，即使細(xì)磨也難以解離，預(yù)計(jì)大部分褐鐵礦將跟隨磁鐵礦進(jìn)入弱磁選精礦。

2.4 菱鐵礦

菱鐵礦多為較規(guī)則的粒狀，少量不規(guī)則狀，以透射光下微帶淡黃褐色而有別于白云石，常構(gòu)成集合體產(chǎn)出，粗者粒度可至0.25 mm 左右，晶體粒度0.02～0.15 mm。部分菱鐵礦以零散浸染狀沿石英、白云石等各種脈石粒間充填分布，部分與磁鐵礦交生關(guān)系密切，其中有的沿磁鐵礦邊緣、粒間充填分布，而有的集合體中可包裹微細(xì)粒磁鐵礦。不難看出，大部分菱鐵礦將損失于弱磁尾礦中，僅少量與磁鐵礦緊密交生的將可能以連生體形式隨同磁鐵礦進(jìn)入弱磁精礦中。

2.5 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中的主要金屬硫化物，含量較低，常呈自形—半自形粒狀，少量呈不規(guī)則狀，多以星散浸染狀形式嵌布在脈石中，局部可見微細(xì)粒磁鐵礦包裹在黃鐵礦中，從而與磁鐵礦構(gòu)成較為復(fù)雜的鑲嵌關(guān)系，晶體粒度一般0.02～0.3 mm，少量粗者可達(dá)0.6 mm 左右?？傮w來看，黃鐵礦含量較低，僅少數(shù)與磁鐵礦緊密鑲嵌，預(yù)計(jì)與磁鐵礦以連生體形式進(jìn)入鐵精礦的黃鐵礦所占比例十分有限［4］。

3 鐵礦物嵌布粒度研究

對鐵礦物的嵌布粒度進(jìn)行測定統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

由表5可知，礦石中的鐵礦物屬不均勻中細(xì)粒嵌布的范疇，+0.21 mm 中粒鐵礦物分布率達(dá)38.72%。單純從嵌布粒度來看，欲使約90%的磁鐵礦獲得解離，應(yīng)選擇-0.052 mm 磨礦細(xì)度較為適宜，此時-0.045 mm 約占90%，但考慮到礦石中云母、滑石、閃石和綠泥石等針柱狀、片狀屬性有利于磨礦過程中磁鐵礦的解離，故實(shí)際磨礦細(xì)度可在上述推薦細(xì)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)放粗。

4 影響選礦的主要礦物學(xué)因素分析

（1）礦石中部分磁鐵礦粒度細(xì)小，與脈石鑲嵌關(guān)系較為復(fù)雜，即使細(xì)磨也將難以與脈石解離，這將對鐵精礦品位產(chǎn)生一定影響。

（2）礦石中的赤鐵礦主要為假象赤鐵礦，常與磁鐵礦緊密交生，磨礦后視氧化程度和解離狀況的不同會進(jìn)入弱磁精礦或尾礦，從而會影響鐵回收率。若采用強(qiáng)磁選工藝回收礦石中假象赤鐵礦時，比磁化系數(shù)與其較為相近的菱鐵礦、白云石、閃石、滑石、輝石及石榴石等含鐵脈石亦有可能進(jìn)入強(qiáng)磁選鐵產(chǎn)品中，從而影響假象赤鐵礦的回收效果［5］。

5 結(jié) 語

（1）土場礦石屬低磷含硫酸性原生磁鐵礦礦石，礦石中賦存在磁性鐵礦物中的鐵占73.20%，而賦存在赤（褐）鐵礦中的鐵占18.68%，還有少量鐵賦存于碳酸鹽和硅酸鹽礦物中，分布率分別為2.84%和4.25%。

（2）礦石中的鐵礦物主要是磁鐵礦，其次為赤鐵礦，少量褐鐵礦和菱鐵礦；脈石礦物主要為石英，其次是長石、云母、（鐵）白云石、方解石、閃石、輝石、綠泥石、滑石和少量石榴石等；金屬硫化物為黃鐵礦，但含量較低。

（3）磁鐵礦多呈自形、半自形等軸粒狀，部分為長軸狀、長條狀或不規(guī)則狀，以中等稠密浸染狀和稀疏星散浸染狀2種形式產(chǎn)出，約20%的磁鐵礦因氧化作用或交代作用發(fā)生不同程度的假象赤鐵礦化。總體來看，礦石中的磁鐵礦與脈石嵌布關(guān)系并不十分復(fù)雜，僅部分粒度微細(xì)，與脈石交生關(guān)系復(fù)雜。

（4）赤鐵礦分2種，主要為磁鐵礦次生變化產(chǎn)物，呈不規(guī)則狀或星點(diǎn)狀沿磁鐵礦邊緣、粒間及孔洞充填交代；少量的為形態(tài)較規(guī)則的板片狀、葉片狀鏡鐵礦，呈星散浸染狀嵌布在脈石中。

（5）嵌布粒度結(jié)果顯示，礦石中的磁鐵礦屬不均勻中細(xì)粒嵌布特征。欲使約90%的磁鐵礦獲得解離，處理區(qū)內(nèi)礦石時以選擇約-0.045 mm90%的磨礦細(xì)度較為適宜。但考慮到礦石中云母、滑石、閃石和綠泥石等針柱狀、片狀屬性有利于磨礦過程中磁鐵礦的解離，故實(shí)際磨礦過程中可在上述推薦細(xì)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)放粗。

（6）影響選礦效果的主要礦物學(xué)因素一是部分磁鐵礦粒度細(xì)小、與脈石鑲嵌關(guān)系較為復(fù)雜，即使細(xì)磨也難以與脈石解離，是影響鐵精礦品位的主要因素；二是部分磁鐵礦發(fā)生假象赤鐵礦化，磨礦后呈單體產(chǎn)出的假象赤鐵礦在弱磁選過程中因磁性較低而易排入尾礦，從而影響鐵回收率。