鞍千磁鐵礦工藝礦物學(xué)研究

王長艷 ，徐冬林 ，史達(dá) ，韋文杰 ，張玲 ，劉杰

（1.鞍鋼集團(tuán)鞍千礦業(yè)責(zé)任有限公司，遼寧 鞍山 114043；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819）

鐵礦資源作為鋼鐵行業(yè)進(jìn)步的基礎(chǔ)、基石，是我國重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。其在國家的資源安全、國防安全和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)步方面均發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用[1-3]。當(dāng)前，工藝礦物學(xué)的研究技術(shù)、研究目標(biāo)和研究方向不斷發(fā)展，其在選礦行業(yè)所扮演的角色也更加重要[4]。對(duì)工藝礦物學(xué)的探討可以從更深層次對(duì)礦物的組成、含量、嵌布關(guān)系、元素賦存特質(zhì)、有用組分的單體解離等方面進(jìn)一步了解，對(duì)于選礦原理、策劃科學(xué)的選礦方案、改進(jìn)選礦流程等可給出關(guān)鍵性的礦物學(xué)根據(jù)[5-6]。鞍千鐵礦石是我國重要的鐵礦資源，但隨著近十幾年開采深度的逐漸加大，礦石性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生較大變化，目前選廠的工藝流程并不能很好的適應(yīng)現(xiàn)在新開采的礦石性質(zhì)，因此有必要對(duì)目前新開采入選礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，重新認(rèn)識(shí)礦石組成和構(gòu)造，進(jìn)而有針對(duì)性的設(shè)計(jì)相應(yīng)的分選工藝流程以及對(duì)現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行改造，對(duì)鞍山式鐵礦石的分選也有一定的借鑒價(jià)值。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石化學(xué)多元素分析

對(duì)礦石進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

表1 礦石化學(xué)成分分析/%Table 1 Analysis of chemical composition of ore

由表1 可知，礦石TFe 品位為29.25%，F(xiàn)eO含量為10.93%，磁性率為37.36%；主要脈石元素SiO2，其次CaO、MgO、Al2O3，有害元素S、P的含量較少。據(jù)此可初步確定主要脈石礦物為石英和鈣、鎂閃石。

1.2 礦石鐵物相分析

礦石中鐵物相分析結(jié)果見表2。

由表2 可知，該礦石試樣中大部分的鐵由磁鐵礦的形式賦存，其鐵的分布率達(dá)79.02%，是首要的回收目標(biāo)；赤（褐）鐵礦為次要回收礦物，鐵的分布率為13.55%，磁鐵礦及赤褐鐵礦所含鐵的總分布率可達(dá)到92.57%，因此，磁鐵礦和赤（褐）鐵礦為該礦石試樣回收的主要目標(biāo)。

表2 鐵物相分析Table 2 Iron chemical phase analysis results of the ore

1.3 礦石的礦物組成

為進(jìn)一步驗(yàn)證礦石試樣中礦物的類別，運(yùn)用X 射線衍射分析對(duì)礦樣的礦物構(gòu)成進(jìn)行探討，XRD結(jié)果見圖1。借助光學(xué)顯微鏡對(duì)礦石的礦物構(gòu)成進(jìn)行探究，礦物組成及含量見表3。

圖1 礦石XRD 分析Fig.1 XRD analysis of the ore

表3 礦石中主要礦物組成及含量/%Table 3 Main minerals composition and contents of the ore

由圖1 可以看出，礦石中主要有用礦物為磁鐵礦，赤褐鐵礦含量較少，故未出現(xiàn)明顯的衍射峰，石英半峰寬較窄，峰形尖銳，為主要的脈石礦物，其次為鈣鎂閃石。

由表3 可知，礦石試樣的礦物構(gòu)成較為單一，鐵礦物總計(jì)占39.19%，其中鐵礦物大部分以磁鐵礦、赤鐵礦和褐鐵礦形式存在；非金屬礦物占比60.81%，主要包括石英、角閃石、輝石、絹云母、綠泥石，占比依次為45.44%、9.56%、1.52%、0.71%、0.54%，另有少量方解石、石灰石、白云石、菱鎂礦等碳酸鹽礦石。

2 礦石構(gòu)造和礦物結(jié)構(gòu)

礦石的構(gòu)造在選礦工藝中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。通常情況下，礦石的構(gòu)造大體可以解釋為礦物及其集合體在空間上散布的特質(zhì)，而結(jié)構(gòu)則大體可以解釋為礦物及集合體各自的形態(tài)特點(diǎn)[7]。

2.1 礦石構(gòu)造

2.1.1 浸染狀構(gòu)造

磁鐵礦和赤鐵礦在礦石試樣中表現(xiàn)為不規(guī)則的排列，脈石礦物中可見較多不同大小的顆粒浸染嵌布于內(nèi)，呈現(xiàn)出浸染狀結(jié)構(gòu)。

2.1.2 條紋狀構(gòu)造

局部磁鐵礦和赤鐵礦集合體與脈石礦物相間排布，且呈條紋狀存在于礦石試樣，形成條紋狀結(jié)構(gòu)。

2.2 礦物結(jié)構(gòu)

礦石中多種礦物顆粒本身的構(gòu)造特點(diǎn)在礦物的解離中發(fā)揮著各自重要的作用[7]，在這種礦石試樣中赤鐵礦大體體現(xiàn)為自形晶構(gòu)造，磁鐵礦大體體現(xiàn)為半自形晶構(gòu)造和兩種及兩種以上礦物間的交互構(gòu)造等。

2.2.1 自形晶結(jié)構(gòu)

磁鐵礦主要通過自形粒狀出現(xiàn)，赤鐵礦在礦石試樣中主要通過片狀、板狀出現(xiàn)，結(jié)晶形態(tài)相對(duì)更完整，形成自形晶結(jié)構(gòu)。

2.2.2 半自形晶結(jié)構(gòu)

局部磁鐵礦和赤鐵礦顆粒晶體形態(tài)并不完備，部分晶面維持較好，構(gòu)成半自形晶構(gòu)造。

2.2.3 交代結(jié)構(gòu)

赤鐵礦沿磁鐵礦的邊界和裂隙組成交代，使得磁鐵礦晶邊產(chǎn)生了凹陷，呈港灣狀結(jié)構(gòu)，組成交代構(gòu)造。

3 礦石中主要礦物的嵌布特征

3.1 磁鐵礦

磁鐵礦多數(shù)為自形、半自形粒狀，少數(shù)表現(xiàn)為粒狀集合體模式，表現(xiàn)為浸染或星散狀排布于脈石內(nèi)，粒度不一致，些許磁鐵礦集合體于脈石內(nèi)表現(xiàn)為條紋狀嵌布（見圖2（a）、圖2（b））。大部分磁鐵礦被赤鐵礦沿邊部、裂隙及內(nèi)部交替，形成不混溶連晶顆粒（見圖2（c）、圖2（d））。磁鐵礦及赤鐵礦嵌布交互同生，互為圍裹，同時(shí)浸染狀排布于脈石內(nèi)，少部分細(xì)粒赤鐵礦順邊界與磁鐵礦共生，些許赤鐵礦嵌布在磁鐵礦集合體內(nèi)（見圖2（c）、圖2（d））。褐鐵礦顆粒十分細(xì)小，部分褐鐵礦充填膠結(jié)于磁鐵礦間（見圖2（e））。磁鐵礦和黃鐵礦有十分緊密的相互嵌布關(guān)系，細(xì)粒黃鐵礦嵌布于磁鐵礦集合體中，同時(shí)在黃鐵礦晶粒中鑲嵌也有少量細(xì)粒磁鐵礦（見圖2（f））。部分粗粒磁鐵礦的裂隙和孔洞分布較廣泛，裂隙和孔洞中充填細(xì)脈狀、細(xì)粒狀的脈石礦物（見圖2（g）、圖2（h））。

圖2 磁鐵礦的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of magnetite

3.2 赤鐵礦

礦石試樣中的赤鐵礦含量稍低，含有原生赤鐵礦及次生赤鐵礦，原生赤鐵礦多數(shù)為自形-半自形的粒狀及粒狀集合體模式，少部分為自形的板狀、片狀或針狀，表現(xiàn)為星點(diǎn)狀排布于脈石內(nèi)，粒度不一致，些許赤鐵礦集合體及脈石礦物固定排序，表現(xiàn)為互相嵌布（見圖3（a）、圖3（b））。常見赤鐵礦和磁鐵礦顆粒相互嵌布共生，部分赤鐵礦呈條帶狀沿磁鐵礦邊緣嵌布，一起分布在脈石中（見圖2（c）、圖2（d））。次生赤鐵礦為磁鐵礦氧化蝕變產(chǎn)物，沿邊部、裂隙和內(nèi)部交替磁鐵礦，二者形成不混溶連晶顆粒（見圖3（c）、圖3（d））。些許礦石中的赤鐵礦由細(xì)脈狀褐鐵礦順著粒間填滿膠結(jié)，少數(shù)赤鐵礦圍裹于褐鐵礦內(nèi)（見圖2（e）、圖2（f））。

圖3 赤鐵礦的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of hematite

3.3 褐鐵礦

褐鐵礦在礦石中含量較少，主要以粒狀產(chǎn)出，且顆粒較細(xì)小，與磁鐵礦、赤鐵礦毗連共生（見圖4（a）），一些褐鐵礦以細(xì)脈狀的形式呈現(xiàn)，同時(shí)填充膠結(jié)于磁鐵礦及赤鐵礦粒間，細(xì)粒磁鐵礦及赤鐵礦圍裹于內(nèi)（見圖4（b））。

圖4 褐鐵礦的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of limonite

3.4 黃鐵礦

黃鐵礦含量較少，僅在部分標(biāo)本中觀測到。黃鐵礦以自形-半自形粒狀產(chǎn)出，常鑲嵌在赤鐵礦、磁鐵礦顆粒中（見圖2（f））。

3.5 石英

石英在礦石試樣中含量相對(duì)較高，粒度相對(duì)細(xì)密，大部分為自形粒狀集合體。石英集合體內(nèi)常嵌布角閃石及輝石等硅酸鹽礦物（見圖6（a）、圖7），粒間常填充形狀不規(guī)則的碳酸鹽礦物，少數(shù)細(xì)粒石英嵌布于碳酸鹽礦物內(nèi)（見圖5（a）、圖5（b））。

圖5 石英的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of quartz

3.6 角閃石

角閃石以長柱狀產(chǎn)出，粒度細(xì)小，較分散分布在石英集合體中，且多呈定向排列（見圖6（a）、圖6（b）），部分角閃石穿插在碳酸鹽礦物和絹云母中（見圖6（c）、圖6（d））。

圖6 角閃石的嵌布特征Fig.6 Dissemination characteristics of hornblende

3.7 碳酸鹽礦物

碳酸鹽礦物在礦石試樣中含量較少，粒度分布不均勻，主要以不規(guī)則狀產(chǎn)出，部分包含細(xì)粒石英和角閃石，少數(shù)碳酸鹽礦物及絹云母緊密同生（見圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）、圖6（d））。

3.8 輝石

輝石在礦石試樣中含量較少，主要以板狀、柱狀產(chǎn)出，粒度相對(duì)較細(xì)小，于石英集合體中分散嵌布，石英、角閃石、輝石三種礦物常常相互嵌布共生（見圖7）。

圖7 輝石產(chǎn)出特征Fig.7 Dissemination characteristics of pyroxene

3.9 絹云母

絹云母集中產(chǎn)于少量圍巖中，與碳酸鹽礦物有密切的伴生關(guān)系，內(nèi)部穿插有部分角閃石（見圖6（d））。

4 主要礦物浸染粒度

礦物浸染粒度對(duì)選礦工藝流程的確定有十分重大的影響。礦石中主要回收礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，分別對(duì)其嵌布粒度進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

表4 粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 4 Grain dissemination results

由表4 可知，磁鐵礦+0.075 mm粒級(jí)中的分布率占比 59.63%，? 0.038 mm 1 2.91%，因此磁鐵礦的粒度分布不均，粒度大多數(shù)為中粒嵌布。

赤鐵礦+0.075 mm 40.39%，? 0.038 mm粒級(jí)29.35%，因此赤鐵礦的粒度分布不均，粒度相比于磁鐵礦更細(xì)小，于細(xì)粒級(jí)中分布率較高。

參考礦物浸染粒度分析發(fā)現(xiàn)，該礦石中磁鐵礦及赤鐵礦的粒度分布不均，可運(yùn)用階段磨礦、階段磁選選別的工藝。

鞍千礦在早期主要為貧赤鐵礦石，磁性率較低，主要含鐵組分為赤、褐鐵礦，F(xiàn)eO 含量1.62%，磁性率僅為6.79%[10]。本文經(jīng)過上述工藝礦物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，目前鞍千礦主要含鐵組分為磁鐵礦，且礦石磁性率高達(dá)37.36%，這主要是因?yàn)殡S著礦山開采的逐漸深入，礦石性質(zhì)發(fā)生變化，F(xiàn)eO 含量逐漸增大，磁鐵礦含量也隨之增加。

5 結(jié)論

（1）鞍千礦中的金屬礦物主要為磁鐵礦，其次是赤鐵礦，非金屬礦物主要是石英和角閃石。

（2）礦石中磁鐵礦和赤鐵礦主要為浸染狀排布于脈石內(nèi)，二者間的嵌布關(guān)系緊密，交互嵌布，二者互含現(xiàn)象普遍，大多數(shù)為磁鐵礦由赤鐵礦替換，二者混合成不混溶顆粒，所以磁鐵礦與赤鐵礦間無法解離充分。部分磁鐵礦與黃鐵礦相互嵌布關(guān)系復(fù)雜，彼此之間若不進(jìn)一步解離，將嚴(yán)重影響鐵的回收。

（3）有用礦物的粒度分布不均勻，可選擇多段磨礦。微細(xì)粒赤鐵礦（?0.038 mm）含量較高，難以從脈石中解離出來，易損失于尾礦中。

（4）依據(jù)工藝礦物學(xué)研究的結(jié)果，選用磨礦-磁選流程可將大部分磁鐵礦回收，但部分細(xì)粒級(jí)赤鐵礦采用傳統(tǒng)工藝難以分選到較高品位。