湖北某高硫鐵礦石工藝礦物學研究

李超前 李育彪 黃 雯 王忠紅 劉 曙 李萬青

(1.武鋼資源集團程潮礦業(yè)有限公司,湖北 鄂州 436000;2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430070;3.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院,湖北 武漢 430070)

鐵是世界上利用最廣、消耗量最大的一種重要金屬[1]。隨著科技進步和鋼鐵行業(yè)發(fā)展,我國對鐵礦石的需求量急劇上升[2],但我國鐵礦資源多而不富,以中低品位礦為主,礦石類型復雜,難選礦和多組分共生礦占比較大[3],絕大部分鐵礦石需經(jīng)過選礦工藝處理,才能達到鋼鐵冶煉原料要求[4-6]。因此,進行系統(tǒng)的工藝礦物學研究,選擇適合于貧、細、雜難選鐵礦石的高效選礦技術,提高鐵礦石品位,對國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[7-10]。

本研究鐵礦石取自湖北鄂州市境內,該地區(qū)鐵礦系大冶式熱液交代矽卡巖型磁鐵礦礦床,主要金屬礦物為磁鐵礦、黃鐵礦和黃銅礦[11]。礦石結構致密,礦物連生關系復雜,有用礦物嵌布粒度較細,有用礦物與脈石礦物分離較為困難[12-13]。隨著采礦作業(yè)向深部延伸,礦石中主要礦物的嵌布特性、工藝粒度、賦存狀態(tài)等工藝礦物學特性、可選性與選礦廠原處理礦石存在較大差異。為了高效開發(fā)利用該鐵礦,利用礦物自動定量分析系統(tǒng)(AMICS)[14-15]對礦石的工藝礦物學特征進行分析,為深部礦石入選后選礦廠生產(chǎn)指標的確定以及生產(chǎn)中選礦工藝參數(shù)的調整提供參考依據(jù),以便更好地指導生產(chǎn)。

1 礦石物質組成

1.1 礦石化學成分分析

湖北鄂州某鐵礦石化學成分分析結果見表1。

表1 礦石化學成分分析結果Table 1 Chemical composition analysis results of the ore %

由表1可知,礦石主要有價元素Fe品位為37.18%;礦石中Cu和S含量分別為0.01%和3.20%,具有回收價值;礦石中主要雜質元素Si、Ca和Al的含量分別為9.71%、9.41%和3.10%,合計為22.22%;有害元素P含量較低,僅為0.07%。

1.2 礦石礦物組成及含量

對礦石的礦物組成及含量進行分析,結果見表2。

表2 礦石礦物組成及含量Table 2 Mineral composition and content analysis results of the ore %

由表2可知,礦石中金屬礦物含量最高的為磁鐵礦(40.02%),其次為黃鐵礦,含量稍高,為3.22%,另含2.40%的赤鐵礦,其余金屬礦物含量較少,黃銅礦為0.03%;脈石礦物種類較多,主要為石榴石(16.00%)、鉀長石(7.20%)、石膏(6.18%)及方解石(4.50%)等,另含較多的綠泥石及石英等礦物。礦石中綠泥石和云母等層狀硅酸鹽礦物硬度低,在磨礦中容易形成細泥罩蓋在金屬礦物表面,對選別有不利影響。因此,選礦過程中需避免礦石過磨。

1.3 鐵、硫和銅的物相分析

為探明礦石中鐵、硫賦存狀態(tài),進行了鐵、硫化學物相分析,結果如表3、表4所示。

表3 礦石鐵物相分析結果Table 3 Iron phase analysis results of the ore %

表4 礦石硫物相分析結果Table 4 Sulfur phase analysis results of the ore %

由表3可知,鐵主要以磁鐵礦形式存在,分布率為81.84%;以硫化鐵、碳酸鐵、硅酸鐵和赤褐鐵礦等形式存在的鐵含量較少,分別為4.15%、4.50%、4.99%和4.52%。

由表4可知,硫的存在形式較簡單,硫化物中硫的分布率達52.82%,以硫酸鹽形式存在的硫含量也較高,達47.18%。

此外,礦石中銅主要以原生硫化銅形式存在,分布率為100%。

2 礦石結構及構造

2.1 礦石結構

礦石結構主要有粒狀結構、共邊結構、包含結構、殘余結構等。如金屬礦物中磁鐵礦,部分黃鐵礦、赤鐵礦及石榴石等和脈石礦物中大部分石膏、方解石與綠簾石等礦物呈自形或半自形粒狀結構。部分石膏、高嶺石、伊利石等呈現(xiàn)他形粒狀結構;黃鐵礦與黃銅礦共生,呈現(xiàn)共邊結構;粗粒磁鐵礦中包含黃鐵礦和少量黃銅礦,粗粒黃鐵礦中包含黃銅礦,呈現(xiàn)共邊結構;赤鐵礦殘余交代于磁鐵礦間隙或周邊,黃鐵礦殘余交代于磁鐵礦間隙或殘余交代于硬石膏和石榴石中或殘余交代黃銅礦邊緣。

2.2 礦石構造

礦石構造有塊狀構造、星點狀構造、浸染狀構造、細脈狀構造。塊狀構造:金屬礦物主要有磁鐵礦和黃鐵礦,脈石礦物主要有石膏、石榴石、長石、石英、綠泥石等。星點狀構造:主要是金屬礦物,包括黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。浸染狀構造:主要為磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦等含鐵礦物。細脈狀構造:金屬礦物包括黃鐵礦和赤鐵礦;脈石礦物包括方解石、鉀長石、硬石膏和綠泥石。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 磁鐵礦

磁鐵礦是礦石中最主要的含鐵目的礦物,主要有圖1所示的4種嵌布特征。大多數(shù)磁鐵礦呈自形、半自形團塊狀嵌布于脈石礦物中[圖1(a)],這部分磁鐵礦粒度粗,粒徑通常大于1 000 μm,能很好地解離;部分磁鐵礦呈他形晶粒,晶粒間隙中多見黃鐵礦[圖1(b)],磁鐵礦粒徑10～800 μm不等。部分細粒級的磁鐵礦呈浸染狀與脈石構成殘余環(huán)帶結構[圖1(c)],這些磁鐵礦粒度小于200 μm;此外,少量磁鐵礦呈半自形粒狀或溶蝕的圓粒狀分布,多被赤鐵礦沿邊緣、內部及裂隙交代[圖1(d)]。

圖1 磁鐵礦嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristics of magnetite

3.2 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中主要的含硫目的礦物,主要呈半自形、他形和不規(guī)則粒狀。部分黃鐵礦裂紋發(fā)育,呈鋸齒狀零星分布在磁鐵礦集合體中[圖1(b)]和硬石膏集合體中[圖2(a)],這部分黃鐵礦粒徑較粗,粒徑0.02～1.20 mm不等;部分黃鐵礦晶粒間隙中多見黃銅礦充填交代[圖2(b)],黃鐵礦粒徑0.02～1.20 mm不等。此外,還有部分黃鐵礦星散分布在脈石礦物中,大多被溶蝕呈篩孔狀,并被赤鐵礦包裹和交代,可聚集呈細脈狀沿裂隙分布[圖2(c)],粒徑0.02～4.00 mm不等。

圖2 黃鐵礦嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of pyrite

3.3 黃銅礦

黃銅礦是礦石中最主要的含銅目的礦物,通常呈不規(guī)則粒狀。大部分黃銅礦與黃鐵礦共生并填充在黃鐵礦晶粒間裂縫中[圖2(b)]或呈細?；蛉~片狀分布在黃鐵礦晶粒中[圖3(a)],粒度0.01～0.30 mm不等。部分黃銅礦填充在磁鐵礦晶粒間隙中[圖3(b)],黃銅礦周邊見赤鐵礦圍繞分布,粒徑0.01～0.40 mm之間。少量黃銅礦呈不連續(xù)細脈篩孔狀,零星填充分布在脈石礦物晶粒間隙中[圖3(c)],粒徑0.01～0.50 mm不等,最大0.80 mm左右。

3.4 主要脈石礦物

對礦石中與金屬礦物關系較為緊密的脈石礦物進行分析,可發(fā)現(xiàn)石榴石、石膏、方解石、綠泥石與磁鐵礦嵌布特征最為緊密。礦石中的石榴石(多為鈣鐵鋁榴石)呈粒狀發(fā)育,具有裂紋,晶粒間緊密接觸,且沿磁鐵礦晶粒邊緣均勻分布[圖4(a)],石榴石粒徑0.10～0.80 mm之間;部分石榴石縫隙間填充半自形或不規(guī)則團粒狀或細脈狀方解石(粒徑0.05～0.60 mm)。石膏主要呈半自形粗粒狀或不規(guī)則細粒狀沿磁鐵礦碎裂隙呈不連續(xù)細脈狀分布[圖4(b)],粒徑0.03～1.20 mm不等。而方解石呈半自形或不規(guī)則粒狀發(fā)育,呈團塊狀分布在磁鐵礦粒間以及裂隙中[圖4(b)(c)],粒徑0.05～1.50 mm不等。一些綠泥石呈不規(guī)則細粒集合體狀,多呈網(wǎng)狀沿磁鐵礦晶粒間或圍繞磁鐵礦晶粒分布[圖4(c)],粒徑0.01～0.06 mm之間。此外,部分石膏和方解石與黃鐵礦嵌布關系緊密。硬石膏呈半自形粗粒狀或不規(guī)則細粒集合體狀分布在黃鐵礦晶粒間隙中或充填在裂隙中[圖4(d)],可與方解石交生分布,硬石膏粒徑0.25～5.00 mm不等。方解石呈半自形或不規(guī)則細粒集合體多伴隨石膏填隙分布在黃鐵礦晶粒間隙中或裂隙中[圖4(d)],方解石粒徑0.03～0.50 mm不等。

4 礦物粒度分布

對礦石中主要礦物磁鐵礦、黃鐵礦、石榴石和石膏進行粒度分布分析,結果如表5所示。由表5可知:磁鐵礦結晶粒度較粗,分布極不均勻,主要分布在+0.075 μm粒級,占比72.47%,-0.038 μm粒級占比15.54%。黃鐵礦在+0.075 μm和-0.038 μm粒級占比分別為74.48%和13.62%,說明黃鐵礦粒度分布不均,以粗粒嵌布為主。脈石礦物中石榴石和石膏主要分布在+0.075 μm粒級,分別占比為65.39%和61.49%。-0.038 μm粒級的占比分別為18.08%和21.82%,為中粒嵌布分布。

表5 主要礦物粒度分布Table 5 Particle size distribution of major minerals %

5 選礦工藝推薦

由系統(tǒng)的工藝礦物學研究可知,應采用干式磁選對其進行預先拋尾,同時考慮到盡可能提高預先拋尾量,減少黏土類脈石礦物的干擾并簡化工藝流程,可使用高壓輥磨和磁選進一步拋除尾礦,從而獲得預選精礦[16]。經(jīng)過磨礦后,采用弱磁選進行選鐵,得到鐵精礦。另外,礦石中銅的物相單一,主要賦存在黃銅礦中;而硫和鈷主要存在于黃鐵礦中,可以考慮在弱磁選尾礦中分離浮選回收。因此推薦“干式磁選拋尾-磨礦-弱磁選選鐵-分離浮選銅硫”為該高硫鐵礦石的選礦工藝原則流程。

6 結 論

(1)湖北某鐵礦石鐵、銅和硫品位分別為37.18%、0.01%和3.20%,有害元素磷含量較低,品位為0.07%。含鐵礦物主要為磁鐵礦,分布率為81.84%,其他含鐵礦物含量較低;含硫礦物主要為黃鐵礦,分布率為52.81%,其次為石膏,分布率為47.18%;含銅礦物為黃銅礦,未見其他形式含銅礦物存在;主要脈石礦物為石榴石、鉀長石、石膏和方解石。

(2)礦石中磁鐵礦粒度分布不均,粗粒占大部分,主要呈自形、半自形、他形及殘余狀,黃鐵礦粒度也較粗,主要呈半自形、他形和不規(guī)則粒狀;黃銅礦粒度較細;主要脈石礦物石榴石和石膏的粒度比目的礦物稍細。礦石中有用礦物和脈石礦物的粒度差異表明,可通過預先拋尾工藝降低脈石礦物的含量。

(3)根據(jù)工藝礦物學分析,結合鐵礦選廠的工藝實際,以降低能耗、節(jié)約成本和提高回收率為目的,推薦“干式磁選拋尾-磨礦-弱磁選選鐵-分離浮選銅硫”的選礦工藝流程。