云南惠民鐵礦原生礦工藝礦物學(xué)研究

卞孝東,馬 馳,王守敬

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所,河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

惠民鐵礦區(qū)位于云南省普洱市瀾滄縣惠民鄉(xiāng)，該礦床屬于海相火山-沉積型鐵礦床，產(chǎn)于新元古界瀾滄群惠民組。惠民組以中-基性火山巖和鐵礦層為主，區(qū)內(nèi)共有鐵礦體34個，其中Ⅳ、Ⅱ2、Ⅱ1為主要礦體，占總儲量73.3％。礦體呈似層狀、層狀產(chǎn)出，礦石物質(zhì)成分復(fù)雜， 礦石主要構(gòu)造有條紋條帶狀、塊狀、角礫狀、浸染狀和流紋狀等。礦區(qū)經(jīng)詳細(xì)普查,已探明鐵礦石量21.89億t,平均品位30％ 左右,達(dá)超大型鐵礦床規(guī)模。惠民鐵礦礦石類型較復(fù)雜,以褐鐵礦礦石、菱鐵礦石、菱鐵磁鐵礦石、硅質(zhì)菱鐵礦石、綠泥菱鐵礦石、鐵蛇紋菱鐵礦石為常見,其中原生礦石占84％ ,具有硅高、硫高、磷高、品位低、粒度細(xì)等特點，屬難選用礦石。礦石自然類型主要有菱鐵磁鐵礦石、菱鐵礦石,其次為硅質(zhì)菱鐵礦石、綠泥菱鐵礦石、鐵蛇紋菱鐵礦石,分別占總儲量的24.4％ 、40％、15％、15％ 和4％[1-2]。云南惠民鐵礦儲量多，埋藏淺，易于開采。但由于礦石品位低，粒度細(xì)，組分復(fù)雜，磷含量高，十分難選，長期以來一直沒有開發(fā)利用[3]。本文對該礦的工藝礦物學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，旨在為該礦的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 礦石的化學(xué)成分和礦物組成

對原礦樣品進(jìn)行化學(xué)多項分析和物相分析，分析結(jié)果見表1、表2。礦石的主要礦物含量見表3。

表1 原生礦原礦化學(xué)多項分析結(jié)果/％

表2 原生礦的鐵物相分析結(jié)果

表3 原生礦的主要礦物含量

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1) 礦石的構(gòu)造。塊狀構(gòu)造：塊狀的菱鐵礦-磁鐵礦礦石均由泥晶狀菱鐵礦和磁鐵礦組成，礦石具層狀、碎裂狀。條紋條帶狀構(gòu)造：磁鐵礦呈稠密條帶浸染狀分布，也可見綠泥石-石英和磁鐵礦相對聚集形成條帶狀構(gòu)造。浸染狀構(gòu)造：菱鐵礦粒間多有石英分布，形成浸染狀構(gòu)造，部分磁鐵礦和黃鐵礦也呈浸染狀分布。

2) 礦石的結(jié)構(gòu)。碎裂結(jié)構(gòu)：大部分的磁鐵礦多發(fā)生碎裂，形成碎裂結(jié)構(gòu)。泥晶結(jié)構(gòu)：菱鐵礦結(jié)晶粒度微細(xì)，呈泥晶結(jié)構(gòu)。鱗片狀結(jié)構(gòu)：綠泥石常呈鱗片狀集合體的形式出現(xiàn)。顯微球粒結(jié)構(gòu)：球粒為細(xì)粒的菱鐵礦的集合體組成，多呈圓形、橢圓形，球粒間多充填綠泥石、石英和膠磷礦。

3 主要礦物的嵌布特征和粒度分析

1) 菱鐵礦：菱鐵礦為主要的礦石礦物之一，常呈泥晶狀、粉晶狀、針狀、長條狀，多與磁鐵礦、綠泥石、石英、黑硬綠泥石混雜共生。菱鐵礦主要分為兩類，一種是原生沉積形成泥晶狀、球粒狀的菱鐵礦，這種菱鐵礦多與石英、綠泥石密切共生，這些脈石礦物多粒度很細(xì)，而且二者之間的接觸界限多為不規(guī)則狀，不利于單體解離；另一種是與石英形成石英-菱鐵礦脈，這種菱鐵礦與石英接觸界限平直，易于解離。菱鐵礦的原生粒度統(tǒng)計結(jié)果見表4。從表4可以看出,菱鐵礦粒度多在0.038～0.01mm之間，平均粒度為0.03mm，+0.074mm僅占14.25％，菱鐵礦屬于細(xì)粒嵌布。

表4 原生礦主要礦物原生粒度統(tǒng)計結(jié)果/％

為了查清菱鐵礦的化學(xué)成分，挑選菱鐵礦單礦物做化學(xué)分析，其中含F(xiàn)e為37.39％，含P為0.077％。根據(jù)電子探針的分析結(jié)果(表5)，該菱鐵礦多含有一定量的Mg、Mn、Al、Si、Ca等雜質(zhì)元素，這些雜質(zhì)元素主要是以極細(xì)的機(jī)械混入物和類質(zhì)同象的形式存在。電子探針分析其中菱鐵礦磷的含量,平均P為0.017％，含F(xiàn)e38.29％。鐵的分析與單礦物分析相差不大，單礦物磷的含量較高,說明菱鐵礦中存在細(xì)粒的膠磷礦包體。

2) 磁鐵礦：磁鐵礦是選礦回收的主要對象之一，多呈自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，稠密浸染狀分布，多與與菱鐵礦、石英、綠泥石、黏土礦物混雜共生。磁鐵礦的粒度統(tǒng)計結(jié)果見表4，磁鐵礦粒度較細(xì)，平均粒度為0.012mm，+0.074mm僅占2.84％，屬于微細(xì)粒嵌布。部分磁鐵礦的原生粒度較粗，但是由于受后期的地質(zhì)作用影響，多發(fā)生碎裂，裂隙多被菱鐵礦和石英、綠泥石等脈石礦物充填，造成其粒度細(xì)化，這是磁鐵礦粒度較細(xì)的主要原因。大部分的磁鐵礦的邊緣發(fā)生不同程度的氧化，氧化為褐鐵礦，這也會增加選礦難度。

表5 菱鐵礦電子探針分析結(jié)果/％

注：本次分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所，下同。

人工挑選磁鐵礦單礦物分析其中TFe67.10％，含P為0.032％，說明磁鐵礦本身含磷較低。根據(jù)電子探針分析結(jié)果(表6)，該磁鐵礦多含有一定量的Mg、Al、Si等雜質(zhì)元素。

表6 磁鐵礦電子探針分析結(jié)果/％

3) 褐鐵礦：在礦石中含量約在21.7％，多為磁鐵礦氧化的產(chǎn)物，與磁鐵礦關(guān)系密切。挑選褐鐵礦的單礦物分析，褐鐵礦含TFe為46.28％，含P為0.55％。

4) 黃鐵礦：半自形-他形粒狀，浸染狀分布，或者細(xì)脈狀分布，粒度粗細(xì)不均，一般在0.01～0.15mm之間，多與磁鐵礦、菱鐵礦粒間。挑選黃鐵礦單礦物分析其中TFe44.62％。

5) 膠磷礦：多呈不規(guī)則狀、橢圓狀，隱晶質(zhì)，在正交鏡下膠磷礦表現(xiàn)為均質(zhì)體，混雜分布在菱鐵礦、磁鐵礦和石英粒間，粒度在0.001～0.15mm之間。從電子探針的分析結(jié)果(表7)來看，該膠磷礦含F(xiàn)eO一般在0.48％～2.44％之間，膠磷礦含有一定量的Al、Si、Fe等雜質(zhì)元素。

表7 膠磷礦電子探針分析結(jié)果/％

6) 石英：是最主要的脈石礦物，多為他形粒狀、細(xì)脈狀分布，粒度粗細(xì)不均，以細(xì)粒為主，一般多在0.02～0.2mm之間。根據(jù)電子探針的分析(表8)結(jié)果，石英中P2O5的含量在0.17％～0.83％之間，還含有少量的Fe、Al等元素。

7) 綠泥石：多為不規(guī)則狀，層紋狀分布，結(jié)晶粒度細(xì)小，多在0.01mm以下，混雜分布在菱鐵礦、磁鐵礦粒間，有些石英脈中也有分布。

表8 石英的電子探針分析結(jié)果

8) 黑硬綠泥石：多為片狀、針狀、束狀，粒度在0.005～0.03mm之間，與菱鐵礦、磁鐵礦混雜分布，少量粒度較粗呈細(xì)脈狀。

4 有益有害元素的賦存狀態(tài)

主要的含鐵礦物是菱鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦，還有硅酸鹽和黃鐵礦等，這些鐵礦之間相互混雜產(chǎn)出。膠磷礦與鐵礦物關(guān)系密切，而且膠磷礦的粒度很細(xì)，與含鐵礦物單體解離較為困難。

鐵和磷在各個礦物中的分布情況見表9。可以看出,采用磁化焙燒的話，鐵的最大理論回收率為92.75％，可以回收的礦物主要是菱鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦;采用弱磁+強(qiáng)磁的話，鐵的最大回收率為52.33％。磷元素主要賦存在膠磷礦中，但是多以細(xì)粒包體的形式存在褐鐵礦、菱鐵礦和磁鐵礦中。褐鐵礦中的P約占總磷的11.76％，所以褐鐵礦除磷相對較為困難，這一部分磷主要以微細(xì)粒包體和離子吸附的形式存在。

表9 原生礦中鐵、磷在各個礦物中的分布情況

注：*為礦物的成分為電子探針分析結(jié)果的平均值。

6 小結(jié)

1) 惠民鐵礦原生礦為高硫高磷混合型礦石，以菱鐵礦為主，其次為磁鐵礦和褐鐵礦，菱鐵礦的含量約為31.2％，磁鐵礦的含量約為7.9％，褐鐵礦的含量約為21.7％，脈石礦物主要是石英和綠泥石，其次是黑硬綠泥石和黏土礦物。

2) 原生礦中菱鐵礦主要以泥晶狀集合體產(chǎn)出，與綠泥石、石英混雜產(chǎn)出，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，菱鐵礦粒度多在0.038～0.01mm之間， +0.074mm僅占14.25％，菱鐵礦屬于細(xì)粒嵌布。磁鐵礦呈自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，稠密浸染狀分布，多與與菱鐵礦、石英、綠泥石、黏土礦物混雜共生。磁鐵礦+0.074mm僅占4.97％，屬于微細(xì)粒嵌布。大部分磁鐵礦發(fā)生碎裂，裂隙多被菱鐵礦和石英、綠泥石等脈石礦物充填，造成其粒度細(xì)化，這是磁鐵礦粒度較細(xì)的主要原因。大部分的磁鐵礦的邊緣發(fā)生不同程度的氧化，氧化為褐鐵礦，這也會增加選礦難度。

3) 礦石中S主要賦存在黃鐵礦中，P元素主要以膠磷礦的形式分布在菱鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦中，所以除P相對較為困難。這一部分磷主要以微細(xì)粒包裹體和離子吸附的形式存在。

4) 原生礦主要難選原因，為礦石鐵礦物種類復(fù)雜，嵌布粒度較細(xì)，嵌布關(guān)系復(fù)雜，菱鐵礦和磁鐵礦與石英、綠泥石等脈石礦物難于解離，膠磷礦與礦石鐵礦物關(guān)系密切，難于單體解離。

[1]馮本智,盧民杰.滇西惠民前寒武紀(jì)鐵礦床的形成條件[ J] .長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報,1982，10(2)：11-30.

[2]許東，尹光侯.滇西惠民式鐵礦找礦模型及預(yù)測[J]，地質(zhì)與勘探， 2010,46(5):765-776.

[3]李慧斌，王華，郈亞麗，等.富氧頂吹熔融還原冶煉高磷鐵礦與鈦鐵礦配礦的試驗研究[J].鋼鐵，2012, 47(1):19-23.