研山鐵礦石工藝礦物學研究

韓秀麗 張 韓 劉麗娜 劉 磊 潘苗苗 張龍飛

(1.河北聯合大學礦業工程學院;2.河北省礦業開發與安全技術實驗室)

研山鐵礦區地處河北灤縣，屬司家營鐵礦二期采選工程項目，是冀東鐵礦區的重要組成部分。司家營鐵礦床屬于鞍山式沉積變質鐵礦床，礦體南北10 km，以S6勘探線為界被分為南北兩區，南區資源儲量為14.65億t，北區資源儲量為8.83億t。研山鐵礦屬于北礦區，又分為東、西兩部分，全部采用露天開采方式開采。隨著二期工程的建成投產，司家營鐵礦已成為目前亞洲最大鐵礦［1］。但二期工程礦石性質與一期工程礦石性質存在差異［2-5］，導致選礦生產指標波動較大，達不到設計目標。本課題對研山鐵礦石進行礦物工藝學研究，旨在為司家營鐵礦二期工程選礦指標的優化提供基礎依據。

1 礦區地質概況

研山鐵礦位于新河復式背斜坡西翼、司家營復式向斜東翼，出露地層以太古界、元古界和第四系為主。太古界地層構成本區古老的結晶基底，主要由一套變質程度較淺，巖性較簡單的變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。第四系地層分布廣泛，占礦區面積(10 km2)的70%以上;地表出露以亞砂土為主，次為坡積物、殘積物;地層走向近南北，傾向西，傾角40°°～50°，礦體內小型褶皺發育。區內斷裂構造較發育，主要有北北東向、北北西向和近東西向3組。區內尚未發現大規模的侵入巖體，僅在個別鉆孔中見有產狀不清、厚度較大的黑云霓輝正長巖。除此之外，還有一些中基性脈巖－變質輝長巖脈等［6］。

2 礦石物質組成

2.1 礦石化學組成

對東、西部混合礦石進行化學多元素分析，結果如表1所示。可見，礦石的鐵品位達到工業指標，硫、磷含量較低，脈石以硅酸鹽為主。

表1 原礦化學多元素分析結果 %

分別取東、西部礦石樣品送河北地礦局第二地質大隊進行鐵的化學物相分析，結果見表2和表3。

表2 東、西部礦石鐵物相分析結果 %

從表2可以看出，東、西部礦石的鐵品位都在22%左右，碳酸鐵和硫化鐵所占比例都較小，但磁性鐵和赤(褐)鐵的分布率相差較大:東部礦石分別為32.7%和53.52%，而西部礦石分別為10.68%和78.01%。此外，東、西部礦石分別有10.93%和8.41%的鐵以硅酸鐵形式存在，將使鐵回收率受到一定影響。

由于東、西部礦石中磁鐵礦和赤(褐)鐵礦的比例存在較大差異，因此選礦廠應做好配礦工作，以穩定入選礦石中東、西部礦石的比例。

2.2 礦石中礦物組成

在Axioskop 40型偏/反兩用顯微鏡下觀察，東、西部礦石的礦物組成都較簡單:鐵礦物都以赤鐵礦為主，其次為磁鐵礦，有少量到微量褐鐵礦和黃鐵礦，這與鐵物相分析結果一致;脈石礦物主要為石英，含量在65%左右，其次為長石、方解石、綠泥石，有微量角閃石。

3 礦石結構構造

礦石以中細粒變晶結構和交代結構為主，伴有包含變晶結構。

中細粒變晶結構中赤鐵礦主要呈半自形晶到他形晶鑲嵌于石英顆粒中(圖1)，礦物顆粒具有明顯的定向排列特征(圖2、圖3)。

圖1 赤鐵礦鑲嵌于石英顆粒中

圖2 脈石礦物定向排列

圖3 赤鐵礦定向排列

交代結構大多表現為假象赤鐵礦對磁鐵礦的不完全交代，個別表現為全部交代，只保留有磁鐵礦的晶形(圖4)。

圖4 假象赤鐵礦交代磁鐵礦

包含變晶結構中的鐵礦物粒度很細，多數被包裹在他形石英顆粒中。

礦石構造主要是條帶狀構造和揉皺構造。

條帶狀構造中鐵礦物條帶與脈石礦物條帶相間排列(圖5)，由于部分礦石中脈石礦物條帶較寬，初步可判斷礦石礦物含量較少。

圖5 條帶狀構造

揉皺構造主要為鐵礦物條帶和脈石礦物條帶的規則彎曲(圖6)。

圖6 揉皺構造

4 主要礦物賦存特征

(1)赤鐵礦。赤鐵礦是礦石中主要的含鐵礦物，顆粒主要呈半自形晶至他形晶，部分呈磁鐵礦的假象和半假象。赤鐵礦分布不均勻，嵌布粒度大小不一，一般0.02～0.1 mm，以細粒級為主。細粒赤鐵礦多包裹于脈石礦物中(圖7);個別樣品中赤鐵礦粒度相對較粗，與石英、長石等脈石礦物多呈不規則毗連或包裹有不規則脈石礦物顆粒(圖8)。

圖7 細粒赤鐵礦包裹于石英中

圖8 石英包裹于粗粒赤鐵礦中

(2)磁鐵礦。磁鐵礦含量較少(個別樣品中磁鐵礦含量相對較高)，主要呈自形晶，部分被赤鐵礦化。磁鐵礦除了少數呈細小的單個顆粒外，多數粒度相對較大，一般為0.05～0.20 mm，與石英主要呈規則毗連。

(3)褐鐵礦。褐鐵礦含量很少，一般呈星點狀，部分晶形較好，嵌布粒度以細粒為主，一般為0.02～0.06 mm。

(4)黃鐵礦。黃鐵礦僅在個別礦塊中出現，主要呈浸染狀分布在石英中，晶型不規則(圖9)。

圖9 不規則晶形的黃鐵礦

(5)石英。石英為主要脈石礦物，多呈他形粒狀，嵌布粒度大小不一，以粗粒為主，一般0.1～0.5 mm，最小0.05 mm，最大達2 mm以上。

(6)長石。長石多出現在細條帶里，少數長石分散于石英和方解石顆粒之間。晶形較完好，聚片雙晶和格子雙晶比較常見。

(7)方解石。方解石主要呈脈狀充填狀，晶體粗大，部分達到6 mm以上。

從整體上看，主要鐵礦物赤鐵礦多屬于細粒包裹型，但主要脈石礦物石英的粒度較粗，因此宜采用階段磨選工藝，即在較粗磨礦細度下先拋棄大部分石英。

5 鐵礦物粒度特性

5.1 鐵礦物嵌布粒度

運用過尺線測法［7］測定東、西部代表性礦石薄片中鐵礦物的嵌布粒度，結果如圖10所示。

圖10 東、西部礦石鐵礦物粒度分布

由圖10可以看出:東部礦石鐵礦物主要分布在0.02～0.16 mm，其中40.02%的鐵礦物嵌布粒度為0.04～0.08 mm，68.68%的鐵礦物嵌布粒度小于0.08 mm，7.51%的鐵礦物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度為0.083 mm;西部礦石鐵礦物的嵌布粒度相對比較均勻，其中30.27%的鐵礦物嵌布粒度為0.04～0.08 mm，63.30%的鐵礦物嵌布粒度小于0.08 mm，13.76%的鐵礦物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度為0.088 mm。總體來看，礦石中鐵礦物嵌布粒度較細，應細磨。

5.2 鐵礦物解離性能

將東、西部礦石分別破碎、磨細至－200目占65%、75%、85%、95%后進行鐵礦物單體解離度測定，結果見表3;對－200目占75%的磨礦產品進行各粒級鐵礦物單體解離度測定，結果見表4。離性能是不一樣的，這從另一個方面說明了做好入選礦石配礦工作的必要性。

6 結論

表3 不同細度磨礦產品的鐵礦物單體解離度 %

(1)研山鐵礦石屬于低品位赤鐵礦－磁鐵礦混合礦石，鐵品位在22%左右，但東、西部礦石中赤(褐)鐵礦和磁鐵礦的比例相差較大，東部礦石分布于赤(褐)鐵礦和磁鐵礦中的鐵分別占53.52%和32.7%，而西部礦石分布于赤(褐)鐵礦和磁鐵礦中的鐵分別占78.01%和10.68%。

(2)研山鐵礦石中鐵礦物嵌布粒度較細，東、西部礦石鐵礦物的平均嵌布粒度分別為0.083 mm和0.088 mm，但主要脈石礦物石英粒度較粗。

(3)由于鐵礦物嵌布粒度較細，因此須在較高的磨礦細度下才能達到較好的單體解離，且東、西部礦石中鐵礦物的單體解離性能不一致。

(4)根據以上研究結果，研山鐵礦要改善選礦指標主要應從以下兩方面著手:一是做好東、西部礦石的配礦工作，以保證入選礦石性質的穩定;二是優化磨礦工藝，既使石英等脈石礦物得到盡早拋棄，又使鐵礦物能較充分地單體解離。

表4 －200目75%磨礦產品各粒級鐵礦物單體解離度

表3表明，雖然隨磨礦細度的變細，鐵礦物的單體解離度逐漸提高，但磨礦細度為－200目占95%時，東、西部礦石中鐵礦物的單體解離度只有81.97%和80.21%;表4表明，東、西部礦石中 －0.03 mm粒級的鐵礦物單體解離度才能達到92.70%和91.39%。這與上述主要礦物的賦存特征和鐵礦物的嵌布粒度分析結果相符。

從表3還可以看出，東、西部礦石中鐵礦物的解

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