阿爾及利亞某高磷鮞狀赤鐵礦工藝礦物學研究①

劉東泉， 李文博， 韓躍新， 李艷軍， 劉 杰

（東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110819）

鮞狀赤鐵礦是一種以鮞狀集合體形式存在的沉積型鐵礦資源，其特點是物質組成復雜、嵌布粒度細，有用礦物與脈石礦物層層包裹，呈同心環帶狀結構［1-2］。部分該類型礦石還具有磷含量高（0.4%～1.8%）的特點，稱為高磷鮞狀赤鐵礦［3］。 由于世界范圍內富鐵礦和易選的貧鐵礦資源日益減少，同時世界各國對鋼鐵的需求卻越來越旺盛，因此開發以高磷鮞狀赤鐵礦為代表的難選鐵礦資源迫在眉睫。 該類礦石在我國儲量可觀，分布地區廣泛，典型的如寧鄉式鮞狀赤鐵礦，已探明儲量達37.2 億噸，預測遠景儲量超過100 億噸，而國外同樣資源儲量巨大且分布不均，僅歐洲中部法、德等國、美國、澳大利亞、哈薩克斯坦、尼日利亞和阿爾及利亞等國境內儲量就達到數百億噸［4-5］。 但國內外對于礦石中主要有害元素磷的脫除方法尚無一致定論，而磷含量高極易導致鋼材發生“冷脆”現象［5］，所以探明鐵、磷等主要元素的賦存狀態對于高磷鮞狀赤鐵礦的大規模利用具有重要作用。

系統的工藝礦物學研究可以探明礦石中元素的賦存狀態及鑲嵌關系，對于礦石高效分選利用具有重要的指導意義，本文研究礦石來源于阿爾及利亞某高磷鮞狀赤鐵礦（磷含量在0.4%～1.2%之間），借助X 射線熒光光譜、X 射線衍射、掃描電子顯微鏡、MLA 自動礦物分析等分析手段，進行了化學組成、礦物組成、礦石結構構造和主要礦物嵌布特征等方面的研究，為后續的選別工作奠定了良好基礎［6-9］。

1 礦石化學元素分析

為確定原礦樣品中各元素的含量，采用化學分析法與X 射線熒光光譜分析法對其進行了化學組成分析，結果見表1。

表1 原礦化學多元素分析結果（質量分數）/%

分析結果表明，礦石中主要的金屬元素為Fe；主要雜質成分為SiO2；有害元素P 含量較高，S、As 含量相對較低。

鐵是礦石樣品中的主要元素，同時也是主要的回收成分，為了確定鐵的賦存狀態，對其進行了鐵化學物相分析，結果見表2。 礦石中的鐵主要以磁性鐵中鐵的形式存在，其次是赤褐鐵礦中鐵，再次是碳酸鐵中鐵，剩余極少量的鐵分布在硫化鐵和硅酸鐵中。

表2 原礦鐵物相分析結果

2 礦物組成分析

為確定礦石中的礦物組成，采用顯微鏡鏡下鑒定、X 射線衍射分析以及自動礦物分析（MLA）等分析檢測手段，重點查明鐵和磷的元素賦存狀態，并考察礦物間共伴生情況。

礦石X 射線衍射分析結果見圖1。 礦石中主要鐵礦物為赤鐵礦和磁赤鐵礦，其次為褐鐵礦（包含針鐵礦）和磁鐵礦，非金屬礦物主要為鮞綠泥石、磷灰石等。

圖1 原礦X 射線衍射分析結果

礦石MLA 檢測結果見表3。 可見礦石中鐵主要賦存礦物為赤鐵礦和磁赤鐵礦，其次為磁鐵礦和褐鐵礦，黃鐵礦與鈦鐵礦相對較少。 脈石礦物中鮞綠泥石含量最多，磷灰石作為磷的主要賦存礦物，獨居石極少見。 金屬硫化物很少，偶見黃鐵礦、閃鋅礦。 其他脈石礦物有石英、鐵白云石、高嶺石、方解石、鋯石、重晶石、斜長石等。

表3 礦物組成及含量（質量分數）/%

3 礦石結構構造

礦石顯微鏡圖像如圖2 所示。 由圖2 可見，該礦石樣品為鮞狀赤鐵礦礦石，具自形-半自形結構、鮞狀結構、碎屑結構，部分赤鐵礦呈自形粒狀分布，在礦石中自形程度較好，與其他礦物有明顯分界面，部分赤鐵礦與綠泥石等礦物鑲嵌在一起，不具完整界面。 鮞粒多為球狀、橢球狀、長條狀等形態，赤鐵礦、褐鐵礦、鐵綠泥石、磷灰石及石英等成分交互生長，粒度大小介于0.1～0.4 mm。 膠結物則以褐鐵礦和鐵綠泥石為主，其次為碳酸鹽礦物，高嶺石等。 礦石呈角礫狀構造、塊狀構造，部分赤鐵礦呈致密塊狀，亦有部分赤鐵礦片理不佳，綠泥石、碳酸鹽礦物等沿其破碎裂隙貫入，形成角礫狀構造。

圖2 礦石顯微鏡圖像

4 礦石中主要礦物的嵌布特征

4.1 鐵礦物嵌布特征

赤鐵礦和褐鐵礦主要由以下3 種形式產出：①鮞狀赤褐鐵礦，以赤鐵礦為主，赤鐵礦主要與鐵綠泥石形成鮞粒，其次與磷灰石、石英、碳酸鹽礦物等形成部分鮞粒。 大部分褐鐵礦呈鮞粒內核，較為致密，被鐵綠泥石包裹，部分與鐵綠泥石呈同心層狀交互，構成具明顯鮞粒環帶的結構，鮞粒環帶數量不等，各環厚度不一，疏密相間，也有小部分褐鐵礦以包殼形式呈現，包裹鐵綠泥石、磷灰石、石英及碳酸鹽礦物等形成鮞粒。 部分褐鐵礦相對疏松，呈細放射狀、針柱狀、球粒狀及其集合體，在其外圈形成不均勻的磁鐵礦薄層；②以膠結物形式位于鮞粒或巖屑之間，分布于鐵綠泥石、碳酸鹽礦物為主的膠結物中；③以微細粒形式浸染于巖屑或角礫中，集合體粒徑多小于0.04 mm。 赤鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦的嵌布特征圖像如圖3 所示。

圖3 赤鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦的嵌布特征圖像

磁鐵礦能譜檢測結果見表4。 由表4 可見，磁鐵礦化學成分變化較大，Fe 含量65.11%～72.63%，平均含鐵67.75%，其次主要含磷、硅、鋁、鉻等雜質。

表4 磁鐵礦能譜檢測結果

結合掃描電鏡觀測結果，可推測鐵含量高低與磁鐵礦產出形式有密切關系：①表4 中測點1 ～5，Fe 含量65.11%～65.72%，氧含量相對較高，根據圖3（e）、（g）結果，這部分磁鐵礦主要圍繞褐鐵礦鮞粒形成一薄圈層，呈鮞粒外殼，或者不均勻、無規律地嵌布于褐鐵礦、鮞綠泥石鮞粒周圍或附近，有的保留半自形晶形，粒度均較細，大部分小于0.02 mm。 這種磁鐵礦可能形成相對較晚，與褐鐵礦關系密切，且含磷；②測點6～8，Fe含量70.23%～72.63%，氧含量相對較低，不含磷。

4.2 鮞綠泥石嵌布特征

鮞綠泥石的能譜檢測結果見表5。 由表5 可見，鮞綠泥石普遍含鐵量較高，約為31%左右，表明其與赤鐵礦和褐鐵礦等鐵礦物結合較為緊密。 結合圖2 可知，鮞綠泥石主要以膠結物形式存在，呈細鱗片狀、細纖維狀及其集合體，與碳酸鹽礦物等位于褐鐵礦鮞?；驇r屑之間；其次由圖3（a）、（c）、（d）可知，鮞綠泥石與赤鐵礦形成同心層、交互層狀鮞粒，或呈鮞粒內核，或呈包殼外層。

表5 鮞綠泥石能譜檢測結果

4.3 磷灰石嵌布特征

磷灰石主要有兩種產出形式：①呈鮞粒內核位于磁鐵礦包殼內，與其包裹連生形成鮞粒結構（見圖4（a））；也有的呈鮞粒外圈層包裹赤鐵礦，或與鐵綠泥石、褐鐵礦一起形成同心層狀鮞粒（見圖4（b）和（c））；②呈半自形-自形柱狀，無規律包裹于褐鐵礦顆粒中（見圖4（d））。

圖4 磷灰石嵌布特征圖像

5 對于選礦工藝的建議

除技術條件和設備以外，礦石性質可以說是影響并制約選礦工藝與流程制定的最根本因素，從微觀層面上了解礦石，尋找其固有特性，梳理其組成關系，對于各類礦石尤其是難選礦石的分選具有重要的指導意義。

工藝礦物學研究表明，該高磷鮞狀赤鐵礦礦石成分多樣，共生關系復雜，磷灰石與赤鐵礦等鐵的主要賦存礦物以多種形式相互結合，嵌鑲關系緊密且多樣，解離難度較大，因此需要細磨以促進解離。 同時主要礦物赤鐵礦、褐鐵礦、鮞綠泥石及磷灰石等嵌布粒度均較細，采用單一的傳統選礦方法和手段使該礦石得到合理分選的可行性較低，主要有害元素磷的脫除更是難以實現，因此應充分考慮并結合磁化焙燒、磁選、酸浸等工藝技術手段。

綜上所述，提出以下建議：①盡可能地優化磨礦工藝以促進解離；②高效利用各種提鐵降磷的有效手段并促其形成聯合工藝，同時在后續試驗基礎上確立合理的選礦工藝指標，以期達到理想的選別效果。

6 結 論

1） 該高磷鮞狀赤鐵礦礦石組成較為復雜，礦物種類繁多，主要有用礦物為赤鐵礦、磁赤鐵礦和磁鐵礦，脈石礦物為鮞綠泥石、磷灰石。 鐵主要賦存于赤鐵礦和磁赤鐵礦中，少量賦存于褐鐵礦、磁鐵礦中，主要有害元素磷大部分賦存于磷灰石中，極少量賦存于獨居石中。 金屬硫化物很少，偶見黃鐵礦、閃鋅礦等。

2） 該礦石結構主要為自形-半自形結構、鮞狀結構和碎屑結構，或呈自形粒狀分布，或為半自形結構，不具完整晶面，鮞粒多為球狀、橢球狀、長條狀等形態，主要由赤褐鐵礦與綠泥石、磷灰石、石英等結合而成，粒度介于0.1 ～0.4 mm 之間，膠結物則以褐鐵礦和鐵綠泥石為主。 在構造方面礦石主要呈角礫狀構造與塊狀構造。

3） 礦石中主要礦物嵌布粒度均較細，不利于有用礦物與脈石礦物的充分解離，增加了選別難度。 赤鐵礦和褐鐵礦主要以鮞狀、膠結物以及微細粒形式存在，與鐵綠泥石、磷灰石、石英及碳酸鹽礦物等密切結合。磁鐵礦含鐵量差異較大，平均含鐵67%左右，其次含磷、硅、鋁、鉻等雜質。 鮞綠泥石主要以膠結物形式存在，呈細鱗片狀、細纖維狀及其集合體，其次以鮞粒形式存在。 磷灰石主要與褐鐵礦、鐵綠泥石等結合形成鮞粒結構，部分呈半自形-自形柱狀，無規律包裹于褐鐵礦顆粒中。

4） 該礦石采用單一的傳統選礦方法難以實現有用礦物與脈石礦物的有效分離，從而難以實現鐵元素的富集和磷元素的有效脫除，應結合焙燒、酸浸等方法形成聯合工藝，達到綜合有效回收利用的目的。