承德黑山鐵礦工藝礦物學研究

張?zhí)?劉立偉 王恬君 張 昆

（1.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司；2.華北理工大學礦業(yè)工程學院）

黑山鐵礦位于河北省承德市，屬于典型的大廟式鐵礦床，地處我國唯一的元古宙巖體型斜長巖，巖石類型齊全，由85%的謝長巖、11%的灰長巖和蘇長巖、4%的花崗巖、紋長二長巖組成，賦存豐富的釩鈦磁鐵礦-磷灰石礦床，是我北方著名的釩鈦基地［1-3］。釩鈦磁鐵礦儲量居全國第3位，僅次于四川攀枝花地區(qū)，其有價元素豐富，如鐵、釩、鈦和磷等，是世界公認的緊缺資源，開采加工利用價值極大［4］。通過對河北承德黑山鐵礦進行工藝礦物學研究，系統(tǒng)的分析黑山鐵礦的礦石特性，為高效綜合開發(fā)利用黑山鐵礦提供礦物學依據(jù)，對其有價元素的分選和現(xiàn)有鐵礦石處理工藝流程的改進提供工藝礦物學基礎(chǔ)。

1 黑山鐵礦化學組成

1.1 化學元素分析

將代表性鐵礦石碎磨至粒度小于0.075 mm，混勻縮分出50 g進行化學成分分析，結(jié)果見表1。

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由表1可知，該礦全鐵品位21.51%，F(xiàn)eO品位16.77%，TiO2品位4.71%，V2O5品位0.21%，SiO2含量35.39%，CaO含 量5.71%，其 有 害 元 素P2O5品 位0.23%。因為（ωCaO+ωMgO）/（ωSiO2+ωAl2O3）=0.18，所以礦石顯酸性。

1.2 化學物相分析

鐵礦中鐵元素主要以氧化物（如赤鐵礦、磁鐵礦、鮞狀赤鐵礦和鏡鐵礦等）、碳酸鹽（如菱鐵礦）、氫氧化物（針鐵礦和褐鐵礦等）和硫化物（如黃鐵礦和雌黃鐵礦）形式存在。鈦主要賦存于磁鐵礦（鈦磁鐵礦）、鈦鐵礦和金紅石中［5］。礦石鐵、鈦物相分析結(jié)果見表2、表3。

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由表2可知，黑山鐵礦中有70.98%的鐵富集在磁鐵礦和鈦鐵礦中，其中磁鐵礦中的鐵經(jīng)磨礦—磁選工藝即可回收，鐵礦物的理論回收率為61.73%；有9.25%的鐵分布于鈦鐵礦中，隨非磁性產(chǎn)品進入磁選尾礦中，這是黑山鐵礦鐵回收率低的主要原因之一。

由表3可知，黑山鐵礦有20.57%的鈦存在于磁性鐵中，這部分鈦不能通過碎磨工藝實現(xiàn)含鈦和含鐵礦物的單體解離，在磨礦—磁選工藝中伴隨磁性鐵礦物一同進入鐵精礦產(chǎn)品中，不能通過傳統(tǒng)的選礦工藝分離，這也是黑山鐵礦磁精礦品位偏低，含鈦量高的主要原因。黑山鐵礦的鈦主要賦存在鈦鐵礦中，鈦鐵礦在磨礦—磁選工藝中隨非磁性產(chǎn)品進入磁選尾礦中，鈦鐵礦可通過浮選進行回收，鈦的理論回收率為60.63%，另有9.93%的鈦存在于金紅石中。

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2 礦石的礦物組成及含量

將黑山鐵礦石通過光學顯微鏡用目測和計算的方法進行礦物統(tǒng)計，分析結(jié)果見表4。

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由表4可知，黑山鐵礦中的有價礦物主要為磁鐵礦和鈦鐵礦，含量分別為23.07%和4.65%，其余含鐵礦物由高到低分別為菱鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和黃鐵礦，因其含量較低，不具有回收價值。脈石礦物主要為斜長石和綠泥石，含量分別為38.57%和15.32%。有害元素磷主要賦存于磷灰石中，含量為1.34%，石英含量較低，僅為4.26%。

3 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 黑山鐵礦礦石構(gòu)造

黑山鐵礦礦石主要呈深灰黑色或暗綠黑色，極少部分呈灰白色或淺肉紅色，致密較堅硬，屬巖漿巖型含鈦磁鐵礦礦石，由于受后期熱液作用影響，蝕變現(xiàn)象強烈，礦石中的脈石礦物和礦石礦物均受到不同程度和形式的交代作用［6-7］。礦石中磁鐵礦和鈦鐵礦呈不均勻粒狀無規(guī)則排列于脈石礦物中，呈侵染狀構(gòu)造［8］。

3.2 黑山鐵礦礦石結(jié)構(gòu)

該礦石的結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、揉皺結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)等［9］。

（1）自形、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中部分磁鐵礦、鈦鐵礦和黃鐵礦結(jié)晶較好，呈自形、半自形晶粒狀（圖1）。

（2）他形晶粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中部分磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦呈不規(guī)則粒狀或集合體形態(tài)分布（圖2）。

（3）交代結(jié)構(gòu)。因黑山鐵礦石受蝕變作用的影響，交代結(jié)構(gòu)較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為脈石礦物間的交代，如絹（白）云母、碳酸鹽礦物、綠泥石、簾石等沿斜長石邊緣或雙晶縫進行交代，使得斜長石較臟濁或邊緣呈圓弧狀（圖3）；脈石礦物對金屬礦物的交代主要表現(xiàn)為綠泥石對磁鐵礦的交代，其中綠泥石沿磁鐵礦顆粒邊緣、顆粒裂隙或結(jié)晶方向進行交代，使得磁鐵礦顆粒邊緣成圓滑弧狀（圖4）。金屬礦物間的交代可見白鐵礦沿黃鐵礦邊緣進行浸蝕交代（圖5）。

（4）包含結(jié)構(gòu)。礦石中金屬礦物包含脈石礦物顆粒，如磁鐵礦中包含磷灰石（圖6）；一種金屬礦物包含另一種金屬礦物，如黃鐵礦中包含黃銅礦（圖7）；脈石礦物中包含有金屬礦物顆粒，如細小微粒狀的磁鐵礦或鈦鐵礦包于脈石礦物中（圖8、圖9）。

（5）壓碎結(jié)構(gòu)。磁鐵礦、鈦鐵礦或黃鐵礦受地質(zhì)應(yīng)力作用，發(fā)生碎裂并產(chǎn)生裂隙，但位移不大，可以拼接，沿裂隙多被綠泥石等脈石礦物充填（圖10）。

（6）揉皺結(jié)構(gòu)。礦石受應(yīng)力作用后，金屬礦物如磁鐵礦和鈦鐵礦產(chǎn)生塑性變形，并彎曲成微型褶曲（圖11）；脈石礦物如斜長石發(fā)生韌性變形，其聚片雙晶產(chǎn)生彎曲甚至斷裂（圖12）。

（7）固溶體分離結(jié)構(gòu)。多見于磁鐵礦中，鈦鐵礦呈細長的片晶或鈦鐵晶石呈極細的葉片狀在磁鐵礦中沿一定方向平行定向分布（圖13）。

（8）浸染狀構(gòu)造。在脈石礦物的基質(zhì)內(nèi)分布著磁鐵礦和鈦鐵礦等金屬礦物，其分布無方向性。當金屬礦物含量在5%～25%時，為稀疏浸染狀構(gòu)造；當金屬礦物含量在25～50%時，為稠密浸染狀構(gòu)造。

（9）塊狀構(gòu)造。礦石中的磁鐵礦和鈦鐵礦含量在50%以上，脈石礦物較少，金屬礦物彼此組成致密的集合體，彼此相連，分布無方向性。

4 主要礦物的產(chǎn)出特征

4.1 有價礦物

黑山鐵礦中主要有價礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦和磷灰石，其他有價礦物含量較少，可利用價值不大。

（1）磁鐵礦呈自形、他形晶粒狀，顯均質(zhì)性，顆粒內(nèi)裂隙、孔洞較發(fā)育，在其中常充填有脈石礦物，如綠泥石、碳酸鹽礦物或磷灰石等（圖4）。沿其結(jié)晶方向{111}和{100}常見鈦鐵礦或鈦鐵晶石的固溶體分離呈格子狀、細片狀或葉片狀分布，多數(shù)為粗大的顆粒，呈單顆粒或集合體分布，大小為1～20 mm（圖14）。極少數(shù)粒度細小，為脈石礦物蝕變后析出或強烈交代磁鐵礦后的殘留，粒度為0.01～0.2 mm（圖8）。

（2）鈦鐵礦具顯著非均質(zhì)性，按其形態(tài)、大小和分布狀態(tài)可分為3種，其一呈半自形、他形粒狀或板狀晶體，以單顆?；蚣象w形式出現(xiàn)，大小在0.2～5 mm，這類鈦鐵礦常與磁鐵礦緊密連生或沿磁鐵礦邊緣環(huán)繞分布（圖10）；其二呈片晶狀出溶于磁鐵礦中，構(gòu)成固溶體分離結(jié)構(gòu)，片晶呈長板條狀，長度多在0.4～6 mm，寬度較大的在0.04～0.2 mm，寬度較小的在0.01～0.001 mm，這種較細小的片晶狀鈦鐵礦不易與磁鐵礦分離（圖14）；其三呈細小他形粒狀，分布于脈石礦物中，此類鈦鐵礦多為脈石礦物蝕變過程中析出或交代后的殘留（圖9）。

（3）黃鐵礦呈自形—他形晶粒狀，具淡黃色反射色，顯均質(zhì)性，無內(nèi)反射，粒度粗細不等，在0.01～0.6 mm，多零散分布于脈石礦物粒間，少見與磁鐵礦或鈦鐵礦等連生，偶見與白鐵礦交生、連生或被其沿邊緣浸蝕交代（圖15）。

（4）黃銅礦呈他形晶粒狀，具銅黃色反射色，顯均質(zhì)性，無內(nèi)反射，粒度為0.01～0.5 mm，多分布于脈石礦物粒間，少見與其他金屬礦物呈連生或包裹關(guān)系（圖15）。

4.2 脈石礦物

礦石中與礦石礦物密切相關(guān)的脈石礦物主要為斜長石、磷灰石和次生蝕變礦物，礦石礦物常與脈石礦物緊密連生、包裹或被其不同程度的交代。

（1）斜長石呈半自形、他形板條狀，粒度在（0.4×0.2）～（6×2）mm，最大可達10 mm×3.5 mm左右，聚片雙晶發(fā)育，部分受應(yīng)力作用影響發(fā)生韌性變形或碎裂，多伴隨不同程度、類型的蝕變現(xiàn)象，蝕變強烈時幾乎全部被次生蝕變礦物覆蓋，按其蝕變類型可分為鈉黝簾石化、綠簾石化、碳酸鹽化、綠泥石化、絹（白）云母化、黏土化，且通常至少同時伴隨2種或以上類型的蝕變現(xiàn)象（圖16）。

（2）磷灰石多呈不規(guī)則粒狀，裂隙較為發(fā)育，表面常伴有渾濁物，且含較多呈帶狀分布的塵點狀雜質(zhì)，顆粒粗大，在1～8 mm，邊緣多呈港灣狀或弧形彎曲，與次生蝕變礦物或金屬礦物連生或互相包裹。

（3）綠泥石呈細小鱗片狀集合體，多沿磁鐵礦邊緣或裂隙對其進行不同程度的交代。

（4）碳酸鹽礦物呈半自形、他形粒狀或粒狀集合體，分布于其他礦物粒間或粒中，交代斜長石或磁鐵礦等。

5 結(jié)論

（1）黑山鐵礦中的有價礦物主要為磁鐵礦和鈦鐵礦，含量分別為23.07%和4.65%。磁鐵礦呈自形、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)為粗大的顆粒，呈單顆?；蚣象w分布，粒度在1～20 mm。部分鈦鐵礦呈片晶狀出溶于磁鐵礦中，構(gòu)成固溶體分離結(jié)構(gòu)，片晶呈長板條狀，很難通過碎磨工藝實現(xiàn)這部分鈦鐵礦和磁鐵礦間的單體解離，這是黑山鐵礦磁選精礦全鐵品位偏低、鈦品位偏高的主要原因之一。

（2）承德黑山鐵礦全鐵品位為21.51%，其中磁性鐵品位為13.28%，可通過碎磨—磁選工藝將其中的磁性鐵礦物回收，其理論回收率為61.73%。鈦主要分布于鈦鐵礦中，經(jīng)過碎磨—磁選工藝后，鈦鐵礦隨非磁性礦物進入磁選尾礦中，通過全浮選流程可回收利用，其理論回收率為60.63%。