影響攀西某磁鐵礦精礦品質的礦物學因素分析

李磊，金建文，肖儀武，馮凱，方明山，武若晨

(礦冶科技集團有限公司,礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628)

攀西地區是中國乃至世界上最主要的釩鈦磁鐵礦床成礦帶之一，是我國第二大鐵礦生產基地，鈦和釩資源儲量占全國高達93%和63%[1-3]，同時還伴生鈷、鉻、鎳、鎵、鈧等眾多稀有貴重礦產資源，對保障我國礦產資源安全具有重要戰略意義。但該地區的礦石具有選別難，鐵精礦的品位偏低，且富含鈦、鎂、鋁、硫等元素的特點，制約了該類型礦石的進一步開發和綜合利用[4-5]。

本文系統研究了影響該鐵精礦品質的礦物學因素，詳細分析了鐵精礦提質降雜的可能性及途徑，為該選廠的工藝流程優化提供了依據，這也對該地區同類型礦石的礦石質量評價及選礦工藝制訂具有重要意義。

1 樣品性質

本次研究的產品為兩段磨礦-三精-兩掃的弱磁選所獲得的鐵精礦，其磨礦細度為-0.074 mm 65%左右。樣品的多組分化學分析結果見表1。

表1 樣品的多組分化學分析/%Table 1 Results of chemical analyses in sample

此外，綜合利用光學顯微鏡、掃描電鏡、礦物自動分析儀以及電子探針等分析技術手段查明確定了樣品中主要組成礦物的種類及相對含量見表2。

表2 樣品中的主要礦物組成Table 2 Mineral compositions and relative contents in sample

2 重要礦物分布特征

2.1 磁鐵礦

該樣品中磁鐵礦約占礦物總量的75%左右，是選礦工藝流程和作業中最主要的目的回收礦物。根據電子探針成分分析結果可知，磁鐵礦中Fe（54.60% ～ 69.97%，均值63.90%）和Ti（0.02% ～11.39%，均值5.49%）元素含量變化范圍較大，并且Ti、V、Mg、Al等元素與Fe含量之間具有明顯的反相關關系，表明這些元素很有可能以類質同象替代的方式分布在磁鐵礦晶格中。磁鐵礦中普遍含有較高的Ti含量，是制約該鐵精礦品位的重要內在因素。此外通過顯微觀察發現，磁鐵礦中普遍含有片晶狀的鈦鐵礦、鎂鋁尖晶石等出溶體礦物（圖1），這部分片晶礦物可與磁鐵礦一并稱為鈦磁鐵礦[6]。另外，在樣品中可見部分鈦磁鐵礦與脈石礦物、鈦鐵礦、磁黃鐵礦等礦物相連生（圖2）。

圖1 磁鐵礦中分布鈦鐵礦和鎂鋁尖晶石片晶背散射圖像Fig.1 Ilmenite and Mg-Al spinel distributed in magnetite Backscattering image

圖2 鈦磁鐵礦與脈石連生背散射圖像Fig.2 Ti-magnetite associated with gangue mineral Backscattering image

2.2 鈦鐵礦

鈦鐵礦是影響鐵精礦品質最主要的含Ti礦物，根據其分布特征可主要分為兩種：片晶狀鈦鐵礦（約占總量9.12%）和獨立鈦鐵礦（約占總量1.55%）。其中，片晶狀鈦鐵礦嵌布粒度細，主要常呈格子狀或葉片狀形式分布在磁鐵礦中（圖1），這部分鈦鐵礦即使通過細磨也很難與含鈦磁鐵礦單體解離，是影響精礦品位最主要的因素之一。另有少量的結晶較好獨立鈦鐵礦，主要與鈦磁鐵礦連生（圖3），部分以單體形式分布，少量與脈石礦物、磁黃鐵礦連生。

圖3 鈦鐵礦與鈦磁鐵礦連生背散射圖像Fig.3 Iilmenite associated with Ti-magnetite Backscattering image

2.3 磁黃鐵礦

磁黃鐵礦是該精礦中最主要的硫化礦物，約占礦物總量的2.27%，也是導致鐵精礦硫超標的重要原因。該礦物主要以單體形式存在（圖4），部分與含鈦磁鐵礦連生，少量磁黃鐵礦與脈石礦物連生。

圖4 磁黃鐵礦以單體的形式分布顯微鏡反光Fig.4 Pyrrhotite distributed as liberated grains photomicrograph under reflect light

2.4 鎂鋁尖晶石

鎂鋁尖晶石的含量相對較少，主要以片晶的形式嵌布在含鈦磁鐵礦中，文中稱為鎂鋁尖晶石（片晶），這部分片晶的粒度細，多分布在-0.005mm。另有少量的鎂鋁尖晶石呈單體的形式分布，部分與其他礦物連生。

3 主要雜質礦物粒度及解離度

鈦鐵礦、磁黃鐵礦以及其他脈石礦物是影響鐵精礦品質的最主要因素之一，其他脈石主要包括綠泥石、鈣長石、透輝石、蛇紋石、鎂鋁尖晶石、石英等。

3.1 主要礦物的粒度分布特征

進入精礦中的雜質礦物嵌布粒度分布對提升品質的選別工藝制訂具有重要的意義。對樣品中的鈦鐵礦、磁黃鐵礦以及脈石粒度分布進行了研究（圖5）。根據研究可知，脈石的粒度相對較粗；其次是鈦鐵礦；磁黃鐵礦的粒度最細。

圖5 鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、磁黃鐵礦、脈石的粒度累計曲線Fig.5 Grain size accumulation curve of Titano-magnetite,ilmenite, pyrrhotite and gangue

考慮到鈦磁鐵礦中的還含有較多的鈦鐵礦（片晶）和鎂鋁尖晶石（片晶），片晶的粒度對磨礦具有重要的指導意義，因此也對這部分片晶礦物的粒度進行了統計（圖6）。結果顯示，鈦鐵礦（片晶）和鎂鋁尖晶石（片晶）的粒度絕大部分為微粒，鈦鐵礦（片晶）粒度分布不均，多在-5 μm，而鎂鋁尖晶石（片晶）的粒度較集中在0.5 ～ 5 μm之間。由于片晶的粒度微細，這部分礦物很難通過機械磨礦的方式與磁鐵礦解離，會不可避免地隨磁鐵礦一起進入鐵精礦中。

圖6 鈦鐵礦(片晶)、鎂鋁尖晶石(片晶)的粒度分布曲線Fig.6 Grain size distribution curve of ilmenite (lamella) and Mg-Al spinel (lamella)

3.2 主要雜質礦物的解離特征

該鐵精礦中各雜質礦物的解離度情況見表3，其中脈石、鈦鐵礦、磁黃鐵礦的解離情況普遍較差，主要與鈦磁鐵礦連生。

表3 鐵精礦中脈石、鈦鐵礦和磁黃鐵礦的解離特征Table 3 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates

為進一步了解磨礦對上述雜質礦物解離情況的影響，將該鐵精礦分別再磨至-0.043 mm 90%和-0.038 mm 90%，并分別測定兩個磨礦產品中主要雜質礦物的單體解離度，結果見表4、表5。

表4 -0.043 mm 90%樣品中脈石、鈦鐵礦和磁黃鐵礦的解離特征Table 4 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates with -0.043 mm (90%)

表5 -0.038 mm 90%樣品中脈石、鈦鐵礦和磁黃鐵礦的解離特征Table 5 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates with -0.038 mm (90%)

由表4、5可知，隨著磨礦細度的增加，不同雜質礦物的單體解離度有了明顯的提升。在-0.038 mm 90%時，脈石的單體達到74.31%，連生體主要與鈦磁鐵礦的富連生體；鈦鐵礦的單體解離為60.07%，磁黃鐵礦的單體解離度達85.77%。

4 結 語

（1）磁鐵礦中鐵的平均含量僅為63.90%，而鈦的平均含量可達5.49%，這部分鈦元素無法通過物理選礦的方式進行脫除，從而限制了最終鐵精礦品位的提高。此外，磁鐵礦中普遍含有微細的鈦鐵礦和鎂鋁尖晶石片晶，在常規磨礦條件下難以實現單體解離，在磁選過程中會進入鐵精礦中，進而影響精礦中鐵品位和鈦含量。

（2）鐵精礦中的硫含量超標，主要是由磁黃鐵礦所引起的，其嵌布粒度細，且多與鈦磁鐵礦連生。由于磁黃鐵礦具有強磁性，難以通過磁選方法與磁鐵礦分離，可采用浮選降硫工藝。

（3）除磁鐵礦、鈦鐵礦（片晶）和鈦鐵尖晶石（片晶）以外的其他礦物含量占15%左右，主要為硅酸鹽礦物和少量的磁黃鐵礦、鈦鐵礦等，脫除這部分礦物是提升品質的關鍵所在。

（4）精礦再磨可以提高磁黃鐵礦、鈦鐵礦、脈石的單體解離度，可進一步通過選礦的方法對這些礦物進行脫除。