鞍千磁鐵礦工藝礦物學研究

王長艷 ，徐冬林 ，史達 ，韋文杰 ，張玲 ，劉杰

（1.鞍鋼集團鞍千礦業責任有限公司，遼寧 鞍山 114043；2.東北大學資源與土木工程學院，難采選鐵礦資源高效開發利用技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819）

鐵礦資源作為鋼鐵行業進步的基礎、基石，是我國重要的戰略性礦產資源。其在國家的資源安全、國防安全和戰略新興產業進步方面均發揮了關鍵性的作用[1-3]。當前，工藝礦物學的研究技術、研究目標和研究方向不斷發展，其在選礦行業所扮演的角色也更加重要[4]。對工藝礦物學的探討可以從更深層次對礦物的組成、含量、嵌布關系、元素賦存特質、有用組分的單體解離等方面進一步了解，對于選礦原理、策劃科學的選礦方案、改進選礦流程等可給出關鍵性的礦物學根據[5-6]。鞍千鐵礦石是我國重要的鐵礦資源，但隨著近十幾年開采深度的逐漸加大，礦石性質已經發生較大變化，目前選廠的工藝流程并不能很好的適應現在新開采的礦石性質，因此有必要對目前新開采入選礦石進行工藝礦物學研究，重新認識礦石組成和構造，進而有針對性的設計相應的分選工藝流程以及對現有工藝流程進行改造，對鞍山式鐵礦石的分選也有一定的借鑒價值。

1 礦石性質

1.1 礦石化學多元素分析

對礦石進行化學成分分析，結果見表1。

表1 礦石化學成分分析/%Table 1 Analysis of chemical composition of ore

由表1 可知，礦石TFe 品位為29.25%，FeO含量為10.93%，磁性率為37.36%；主要脈石元素SiO2，其次CaO、MgO、Al2O3，有害元素S、P的含量較少。據此可初步確定主要脈石礦物為石英和鈣、鎂閃石。

1.2 礦石鐵物相分析

礦石中鐵物相分析結果見表2。

由表2 可知，該礦石試樣中大部分的鐵由磁鐵礦的形式賦存，其鐵的分布率達79.02%，是首要的回收目標；赤（褐）鐵礦為次要回收礦物，鐵的分布率為13.55%，磁鐵礦及赤褐鐵礦所含鐵的總分布率可達到92.57%，因此，磁鐵礦和赤（褐）鐵礦為該礦石試樣回收的主要目標。

表2 鐵物相分析Table 2 Iron chemical phase analysis results of the ore

1.3 礦石的礦物組成

為進一步驗證礦石試樣中礦物的類別，運用X 射線衍射分析對礦樣的礦物構成進行探討，XRD結果見圖1。借助光學顯微鏡對礦石的礦物構成進行探究，礦物組成及含量見表3。

圖1 礦石XRD 分析Fig.1 XRD analysis of the ore

表3 礦石中主要礦物組成及含量/%Table 3 Main minerals composition and contents of the ore

由圖1 可以看出，礦石中主要有用礦物為磁鐵礦，赤褐鐵礦含量較少，故未出現明顯的衍射峰，石英半峰寬較窄，峰形尖銳，為主要的脈石礦物，其次為鈣鎂閃石。

由表3 可知，礦石試樣的礦物構成較為單一，鐵礦物總計占39.19%，其中鐵礦物大部分以磁鐵礦、赤鐵礦和褐鐵礦形式存在；非金屬礦物占比60.81%，主要包括石英、角閃石、輝石、絹云母、綠泥石，占比依次為45.44%、9.56%、1.52%、0.71%、0.54%，另有少量方解石、石灰石、白云石、菱鎂礦等碳酸鹽礦石。

2 礦石構造和礦物結構

礦石的構造在選礦工藝中發揮著關鍵性的作用。通常情況下，礦石的構造大體可以解釋為礦物及其集合體在空間上散布的特質，而結構則大體可以解釋為礦物及集合體各自的形態特點[7]。

2.1 礦石構造

2.1.1 浸染狀構造

磁鐵礦和赤鐵礦在礦石試樣中表現為不規則的排列，脈石礦物中可見較多不同大小的顆粒浸染嵌布于內，呈現出浸染狀結構。

2.1.2 條紋狀構造

局部磁鐵礦和赤鐵礦集合體與脈石礦物相間排布，且呈條紋狀存在于礦石試樣，形成條紋狀結構。

2.2 礦物結構

礦石中多種礦物顆粒本身的構造特點在礦物的解離中發揮著各自重要的作用[7]，在這種礦石試樣中赤鐵礦大體體現為自形晶構造，磁鐵礦大體體現為半自形晶構造和兩種及兩種以上礦物間的交互構造等。

2.2.1 自形晶結構

磁鐵礦主要通過自形粒狀出現，赤鐵礦在礦石試樣中主要通過片狀、板狀出現，結晶形態相對更完整，形成自形晶結構。

2.2.2 半自形晶結構

局部磁鐵礦和赤鐵礦顆粒晶體形態并不完備，部分晶面維持較好，構成半自形晶構造。

2.2.3 交代結構

赤鐵礦沿磁鐵礦的邊界和裂隙組成交代，使得磁鐵礦晶邊產生了凹陷，呈港灣狀結構，組成交代構造。

3 礦石中主要礦物的嵌布特征

3.1 磁鐵礦

磁鐵礦多數為自形、半自形粒狀，少數表現為粒狀集合體模式，表現為浸染或星散狀排布于脈石內，粒度不一致，些許磁鐵礦集合體于脈石內表現為條紋狀嵌布（見圖2（a）、圖2（b））。大部分磁鐵礦被赤鐵礦沿邊部、裂隙及內部交替，形成不混溶連晶顆粒（見圖2（c）、圖2（d））。磁鐵礦及赤鐵礦嵌布交互同生，互為圍裹，同時浸染狀排布于脈石內，少部分細粒赤鐵礦順邊界與磁鐵礦共生，些許赤鐵礦嵌布在磁鐵礦集合體內（見圖2（c）、圖2（d））。褐鐵礦顆粒十分細小，部分褐鐵礦充填膠結于磁鐵礦間（見圖2（e））。磁鐵礦和黃鐵礦有十分緊密的相互嵌布關系，細粒黃鐵礦嵌布于磁鐵礦集合體中，同時在黃鐵礦晶粒中鑲嵌也有少量細粒磁鐵礦（見圖2（f））。部分粗粒磁鐵礦的裂隙和孔洞分布較廣泛，裂隙和孔洞中充填細脈狀、細粒狀的脈石礦物（見圖2（g）、圖2（h））。

圖2 磁鐵礦的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of magnetite

3.2 赤鐵礦

礦石試樣中的赤鐵礦含量稍低，含有原生赤鐵礦及次生赤鐵礦，原生赤鐵礦多數為自形-半自形的粒狀及粒狀集合體模式，少部分為自形的板狀、片狀或針狀，表現為星點狀排布于脈石內，粒度不一致，些許赤鐵礦集合體及脈石礦物固定排序，表現為互相嵌布（見圖3（a）、圖3（b））。常見赤鐵礦和磁鐵礦顆粒相互嵌布共生，部分赤鐵礦呈條帶狀沿磁鐵礦邊緣嵌布，一起分布在脈石中（見圖2（c）、圖2（d））。次生赤鐵礦為磁鐵礦氧化蝕變產物，沿邊部、裂隙和內部交替磁鐵礦，二者形成不混溶連晶顆粒（見圖3（c）、圖3（d））。些許礦石中的赤鐵礦由細脈狀褐鐵礦順著粒間填滿膠結，少數赤鐵礦圍裹于褐鐵礦內（見圖2（e）、圖2（f））。

圖3 赤鐵礦的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of hematite

3.3 褐鐵礦

褐鐵礦在礦石中含量較少，主要以粒狀產出，且顆粒較細小，與磁鐵礦、赤鐵礦毗連共生（見圖4（a）），一些褐鐵礦以細脈狀的形式呈現，同時填充膠結于磁鐵礦及赤鐵礦粒間，細粒磁鐵礦及赤鐵礦圍裹于內（見圖4（b））。

圖4 褐鐵礦的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of limonite

3.4 黃鐵礦

黃鐵礦含量較少，僅在部分標本中觀測到。黃鐵礦以自形-半自形粒狀產出，常鑲嵌在赤鐵礦、磁鐵礦顆粒中（見圖2（f））。

3.5 石英

石英在礦石試樣中含量相對較高，粒度相對細密，大部分為自形粒狀集合體。石英集合體內常嵌布角閃石及輝石等硅酸鹽礦物（見圖6（a）、圖7），粒間常填充形狀不規則的碳酸鹽礦物，少數細粒石英嵌布于碳酸鹽礦物內（見圖5（a）、圖5（b））。

圖5 石英的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of quartz

3.6 角閃石

角閃石以長柱狀產出，粒度細小，較分散分布在石英集合體中，且多呈定向排列（見圖6（a）、圖6（b）），部分角閃石穿插在碳酸鹽礦物和絹云母中（見圖6（c）、圖6（d））。

圖6 角閃石的嵌布特征Fig.6 Dissemination characteristics of hornblende

3.7 碳酸鹽礦物

碳酸鹽礦物在礦石試樣中含量較少，粒度分布不均勻，主要以不規則狀產出，部分包含細粒石英和角閃石，少數碳酸鹽礦物及絹云母緊密同生（見圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）、圖6（d））。

3.8 輝石

輝石在礦石試樣中含量較少，主要以板狀、柱狀產出，粒度相對較細小，于石英集合體中分散嵌布，石英、角閃石、輝石三種礦物常常相互嵌布共生（見圖7）。

圖7 輝石產出特征Fig.7 Dissemination characteristics of pyroxene

3.9 絹云母

絹云母集中產于少量圍巖中，與碳酸鹽礦物有密切的伴生關系，內部穿插有部分角閃石（見圖6（d））。

4 主要礦物浸染粒度

礦物浸染粒度對選礦工藝流程的確定有十分重大的影響。礦石中主要回收礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，分別對其嵌布粒度進行測定，結果見表4。

表4 粒度統計結果Table 4 Grain dissemination results

由表4 可知，磁鐵礦+0.075 mm粒級中的分布率占比 59.63%，? 0.038 mm 1 2.91%，因此磁鐵礦的粒度分布不均，粒度大多數為中粒嵌布。

赤鐵礦+0.075 mm 40.39%，? 0.038 mm粒級29.35%，因此赤鐵礦的粒度分布不均，粒度相比于磁鐵礦更細小，于細粒級中分布率較高。

參考礦物浸染粒度分析發現，該礦石中磁鐵礦及赤鐵礦的粒度分布不均，可運用階段磨礦、階段磁選選別的工藝。

鞍千礦在早期主要為貧赤鐵礦石，磁性率較低，主要含鐵組分為赤、褐鐵礦，FeO 含量1.62%，磁性率僅為6.79%[10]。本文經過上述工藝礦物學研究發現，目前鞍千礦主要含鐵組分為磁鐵礦，且礦石磁性率高達37.36%，這主要是因為隨著礦山開采的逐漸深入，礦石性質發生變化，FeO 含量逐漸增大，磁鐵礦含量也隨之增加。

5 結論

（1）鞍千礦中的金屬礦物主要為磁鐵礦，其次是赤鐵礦，非金屬礦物主要是石英和角閃石。

（2）礦石中磁鐵礦和赤鐵礦主要為浸染狀排布于脈石內，二者間的嵌布關系緊密，交互嵌布，二者互含現象普遍，大多數為磁鐵礦由赤鐵礦替換，二者混合成不混溶顆粒，所以磁鐵礦與赤鐵礦間無法解離充分。部分磁鐵礦與黃鐵礦相互嵌布關系復雜，彼此之間若不進一步解離，將嚴重影響鐵的回收。

（3）有用礦物的粒度分布不均勻，可選擇多段磨礦。微細粒赤鐵礦（?0.038 mm）含量較高，難以從脈石中解離出來，易損失于尾礦中。

（4）依據工藝礦物學研究的結果，選用磨礦-磁選流程可將大部分磁鐵礦回收，但部分細粒級赤鐵礦采用傳統工藝難以分選到較高品位。