冀東遵化石人溝鐵礦礦體分布特征及礦石加工技術性能研究

劉海波，李朋濤，李佳文，李智斌

(河北省地礦局 第八地質大隊，河北 秦皇島 066001)

石人溝鐵礦位于河北省遵化市興旺寨鄉，1970 年由唐鋼籌建，屬采選聯合礦山企業，采用露天開采方式，2020年，新冠疫情擾動全球鐵礦石行業的供需格局，巴西發貨量明顯下降，全球鐵礦石需求疲軟但中國鐵礦石需求旺盛。我國是鐵礦資源豐富的國家，但是鐵礦資源貧礦多、富礦少，全國鐵礦石平均品位 33%，低于世界鐵礦石平均品位 11個百分點，97.2%為貧礦，富鐵礦石僅占2.8%。且鐵礦資源類型多樣，組分復雜，選冶性能差。礦石中含SiO2、P、S 等雜質元素，顆粒細、選礦工藝復雜、精礦成本高。已查明的鐵礦資源/儲量中約有1/4為難選冶的鐵礦石。石人溝鐵礦礦石工業類為鞍山式貧磁鐵礦。礦物組成簡單，金屬礦物主要是磁鐵礦，礦石中有害成分含量很低，金屬礦物可選性較好。

1 區域地質概況

礦區位于華北地臺燕山臺褶帶馬蘭峪復背斜軸部，區內廣泛分布太古界遷西群變質巖系，主要為遷西群馬蘭峪組一段、二段地層，東西兩側分別出露部分三屯營組二段和跑馬場一段地層，石人溝鐵礦即產于馬蘭峪組一段地層中。南北兩側為有中元古界沉積地層，角度不整合覆于太古界變質基底之上。斷裂構造多以逆斷層為主，以NNE—SW及近EW向較發育。巖漿巖以燕山期花崗巖為主[1-3]。

2 礦區地質

2.1 地層

工作區出露地層主要為馬蘭峪組一段及第四系沉積物。馬蘭峪組一段中上部主要巖性為(含輝)黑云角閃斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、花崗片麻巖、磁鐵石英巖等。

2.2 構造

區內斷裂構造發育，對鐵礦帶分布影響較大，構造尤其以北東向(F10、F5、F20)、北西向(F8)規模較大，另外近東西向F13斷層對礦體向深部延伸影響較大。

(1)F10斷層。區內主要斷裂構造之一，分布于礦區北端5線以北石人頭附近，該斷層規模較大，地表出露長達600 m，擠壓片理化帶寬10～30 m，為石人溝與花椒園區段的分界線。斷層走向NE80°，傾向SE，地表在石人頭附近傾角較緩，僅45°，向西散開且石強烈擠壓破碎，糜棱巖化、片理化作用發育。

(2)F8斷層。 區內主要破壞性斷裂之一，地表出露于礦區中部19—20線附近，延長約250 m，向南東有分枝現象。斷層走向北西320°，傾向南西，傾角78°～80°。根據礦山采礦平硐及18、19、20線深部鉆孔控制情況，該斷層延伸較為穩定，產狀變化不大。與該斷層近平行分布有1條細晶巖脈(局部特征似煌斑巖)，分布其北東側約10 m，該巖脈從規模上較F8更大，出露長度更長，總長度大于1 000 m，向西穿切了各類近南北向偏基性巖脈后延長本區。該巖脈對礦體破壞不大，僅局部造成礦體產狀的微弱變化。

(3)F13斷層。區內新發現的、對礦體破壞性大的緩傾斜斷層，分布于10線—25線間，基本貫穿了石人溝鐵礦帶，延長達1.5 km以上。由于該斷層產狀較緩，總體走向近東西向，F8斷層以南傾向北，F8斷層以北傾向南，傾角一般較緩，在10°～30°間，F8斷層附近傾角變陡，局部達65°。

(4)F5斷層。區內主要破壞礦體的斷層之一，分布于本區的東南側，南至30線以南，北至26-1線以北，全長大于1 km，地表被第四系覆蓋。

(5)F20斷層。區內破壞礦體主要斷裂之一，為石人溝(野瓠山段)礦段與安平莊礦段的分界。分布于F5斷層東南，南至馮莊子—錢家屯之間，被北西向隱伏斷裂截斷，北至曹家堡子—珠嶺，長度應大于5 km，向南西在32線南與F5斷層呈交匯趨勢，推斷為區域性斷裂。

2.3 巖漿巖

區內巖漿巖較為發育，主要表現在不同種類、不同期次、不同方向的各類脈巖穿插于構造、礦體、巖層間。

(1)輝石閃長巖脈、煌斑巖脈。礦區北西部地表可見脈巖近平行密集成群出現于5—18線間，出露長800～1 000 m，寬5 m左右，呈近南北向，傾向西，傾角80°左右，近直立。北側止于F10斷層，并受其影響向北西方向偏斜，南側尖滅[4-6]。

(2)閃長玢巖(δμ)。主要分布于10線以北，地表見有4條，與斷裂構造關系密切。其中一條較大者，長近800 m，寬3～10 m，走向北西，傾向南西，傾角60°～65°。北端分叉，南段在8線、9線附近分別斜切M4和M2礦體，北部與F1斷層相伴的閃長玢巖脈在6線附近斜切M1礦體。

(3)輝綠巖脈。地表僅分布于9—12線間，出露長920 m，地表最寬12 m左右，走向北東東向，向西延伸至第四系，向東于9線附近變薄趨于尖滅，9線、10線鉆孔內該巖脈高角度向西傾，并橫穿M3、M2礦體。為本區早期形成的巖脈，被后期各巖脈穿插。在深部鉆孔中零星分布，未對礦體造成破壞。

(4)細晶巖脈。分布于中北部10—21線，出露長約1 470 m，寬6～8 m，兩端均延伸至第四系，與F8斷層近于平行產出，呈北西向，傾向南西，傾角70°左右，深部較陡。地表于20線附近斜切礦體，水平斷距約30 m；18—20線深部-40～-450 m標高對礦體破壞程度較大，其上下盤礦體賦存規模存在較大差異，垂直斷距10～30 m。

(5)偉晶巖脈。僅在礦區北部見到，與超基性巖相伴生，呈北西向延伸，延長130 m，其規模較小，未對礦體造成影響。與煌斑巖可能為同期產物。

(6)石英脈。僅在25線西端張莊子鐵礦南部見到，走向北西325°，高角度南西傾，延長約110 m，沒有與其他巖脈或礦體有穿插關系。

根據幾者接觸關系可以得出，輝綠巖脈時代較老，被后期的煌斑巖、輝石閃長巖脈、閃長玢巖脈等穿插，閃長巖及閃長玢巖脈較煌斑巖和輝石閃長巖應稍晚，而最新的細晶巖脈又穿插上述所有巖脈。

3 礦體特征

石人溝鐵礦床為受變質鐵硅質建造鐵礦床—鞍山式(沉積變質)鐵礦。本礦床北起F10斷層，南至F20斷層，呈帶狀產出，全長約2 600 m，寬100～200 m，總體呈北端翹起向南逐漸側伏，礦帶最低控制標高-1 296.86 m，走向近南北，9線以北逐漸轉向北西，傾向南西—西。礦帶由多層礦體組成，F10—F5間礦帶由底板向上，主要劃分為M1、M2、M4三層主礦體，每個礦體由2～4層礦組成；F5—F20間劃分為M0、M2、M3三層主礦體。各礦體沿走向不連續，被斷層斷為多段；沿傾向變化較大，出現局部膨大、尖滅再現和分枝復合的現象(圖1)。

圖1 石人溝鐵礦20線剖面Fig.1 Section of line No.20 of Shirengou Iron Mine

(1)M1礦體。為區內主礦體之一，由2～3層礦組成，呈似層狀產出，局部具膨脹收縮、分枝復合現象。全長2 560 m，一般單層厚2.26～28.57 m，最大單層真厚度52.89 m，平均厚度13.33 m。地表及露天坑底產狀總體上為走向近南北，傾向西，傾角一般55°～70°，局部較緩。礦體位于石人溝鐵礦帶底板，北起F10斷層，南至F5斷層。

(2)M2礦體。為區內主礦體之一，一般由1～4層礦組成，似層狀產出，位于主礦體頂底板常見呈透鏡狀薄層礦體，深部礦體多呈分枝狀，且深部礦體逐漸變薄直至尖滅，僅個別剖面向深部變厚仍有延伸趨勢，全長約2 650 m。一般單層真厚度2.04～41.55 m，最大單層真厚度56.84 m，平均厚度16.61 m。總體走向近南北，傾向西，傾角45°～70°。

(3)M4礦體。礦體多由1～2層礦組成，呈似層狀產出，礦體形態變化較大，具明顯的膨脹收縮、尖滅再現分枝復合現象，全長約2 600 m，一般單層真厚度2.11～21.08 m，最大單層真厚度31.91 m，平均厚度12.60 m?？傮w走向近南北，傾向西，傾角50°～70°，部分地段深部產狀變陡甚至近于直立。位于石人溝鐵礦帶頂板，距M2礦體頂板一般15～30 m，與M2礦體近于平行產出，北起F10斷層，南至F5斷層。

(4)20線礦體控制分析。M1由4層礦條組成，單層厚3.79～13.97m，累厚30.78 m，目前最低控制標高-1 147 m。 M2礦體真厚24.65 m。目前最低控制標高-1 072 m，M4由2層礦條組成，目前最低控制標高-1 032 m。單層厚6.16～17.95 m，累厚24.11 m。從20線剖面總體上看，礦體向深部呈變厚趨勢。

4 礦石加工技術性能

4.1 礦石礦物成分

該礦床礦石礦物成分簡單，主要為磁鐵礦(30%～40%)，呈灰黑色，中—中細粒變晶結構，條帶狀、片麻狀、似片麻狀構造，主要金屬礦物為磁鐵礦及假象赤鐵礦，少量黃鐵礦和鈦鐵礦。非金屬礦物主要為石英(40%～50%)，次為角閃石、輝石、斜長石及少量磷灰石，部分次生蝕變礦物綠簾石、綠泥石和黑云母。

鏡下觀察，礦石成分以石英和磁鐵礦為主，少量輝石、綠簾石、磷灰石及次生角閃石、黑云母、綠泥石和長石。礦物一般均具拉長定向排列，粒度較均勻，粒徑0.25～1.00 mm。礦物之間接觸界線較為平直。磁鐵礦一般呈半自形粒狀鑲嵌于石英顆粒之間；脈石礦物石英一般呈他形不規則狀；輝石、角閃石常與磁鐵礦交織在一起，含量不超過5%。礦石呈粒狀變晶結構，片麻狀構造。經氧化作用，部分磁鐵礦變為假象赤鐵礦。暗色礦物多分布于磁鐵礦條紋和石英條紋接觸處，或與磁鐵礦交織在一起，暗色礦物較多時，礦石易于剝開呈板狀或片狀[7-12]。

礦石結構、構造上以暗色礦物(磁鐵礦、角閃石、輝石等)和石英分別組成黑白相間的平行構造為特征，白色條紋較寬。根據石英條紋的寬度可細分為條紋狀、條帶狀及片麻狀礦石等。條紋狀礦石主要為M4礦體礦石的構造特征，條帶狀礦石則主要是M2礦體礦石構造特征，片麻狀礦石則各礦體中均有發育。赤鐵礦交代磁鐵礦現象如圖2所示，磁鐵石英巖條帶狀構造如圖3所示。

圖2 赤鐵礦交代磁鐵礦現象Fig.2 Hematite metasomatic magnetite phenomenon

圖3 磁鐵石英巖條帶狀構造Fig.3 Banded structure of magnetite quartzite

4.2 礦石化學成分

礦石的化學成分主要為Si、Fe、O，次為少量Al、Ca、Mg，微量元素主要為Mn、Ti、Cr、Ba、Sr、Ni等。其中SiO2(41.10%～46.98%)、Al2O3(2.35%～3.47%)、FeO(14.28%～16.34%)、TFe2O3(43.75%～50.80%)礦石有害元素S、P含量甚低。據以往組合分析結果，S的最低含量為0，最高含量1.59%，一般含量0.01%～0.10%；P最低含量0，最高含量0.24%，一般為0.01%～0.1%。礦體、夾石及頂底板圍巖中含鎵(Ga)、鍺(Ge)等有益組分，礦體中含量0.000 5%～0.000 8%，夾石和圍巖中含量為0.001 0%～0.001 8%，鍺最高0.003 4%。選礦時并不富集，無綜合利用價值。該礦床無伴生有益組分，礦床有害組分對采、選、冶無影響。

4.3 礦石風(氧)化特征

區內除斷層附近出現少量氧化礦外，礦石的氧化程度均較低，各礦體均以原生礦為主。在18線、20線附近淺部有少量假象赤鐵礦及褐鐵礦，是由原生礦發生氧化作用所致。鉆孔中可見個別地段構造裂隙發育部位，氧化礦延深可達40 m，但沿斷層破碎帶延深有限。一般地表均為原生礦，全礦床氧化礦數量極少。

4.4 礦石類型

根據石人溝鐵礦礦石礦物組合及結構構造特征，其礦石自然類型主要為磁鐵石英巖型。經計算磁鐵礦占有率為91.64%，大于85%為磁性鐵礦石，可知石人溝鐵礦床工業類型屬(可選性良好)需選磁性鐵礦石。

4.5 選礦實驗

在勘探初期，該礦已委托有關部門作了礦石可選性試驗及工業實驗，結果表明礦石可選性良好，見表1。

表1 勘探階段選礦試驗結果Tab.1 Results of mining selection test in exploration stage

通過石人溝鐵礦礦山40余年的生產實踐，選礦工藝技術的不斷提高，選礦工藝流程更加成熟、合理可靠，在冶金礦山行業處于先進水平，石人溝鐵礦選礦能力已達到200萬t/a。目前，石人溝鐵礦破碎流程為三段一閉路，選礦工藝流程采用二段磨礦磁選流程[12-15]。

5 結論

石人溝鐵礦床為受變質鐵硅質建造鐵礦床—鞍山式(沉積變質)鐵礦礦帶由多層礦體組成，F10—F5間礦帶由底板向上，主要劃分為M1、M2、M4三層主礦體，每個礦體由2～4層礦組成；F5—F20間劃分為M0、M2、M3三層主礦體。各礦體沿走向不連續，被斷層斷為多段；沿傾向變化較大，出現局部膨大，尖滅再現和分枝復合的現象。通過深部鉆探工程對礦體的控制情況，總結出礦床總體呈北端翹起向南逐漸側伏的規律，已施工的鉆探工程雖將大部分勘探線深部礦體進行了封閉，但個別勘探線上深部礦體仍有延伸，存在一定的資源潛力。

我國是鐵礦資源豐富的國家，但是鐵礦資源貧礦多、富礦少。石人溝鐵礦，礦物組成簡單，金屬礦物主要是磁鐵礦，礦石中有害成分含量很低，金屬礦物可選性較好，其有效開采對河北省鐵礦資源儲備具有重大意義。