赤城縣陳家窯磁鐵礦礦物學特征

苗春祥

(河北省地質礦產勘查開發局第三地質大隊 張家口 075000)

我國重要的海相沉積赤鐵礦礦床—“宣龍式”鐵礦床主要產出于冀西北中元古界串嶺溝組底部地層,礦石礦物以鮞狀、腎狀赤鐵礦為主,典型礦床分布在河北宣化、龍關、龐家堡、赤城一帶。宣龍式鐵礦嚴格受地層控制,厚度變化不大,產狀較緩,沿走向及傾向相對穩定,便于開采,礦床規模較大,品位較高。

宣龍式赤鐵礦局部后受巖漿作用,在低溫缺氧富含有機碳的還原環境中赤鐵礦被還原成磁鐵礦。礦石礦物組成、結構構造、化學成分、礦石類型、礦石工藝礦物學特征隨之發生變化,赤城縣陳家窯鐵礦為典型的宣龍式磁鐵礦礦床。

1 礦石特征

1.1 礦物組成

礦石中主要礦石礦物為磁鐵礦,次之為赤鐵礦及菱鐵礦,局部偶見黃鐵礦;脈石礦物以石英、綠泥石為主,含少量黑云母、白云石和絹云母等。采用在顯微鏡下對礦石中的礦物進行觀察及鏡下光學鑒定,并用直線法測定各礦物的百分含量。由鑒定結果可知,礦石中主要的鐵礦物為磁鐵礦,少量赤鐵礦及其它鐵礦物;脈石礦物有石英、綠泥石、透閃石等(表1)。

表1 礦石礦物含量

1.2 礦物結構構造

礦石呈黑色,致密堅硬,密度較大,具強磁性,礦石結構為鮞狀、腎狀及細粒狀,磁鐵礦礦物為它形晶粒狀結構。礦石以塊狀構造為主,淺灰白色脈石礦物呈細脈或條帶,將黑色磁鐵礦分隔成若干塊狀,見少量節理裂隙,節理面被長英質礦物充填,局部含黃鐵礦。

(1)鮞狀磁鐵礦鏡下鑒定特征

磁鐵礦呈它形晶粒狀,多以脈石礦物顆粒為中心,環繞形成同心環狀;鮞粒多呈橢圓形,直徑多在0.7～2 mm之間,部分鮞粒的環帶分布密集,數個環帶連成一片,使得環帶間的間隙模糊甚至消失不見,偶見鮞粒不完整,局部呈現類似揉皺現象。鮞粒在礦石中均勻密集分布,鮞粒間被磁鐵礦膠結充填(圖1右)。

光片:左為腎狀磁鐵礦 62.5×(-),右為鮞狀磁鐵礦 62.5×(+);脈石礦物粒間(深灰色)被磁鐵礦充填環繞(灰白色)

(2)腎狀磁鐵礦鏡下鑒定特征

礦物呈它形晶粒狀,多連生呈塊狀集合體,分布密集,顆粒間鑲嵌緊密,顆粒間邊界不易分辨。脈石礦物呈半自形圓粒狀,局部呈條帶或細脈狀,粒間被磁鐵礦充填環繞,脈石礦物中偶見斷續定向排列的磁鐵礦顆粒(圖1左)。

2 化學成分

2.1 礦石化學成分

礦石類型較為單一,礦石的化學成分主要為鐵。在鐵礦勘查工作過程中,為查明鐵礦石有用有益有害組分的含量及其分布狀況,將各層鐵礦石樣品副樣進行組合,將組合樣按貧鐵礦(TFe<50%)和富鐵(TFe≥50%)礦進行統計分析。

由貧鐵礦礦石的組合樣分析結果可知:TFe和mFe含量變化范圍較大,TFe為24.28%～41.77%,平均值為32.56%;mFe為16.52%～34.44%,平均值為26.03%。造渣礦物SiO2含量大,大部分含量大于工業指標(18%)。個別樣品S元素含量較高,大部分樣品S含量小于工業指標(0.3%);P的含量較低,均小于工業指標(0.25%);Cu元素含量均小于伴生組分綜合評價指標(0.1%～0.2%);Pb、Zn、As元素含量指標均小于工業指標, 達不到伴生有用組分的工業要求。

由富鐵礦礦石的組合樣分析結果可知:TFe和mFe含量變化范圍不大,TFe為50.38%～60.88%,平均值為53.53%;mFe為40.90%～55.64%,平均值為48.32%。造渣礦物SiO2含量較低,平均含量小于工業指標(18%);S元素總體平均含量小于工業指標(0.3%);P的含量較低,均小于工業指標(0.25%);Cu、Pb、Zn、Mn元素含量指標均小于工業指標,達不到伴生有用組分的工業要求;Sn元素含量偏高,均大于工業指標(0.08%),在冶煉過程中應去除;As元素含量較低,均小于工業指標(0.07%)。

2.2 礦石物相特征

礦石中具有工業利用價值的鐵礦物為磁鐵礦。硅鐵礦、赤鐵礦、硫鐵礦和菱鐵礦等礦質量分數區間分別為:0.18%～4.63%、1.11%～5.7%、0.036%～2.69%和0.25%～4.38%,含量變化幅度總體較小,僅有個別硫鐵礦含量有畸變現象。赤鐵礦、菱鐵礦與磁鐵礦總體上呈近似負相關關系,其它礦物與磁鐵礦之間無明顯關聯性。

根據鐵礦石物相統計分析結果可知:勘查區鐵礦石礦物成分簡單,主要鐵礦物為磁鐵礦。按需選鐵礦(貧鐵礦)選礦工藝要求(磁性鐵對全鐵占有率/%),勘查區鐵礦石大部分為磁性鐵礦石(ω(mFe)/ω(TFe)≥85%,ωmFe/ω(TFe-siFe-oFe-sfFe-cFe) ≥85%),少量為弱磁性鐵(ω(mFe)/ω(TFe)<85%,ωmFe/ω(TFe-siFe-oFe-sfFe-cFe)<85%)。

3 礦層圍巖和夾石

3.1 礦層圍巖

礦層頂板圍巖為黑色頁巖,底板圍巖為石英砂巖(局部為頁巖),與礦層之間呈突變接觸關系,礦體界線明顯,肉眼可以確定。黑色含鉀頁巖層理明顯,局部富含黃鐵礦;石英砂巖少量節理裂隙內發育黃鐵礦。

3.2 夾石

礦體(層)0～Ⅴ層之間為夾石,夾石厚薄不一。另外,個別單礦層之間夾薄層夾石,夾石巖性為黑色頁巖和石英砂巖。

4 工藝礦物學及選冶特征

4.1 礦物嵌布及選冶特征

(1)磁鐵礦嵌布特征

磁鐵礦作為主要礦物,呈細小的他形粒狀晶粒,主要分布在鮞粒外層,粒度一般在0.01～0.03 mm之間,粒間常與細小的石英、透閃石、綠泥石接觸毗連,磁鐵礦集合體常與透閃石、綠泥石及石英膠結,形成鮞粒結構的外層,由于鮞粒核心礦物成分不同,形成石英磁鐵礦和透閃石綠泥石磁鐵礦兩種礦石,其中石英磁鐵礦為主要類型。

(2)其它礦物嵌布特征

赤鐵礦為熱變質還原不完全殘留體,位于磁鐵礦邊緣,分布狀態和磁鐵礦一起形成鮞粒外層,顆粒極細,粒徑在0.01～0.03 mm之間,毗連關系與磁鐵礦相同。

石英以兩種形式存在:第一種分布在鮞粒核部,石英多為單晶,部分為復晶,他形粒狀,被磁鐵礦包圍膠結,粒徑在0.05～0.07 mm之間;第二種分布在鮞粒外層,石英與磁鐵礦、透閃石、綠泥石毗連,粒徑小于0.03 mm,較第一種石英粒徑小。

綠泥石以兩種形式存在:第一種分布在鮞粒核部,與透閃石毗連鑲嵌,形成透閃石綠泥石磁鐵礦;第二種分布在鮞粒外層,綠泥石與磁鐵礦、透閃石、石英毗連,均勻散布,無定向性,呈不規則細片狀,粒度較細,小于0.03 mm。

透閃石的分布:透閃石大部分賦存于鮞粒核部,少量分布在鮞粒外層。核部透閃石常與綠泥石嵌布毗連;鮞粒外層透閃石常與磁鐵礦嵌布毗連,礦物呈針狀或束狀,礦物顆粒直徑較小,長0.05～0.07 mm,寬約0.01 mm。

4.2 礦物選冶特征

根據礦物成分、粒度及嵌布特征可知,礦石屬于極細粒礦石,磁鐵礦與石英、綠泥石、透閃石毗連嵌布,接觸關系復雜多變,要求選冶磨礦細度達到極細。透閃石、綠泥石含量較高,二者合計在10%左右,磨礦時易泥化,不利于選礦。鮞粒核部石英、透閃石、綠泥石集合體被磁鐵礦包裹,只有將鮞粒破壞,才能將礦物解離,磨礦難度很大。綜上所述,陳家窯鐵礦石屬于比較難選的礦物。

5 結論

鐵礦石由赤鐵礦被還原而來,礦石結構構造變化不大,但礦石礦物組成和化學成分也還是有了一定幅度變化。在礦石還原過程中,部分礦體形成了富鐵礦,同時部分雜質元素也發生了富集。

鐵礦石中透閃石、綠泥石含量較高,磨礦時容易產生泥化,給選礦帶來不利影響。鮞粒結構礦石,屬極細粒礦石,磁鐵礦與石英、綠泥石、透閃石嵌布毗連,呈曲線式復雜接觸關系,難以解離,要求磨礦粒度細。

部分鐵礦石有害元素S、F含量偏高,應對選礦后的鐵精粉經過相關工藝剔除。根據鐵礦石礦物學相關特點,在礦石選冶過程中需選擇相適應的工藝,以提高鐵精礦質量。