宣龙式鲕状赤铁矿石工艺矿物学研究*

王守敬卞孝东张艳娇刘广学马 驰

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心）

宣龙式鲕状赤铁矿石工艺矿物学研究*

王守敬1，2卞孝东1，2张艳娇1，2刘广学1，2马 驰1，2

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心）

为了给宣龙式鲕状赤铁矿石的大规模开发利用提供基础参考资料，对其进行了工艺矿物学研究。结果表明：矿石中的脉石矿物可划分为长石和石英等及黏土和云母等两类。前者嵌布粒度较粗，与赤铁矿关系不密切，较易通过选矿去除；后者嵌布粒度极细且与赤铁矿紧密共生，难以通过选矿分离，但其烧失量较高，可以通过灼烧降低其含量。据此建议采用高梯度强磁选—反浮选—灼烧（可与炼铁过程合并）工艺处理宣龙式鲕状赤铁矿石。最后在总结以往一些研究成果及本研究成果的基础上，指出工艺矿物学研究应注重矿物集合体嵌布特征的研究。

宣龙式鲕状赤铁矿石 工艺矿物学 高梯度强磁选—反浮选 灼烧 矿物集合体嵌布特征

随着我国国民经济的快速发展，钢铁工业的原料供需矛盾日益突出。然而在我国铁矿资源严重紧缺之时，却有上百亿t的复杂难选铁矿石因为矿石本身的特点及选矿技术的局限性而几乎没有利用［1-2］，宣龙式鲕状赤铁矿石就是其中的典型代表。宣龙式鲕状赤铁矿石主要分布于河北宣化、龙关一带，总储量达1.41亿t，是目前人们公认最难选的铁矿石之一。本课题在宣化、龙关一带3个代表性取样点采取不同层位的宣龙式鲕状赤铁矿石样品组成混合样进行工艺矿物学研究，以期为今后该铁矿石资源的大规模开发提供基础参考资料。

1 矿石物质组成

1.1 矿石化学组成

矿石样品的化学多元素分析结果和铁物相分析结果见表1和表2。

表1 矿石化学多元素分析结果 %

表2 矿石铁物相分析结果 %

从表1可知，矿石中铁含量较高，有害元素硫、磷含量很低。由表2可知，矿石中铁主要以赤褐铁矿形式存在，赤褐铁矿中铁的分布率为87.83%，其次以菱铁矿形式存在，菱铁矿中铁的分布率为10.21%，两者合计达98.04%。

1.2 矿石矿物组成

通过X射线衍射分析、光（薄）片镜下测定以及人工重砂分析等方法，查明矿石中主要矿物为赤铁矿、菱铁矿、石英、黏土矿物等，各种矿物的含量见表3。

表3 矿石矿物含量 %

2 主要矿物嵌布特征

2.1 赤铁矿

赤铁矿是矿石中主要的有用矿物，在矿石中的含量为60.8%。

显微镜观察显示，赤铁矿具有两种赋存状态：大部分呈鲕状分布（图1），少量呈他形粒状分布（图2）。

图1 赤铁矿与脉石矿物集合体呈环状分布在石英周围

鲕状分布的赤铁矿粒度极细，多以胶状存在，与黏土矿物和微细粒云母等呈集合体形态产出。集合体粒度较粗，一般为0.5～10 mm，呈鲕状或豆状。鲕粒中心一般有1颗石英颗粒，赤铁矿和脉石矿物集合体沿石英颗粒边缘一层层生长，形成纹层状集合体包裹石英颗粒。纹层厚度一般只有几微米。电子探针线扫面分析结果显示，不同纹层中铝、硅、钾和铁的含量变化很大。

他形粒状赤铁矿可能是矿石变质过程中的重结晶产物，主要分布在鲕粒之间，粒度一般为0.05～0.2 mm。

图2 他形粒状赤铁矿

2.2 菱铁矿

菱铁矿在矿石中的含量为11.7%，主要作为基质胶结鲕粒和石英（图3）。单个菱铁矿粒度较细，但大部分菱铁矿都呈集合体形态产出。集合体粒度较粗，其形状主要受空隙形状控制。

图3 菱铁矿分布在鲕粒和石英颗粒之间

2.3 石英和长石

石英和长石在矿石中的含量为13.8%，多为磨圆状，呈浸染状分布在矿石中或鲕粒中心。石英和长石粒度较粗（图4）。

图4 石英粒度较粗，具有一定磨圆度

对石英和长石进行详细的粒度统计，结果见表4。

从表4可以看出，石英和长石的粒度大多在0.1～0.2 mm，较易通过选矿除去。除去石英和长石相当于除去了脉石矿物的一半。

表4 原生石英和长石的粒度分布

2.4 云母和黏土矿物

云母和黏土矿物在矿石中的含量分别为4.5%和9.1%。它们粒度极细，与赤铁矿构成集合体，呈鲕状或豆状分布（图5）。

图5 黏土矿物呈纹层状分布

3 单矿物分析

分别挑选鲕粒中的富铁纹层和贫铁纹层单矿物，分析其灼烧前后的铁含量，分析结果见表5。

表5 鲕粒中不同纹层灼烧前后的铁含量 %

从表5可以看出，富铁纹层中全铁含量为61.42%，贫铁纹层中全铁含量仅为49.83%，因此要想直接通过选矿获得全铁品位60%以上的精矿，就必须抛掉贫铁纹层，这对铁回收率影响很大。进一步的研究显示，虽然贫铁纹层全铁含量较低，但是黏土矿物等含水矿物含量较高，导致其烧失量达到13.49%，灼烧后全铁含量可以达到57.60%，因此，通过选矿将精矿全铁品位提高到合适水平后再进行灼烧处理，将有可能得到合格精矿。

4 选矿产品灼烧试验

根据以上研究结果，将矿样按图6流程进行SLon－100磁选机高梯度强磁选—反浮选，然后对反浮选产品进行灼烧试验，选别指标及反浮选产品灼烧后铁品位的变化见表6。

图6 高梯度强磁选—反浮选试验流程

表6 选矿及灼烧试验结果 %

从表 6可以看出：选矿精矿的铁品位为60.18%、铁回收率为54.74%，灼烧后铁品位提高到62.14%。如果将精矿、中矿1、中矿2和中矿3合并，即反浮选只进行1次粗选和1次扫选，则可以得到铁品位为57.10%、铁回收率为69.36%的粗精矿，粗精矿经灼烧后，铁品位可达到59.99%。

由于目前所有的炼铁工艺中都有加温的过程，因此选矿时可以不对精矿进行灼烧处理，即选矿时只要将精矿铁品位提高到57.10%以上，即可直接用于炼铁。

5 讨 论

5.1 选矿方案建议

宣龙式鲕状赤铁矿石的处理方案一般有直接选矿［3-4］和冶金处理后再选矿［5-7］两种。冶金处理后再选矿方案就是先通过直接还原或磁化焙烧使赤铁矿转变为易选的金属铁或磁铁矿，再通过选矿获得合格的精矿产品。该方案虽然选矿指标很好，但由于成本过高，一直未能工业化。直接选矿方案很难获得合格的铁精矿，即使获得了合格精矿，铁回收率也非常低。

本次研究发现宣龙式鲕状赤铁矿石中石英和长石粒度较粗，较易通过选矿方法去除。黏土矿物和云母粒度极细，与赤铁矿关系紧密，很难通过选矿方法将它们分离。但黏土矿物和菱铁矿等矿物烧失量较高，可以通过灼烧降低其在矿石中的含量，从而提高矿石铁品位。因此建议采用先通过选矿方法获得粗精矿，再对粗精矿进行灼烧处理的联合方案来利用宣龙式鲕状赤铁矿石。

本方案可克服直接选矿方案精矿品位低、回收率低的问题。同时本方案只需对矿石进行磨矿，而不像冶金处理后再选矿方案那样不仅要对矿石进行磨矿，还要对冶金处理产品进行磨矿。更为重要的是，本方案中的灼烧作业只是简单的加温过程，而炼铁作业也要加温，因此可以将灼烧处理和炼铁过程合并，从而最大程度地节省成本。

5.2 对工艺矿物学研究的一点思考

随着人类工业文明的发展，大量富矿、易选矿首先得到开发，并有开发殆尽的趋势。目前开发的矿产多有“贫、细、杂”的特点。对待这种“贫、细、杂”矿产，选矿的基本思路是细磨深选。而工艺矿物学研究者受选矿细磨深选思想的影响，多注重矿物粒度、矿物之间的嵌布关系等矿石结构方面的研究，而对矿物集合体之间的嵌布关系，即矿石构造关注不够。

事实上，关注矿石中矿物集合体的赋存特征往往能更科学地指导选矿方案的制定。

李英堂等［8］对辽宁硼镁铁矿石的工艺矿物学研究显示：矿石中矿石矿物硼镁石和磁铁矿嵌布粒度细微，共生关系密切复杂，它们的集合体具强磁性；2种主要脉石矿物叶蛇纹石和斜硅镁石也紧密嵌布，其集合体的粒度远远大于矿石矿物的粒度。据此，他们提出了粗粒抛尾方案，并取得了很好的选矿试验结果。

笔者［9］在对河南上房沟滑石型钼铁多金属矿石的工艺矿物学研究中发现，矿石中的磁铁矿与镁质矽卡岩类矿物（部分在后期蚀变为滑石）呈条带状互层分布，辉钼矿和石英呈脉状分布且关系不紧密，从而提出了粗粒磁选除滑石的预选方案，以消除滑石对辉钼矿浮选的影响。该方案的有效性在工业试验中得到了验证［10］。

本研究根据矿石的结构构造特征，将矿石中的脉石矿物划分为与赤铁矿紧密共生的黏土矿物和云母等微细粒脉石矿物及嵌布粒度较粗的长石和石英颗粒两类，并提出对两类脉石矿物采取不同的处理方案，即对长石和石英采用高梯度强磁选—反浮选方法进行去除，对黏土矿物和云母等微细粒脉石矿物则采用灼烧方法降低其结晶水含量，从而提高精矿铁品位。灼烧试验证明该方案是可行的。

总之，深入研究矿石中矿物集合体的嵌布特征，对于解决“贫、细、杂”矿产资源的选矿问题具有重要意义。

6 结 论

（1）宣龙式鲕状赤铁矿石中石英、长石等矿物粒度较粗，较易通过选矿去除；黏土矿物和菱铁矿烧失量较高，可以通过灼烧降低其含量。因此，建议采用高梯度强磁选—反浮选—灼烧（可与炼铁过程合并）工艺处理宣龙式鲕状赤铁矿石。

（2）在工艺矿物学研究中应多关注矿物集合体的嵌布特征。

［1］张锦瑞，胡力可，梁银英.我国难选铁矿石的研究现状及利用途径［J］.金属矿山，2007（11）：6-9.

［2］张锦瑞，胡力可，梁银英，等.难选鲕状赤铁矿的研究利用现状及展望［J］.中国矿业，2007（7）：74-76.

［3］孙 达.提高某地鲕状赤铁矿回收率的试验研究［J］.矿冶工程，2011，31（1）：43-50.

［4］牛福生，白丽梅，吴 根，等.宣钢龙烟鲕状赤铁矿强磁—反浮选试验研究［J］.金属矿山，2008（2）：49-52.

［5］梅光军，饶 鹏，余永富，等.河北某鲕状（菱）赤铁矿选矿试验研究［J］.武汉理工大学学报，2008，30（12）：63-66.

［6］白丽梅，刘丽娜，李 萌，等.张家口地区鲕状赤铁矿还原焙烧—弱磁选试验研究［J］.中国矿业，2009，18（3）：83-87.

［7］刘红召，曹耀华，高照国.某宣龙式鲕状赤铁矿深度还原—磁选试验［J］.金属矿山，2012（5）：85-87.

［8］李英堂，田淑艳，汪美凤.应用矿物学［M］.北京：科学出版社，1995：261-266.

［9］王守敬，卞孝东，马 驰.上房沟高滑石型钼铁矿石工艺矿物学研究［J］.金属矿山，2011（8）：94-97.

［10］赵 平，邵伟华，常学勇，等.上房沟滑石型钼矿工业试验研究报告［R］.郑州：中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，2011.

Study on Process M ineralogy of Xuanlong Type Oolitic Hematite

Wang Shoujing1，2Bian Xiaodong1，2Zhang Yanjiao1，2Liu Guangxue1，2Ma Chi1，2
（1．Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS；2．China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals）

In order to provide the reference basis for large-scale development and utilization of Xuanlong-style oolitic hematite，its processmineralogy research was carried out.The results showed that：gangueminerals in the ore can be classified as two categories consisting of feldspar，quartz etc.and clay，mica etc.The former is disseminated coarsely with no close relationship with hematite.So it is easy to be removed through the beneficiation process.The latter is finely disseminated and closely associated with hematite，resulting that it is difficult to be removed.But it has a higher LOI，and can be reduced through roasting.Accordingly，the process of high-gradient high intensity magnetic separation-reverse flotationroasting（can bemerged with iron-making process）is recommended to treat Xuanlong type oolitic hematite.Finally，based on summarizing some previous research results and this study above，it is pointed out that the processmineralogy should focus on studying the disseminated characteristics ofmineral aggregates.

Xuanlong-type oolitic hematite，Processmineralogy，High gradient high intensity magnetic separation-reverse flotation，Roasting，Disseminated feature ofmineral aggregate

2013-06-24）

*中国地质调查局地质调查评价项目（编号：1212011120303）。

王守敬（1982—），男，助理研究员，硕士，450006河南省郑州市陇海西路328号。