关宝山铁矿石工艺矿物学分析

刘太合 徐大波

(1.关宝山矿业有限公司；2.辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院)

目前国际铁矿石价格处于低谷，矿山企业形势严峻。关宝山铁矿石品位低，矿物组成和嵌布共生关系复杂，难磨难选，生产成本较高[1]。为合理开发利用该铁矿资源，对该矿石进行工艺矿物学分析，确定影响铁回收指标的工艺矿物学因素，为改进选矿工艺流程、提高选矿技术指标提供技术依据。

1 矿石性质

1.1 矿石组成

关宝山铁矿床为太古代沉积变质型鞍山式铁矿，位于鞍山东西铁矿构造变形带，构造带内包含西鞍山、东鞍山、黑石砬子、大孤山、小孤山、关宝山、砬子山、眼前山、谷首峪等多个大中型铁矿床，矿床之间被断层和花岗岩切割分离，互不连续。每个矿床在空间产状、矿石类型和围岩性质等方面不尽相同。关宝山铁矿床赋存于太古界鞍山群樱桃园岩组绿泥石英片岩中，产状与围岩一致。

通过对矿石进行光学显微镜鉴定查明：关宝山铁矿矿石中主要金属矿物为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿和针铁矿，黄铁矿和黄铜矿少量；非金属矿物主要为石英，其次为碳酸盐矿物和绿泥石，有少量金红石以及微量的泥质矿物。矿石化学多元素分析和铁物相分析结果分别见表1、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、表2可以看出，关宝山铁矿石铁品位30.82%，有害元素硫、磷含量较低；铁主要以赤(褐)铁矿的形式存在，分布率43.87%。磁性铁仅占总铁的21.90%，假象、半假象赤铁矿中的铁也较多，分布率17.03%。

1.2 矿石结构与构造

矿石结构构造对选矿工艺流程的确定有重要影响。一般来说，矿石构造主要指矿物及其集合体的空间分布特征，结构则主要指矿物及集合体自身的形态特征[2]。

1.2.1 矿石结构

关宝山铁矿石矿物结构主要为区域变质过程形成的各种不等粒状变晶结构及包含结构，如磁铁矿的粒状变晶结构，赤铁矿的假象结构，磁铁矿和赤铁矿的残余结构，两种及两种以上矿物之间的交代结构、填隙结构和包含结构等。

具体表现：①粒状变晶结构主要是磁铁矿、石英的不等粒状变晶结构；②鳞片状变晶结构主要为绿泥石等片状矿物形成的变晶结构；③矿石中赤铁矿为磁铁矿风化蚀变产物，交代磁铁矿的晶体，呈磁铁矿的外形轮廓，形成假象结构；④矿石中磁铁矿和赤铁矿被针铁矿沿边部和裂隙交代熔蚀，部分磁铁矿、赤铁矿仅剩余少量残余体呈岛状、破布状和不规则状分布在针铁矿中，形成残余结构；⑤矿石中针铁矿和赤铁矿交代磁铁矿，充填在磁铁矿的边部和裂隙中，与磁铁矿形成不混溶连晶，形成交代结构；⑥矿石中针铁矿和褐铁矿沿磁铁矿、赤铁矿和石英颗粒的粒间和裂隙充填，形成填隙结构；⑦矿石中金属矿物之间或金属矿物与脉石之间常呈相互包裹现象，形成包含结构。

1.2.2 矿石构造

矿石构造以细条带(纹)状构造为主，局部有片状构造。在此基础上，部分矿石叠加有次一级的角砾状构造和揉皱状构造。

(1)条带状构造。以石英为主体形成浅色条带状，条带一般宽0.01～5.00 mm不等；以磁铁矿为主体形成黑色条带，条带宽0.01～5.00 mm不等；两者相间展布形成浅、暗相间条带状。

(2)片状构造，出现在局部的磁铁石英透闪片岩中。透闪石矿物含量高(大于40%)，呈纤柱状集合体定向排列形成片理状构造，石英、磁铁矿粒状不均匀，填隙形成片状构造。

(3)角砾状构造是后期动力作用对矿石破坏的结果。石英岩、含铁石英岩呈角砾状构造，迁移并重新富集的细脉状磁铁矿集合体呈胶结物状,也形成角砾状构造。

(4)柔皱构造是后期动力作用对矿石破坏的结果，主要是原铁矿石的条带(纹)受动力作用弯曲变形形成揉皱状。

2 主要矿物嵌布特征

(1)磁铁矿。磁铁矿颗粒多呈稠密浸染状和团块状分布在脉石中(图1)，少量呈稀疏浸染状分布在脉石中，粒度较均匀，以细粒嵌布为主(图2)。磁铁矿集合体平行层理方向规则分布，层与层之间接触面平整，层宽1～15 mm，呈层状构造(图3、图4)。磁铁矿受后期地质作用发生氧化蚀变，产物主要为赤铁矿和针铁矿。少量赤铁矿呈薄层状包围在磁铁矿的外表，或呈细脉状充填磁铁矿的孔隙中，二者形成不混溶的连晶(图5)。

图1 细粒磁铁矿呈浸染状分布在脉石中

图2 磁铁矿集合体呈团块状，包裹细粒脉石矿物

图3 磁铁矿集合体呈层状分布

图4 磁铁矿集合体呈层状分布

图5 磁铁矿的裂隙中充填赤铁矿

磁铁矿另一重要蚀变产物为针铁矿，磁铁矿与针铁矿嵌布关系十分密切。磁铁矿颗粒被针铁矿沿外表和内部交代，与针铁矿形成连晶颗粒，基本保留磁铁矿的外形轮廓，二者界线较不分明，有的磁铁矿被针铁矿沿粒间充填胶结，有的被针铁矿强烈交代，仅剩少量的残余体包裹在针铁矿中(图6)。磁铁矿与针铁矿组成的铁矿物集合体多保留原磁铁矿集合体的产状，呈层状分布在脉石中(图7)。

图6 磁铁矿被针铁矿交代，残余体包裹在针铁矿中

图7 磁铁矿与针铁矿形成的集合体呈层状分布

磁铁矿与黄铁矿嵌布关系较为密切，磁铁矿集合体中嵌布有少量黄铁矿，黄铁矿孔隙中嵌布有细粒磁铁矿(图8)。因黄铁矿较少，这类嵌布关系并不多见。另外，磁铁矿与脉石矿物嵌布关系也十分复杂。在呈稠密浸染状和团块状分布的磁铁矿集合体中，磁铁矿粒间充填大量细粒脉石矿物，部分磁铁矿颗粒被风化侵蚀后内部铁质流失，留下的孔洞中充填泥质的脉石矿物(图9)。

图8 磁铁矿集合体中嵌布黄铁矿颗粒

图9 磁铁矿的粒间和孔洞中充填脉石矿物

(2)赤铁矿。矿石中赤铁矿是主要可回收的矿物之一，属假象赤铁矿。空间分布较集中，浸染粒度以细粒为主。赤铁矿多为后期磁铁矿氧化蚀变的产物，颗粒保留磁铁矿的外形轮廓，二者共生或者相互嵌布，少量存在于脉石矿物中。集合体与磁铁矿集合体的分布特征相似，呈稠密浸染状和团块状分布在脉石中。赤铁矿沿磁铁矿的边缘和裂隙交代磁铁矿(图10)。

图10 赤铁矿交代磁铁矿边缘和裂隙

部分赤铁矿进一步蚀变为针铁矿和褐铁矿，赤铁矿颗粒被针铁矿沿外表和内部交代，与针铁矿形成连晶颗粒，二者界限不分明。部分赤铁矿被针铁矿沿粒间充填胶结，部分被针铁矿强烈交代，仅剩少量的残余体包裹在针铁矿中(图11)。部分赤铁矿粒间和边缘被褐铁矿以细脉状充填胶结，部分赤铁矿以细小粒状分布和包裹于褐铁矿中。

图11 赤铁矿被针铁矿包裹

3 主要矿物粒度分布

粒度特征是决定矿石选别难易程度的最重要的因素之一。矿石主要金属矿物磁铁矿、赤铁矿和针铁矿粒度分析结果见表3。

表3 主要矿物粒度分析结果

从表3可以看出，矿石中磁铁矿、赤铁矿粒度分布很不均匀，+0.075 mm粒级中，磁铁矿和赤铁矿分布率分别为29.85%、30.45%；-0.037 mm粒级中，磁铁矿和赤铁矿分布率分别为21.41%、13.64%，说明磁铁矿和赤铁矿在细粒和微粒级中含量较高，不利于单体解离，影响铁的回收。+0.075 mm 粒级中，针铁矿分布率为25.90%，-0.037 mm粒级中分布率为45.21%，说明针铁矿在细粒和微粒级中含量很高。

4 铁选别性分析

(1)磁铁矿和赤铁矿是关宝山矿石要回收的主要目的矿物，其他铁矿物如针铁矿、菱铁矿、褐铁矿、黄铁矿等很难通过选矿回收，其赋存状态也会影响磁铁矿和赤铁矿的回收。

(2)针铁矿与磁铁矿、赤铁矿嵌布关系较密切，影响铁回收率的提高。针铁矿为磁铁矿和赤铁矿的风化蚀变产物，与磁铁矿或赤铁矿形成不混溶连晶，充填胶结于磁铁矿、赤铁矿中。磁铁矿与针铁矿、赤铁矿与针铁矿难以完全解离，影响磁铁矿和赤铁矿的磁选富集。另有部分磁铁矿和赤铁矿呈细粒包裹于针铁矿中，难以解离而易随针铁矿损失在尾矿中。在呈稠密浸染状和团块状分布的磁铁矿集合体粒间充填着大量细粒脉石矿物，少量磁铁矿孔洞中充填泥质脉石矿物，这部分脉石矿物难以从磁铁矿中解离出来，也会影响磁选精矿铁品位。

(3)赤铁矿和磁铁矿为磁性差别较大，多呈微细粒浸染嵌布于脉石中，粒度分布较为均匀，单体解离难度较大。可通过粗磨磁选抛尾—再磨—磁选回收磁铁矿，针铁矿和褐铁矿进入尾矿，然后通过浮选回收赤铁矿。

5 结 论

(1)关宝山铁矿石铁品位30.82%，主要铁矿物为磁铁矿、赤(褐)铁矿和针铁矿等，另有少量菱铁矿和褐铁矿，非金属矿物主要为石英。铁主要以赤(褐)铁矿和磁铁矿的形式存在，分别占总铁的43.87%、21.90%。

(2)磁铁矿主要为粒状变晶结构，赤铁矿主要为假象结构，磁铁矿和赤铁矿另有残余结构，两种及两种以上矿物之间有交代结构、填隙结构和包含结构。矿石构造以细条带(纹)状构造为主，局部有片状构造，部分矿石叠加有次一级的角砾状构造和揉皱状构造。

(3)矿石中主要目的矿物为磁铁矿与赤铁矿，二者磁性差别较大，可通过磁选分离回收磁铁矿，浮选回收赤铁矿。铁矿物多以微细粒嵌布为主，单体解离困难，且针铁矿及脉石矿物与磁铁矿、赤铁矿嵌布关系较密切，均会影响铁回收率。