国外某高磷鲕状铁矿石工艺矿物学研究

黄武胜 延 黎 吴世超 孙体昌

（1.中钢设备有限公司，北京100080，2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083）

鲕状铁矿石是一种非常重要的铁矿石［1-2］，广泛分布在法国洛林、美国伯明翰、哈萨克斯坦利萨科夫、阿尔及利亚Gara Djebilet以及中国鄂西—湘西北等地区［3-5］。据统计，欧洲的鲕状铁矿石储量约为1.4亿 t，中国储量约为 100 亿 t，巴基斯坦为 6 600万 t［6-7］。目前，绝大多数高磷鲕状铁矿石未能得到有效利用［8-10］。

详细的工艺矿物学特征研究有助于确定适宜的矿石选矿工艺，一些高磷铁矿石的工艺矿物学已被报道。我国鄂西地区高磷鲕状铁矿石铁品位在40%～45%之间，磷含量约为1%，铁矿物主要为赤铁矿，通常与鲕绿泥石、磷灰石等脉石矿物形成同心环带结构［7，11-12］。杨敏［13］对云南某高磷铁矿进行了工艺矿物学研究，结果表明，矿石中铁品位、磷含量分别为43.50%、0.85%，铁矿物主要以片状褐铁矿的形式产出，大部分磷以类质同象的形式分布在褐铁矿中。济源新安难处理高磷铁矿中铁品位和磷含量分别为50.50%、1.13%，赤铁矿为主要铁矿物，呈针状分布，磷主要以菱磷铝锶矾形式出现［14］。综上所述，不同地区高磷铁矿石的铁品位、磷含量，矿物组成以及嵌布关系，尤其是磷的赋存状态明显不同，因此，需对不同地区高磷铁矿石的性质进行深入研究。

国外某高磷鲕状铁矿矿床位于撒哈拉西部的某盆地中，该高磷鲕状铁矿石赋存于岩层中泥盆纪早期形成的沉积岩里，属于克林顿型铁矿，由赤铁矿—鲕绿泥石—菱铁矿组成，含磷量高的鲕状结构形成透镜状床层［15］。研究表明，矿床中铁品位高、储量大，有很高的经济价值，但是该高磷鲕状铁矿石性质复杂，尤其是磷的赋存状态比较复杂且含量较高，未能实现工业化应用［4］。

本研究采用化学分析、XRD以及SEM-EDS方法研究该高磷鲕状铁矿石的化学组成、矿物组成、铁矿物与含磷矿物的嵌布关系及磷的赋存状态，以期为该类型铁矿石的富集工艺提供详细的工艺矿物学参数。

1 矿石物质组成

1.1 矿石的化学成分分析

矿石主要化学成分分析结果见表1。

由表1可知，矿石中TFe品位为55.81%，P含量为0.72%，主要脉石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分别为4.95%、5.49%、2.24%；矿石中硫含量较低。

1.2 矿石的矿物组成

采用X射线衍射分析矿石的矿物组成，结果见图1。

由图1可知，矿石中主要含铁矿物为赤铁矿和磁铁矿，还有少量菱铁矿以及针铁矿；脉石矿物主要为鲕绿泥石和方解石。

矿物定量分析结果表明，赤铁矿和磁铁矿含量分别为34%、41%，鲕绿泥石和方解石的含量分别为11%、6%。

1.3 矿石中铁、磷的物相分析

为了确定铁和磷的赋存状态，对矿石中的铁和磷进行了化学物相分析，结果分别见表2、表3。

由表2、表3可知，矿石中铁物相比较复杂，主要以磁铁矿、假象赤铁矿和赤褐铁矿的形式存在，总分布率达98.37%。矿石中的磷主要以磷灰石和铁矿物中的磷存在，其中，铁矿物中的磷分布率达到了47.22%。国内高磷鲕状赤铁矿中的磷以胶磷矿或磷灰石的形式存在，铁矿物中几乎不含磷，此矿石中磷的存在形式更为复杂。

1.4 铁矿物的嵌布粒度

为了查清铁矿物在矿石中的粒度分布特征，对铁矿物颗粒粒度进行统计分析，结果见表4。

由表4可知，矿石中铁矿物的嵌布粒度极细，其中+0.074 mm分布率仅为6.07%，而-0.010 mm分布率高达46.44%，为实现铁矿物与脉石矿物的单体解离需进行细磨，而矿石中含有鲕绿泥石易泥化，会严重恶化分选指标，因此需结合选矿试验确定最佳的磨矿条件。

2 矿石的总体结构

为查明矿石的总体特征，对矿石的微观结构进行了电子显微镜观察，结果如图2所示。

由图2（a）可知，矿石由鲕粒和非鲕粒构成，鲕粒的形状主要为椭圆形，粒度大多在300 μm以下。鲕粒的内部结构如图2（b）所示，可以看出鲕粒主要由鲕核和鲕环组成，鲕粒的环带层数少且界限不太明显，有些鲕粒未出现明显的鲕核。此外，鲕粒中的铁矿物粒度极细，部分铁矿物粒度在10 μm以下。

3 矿石中铁矿物、磷灰石嵌布特征及共生关系

为了研究铁矿物和磷灰石的嵌布特征及共生关系，对矿石的典型区域进行扫描电镜分析，结果如图3所示。

由图3可知，铁矿物主要以2种形式存在：①大部分铁矿物构成鲕粒的鲕核或鲕环，粒度小于20 μm；②少量铁矿物分布在非鲕粒中。磷灰石主要以4种形式存在：①填充在鲕粒的间隙；②被铁矿物包裹在鲕粒中；③与铁矿物紧密结合形成鲕环；④分布在非鲕粒中，被铁矿物包裹或在铁矿物边沿分布。从整体上看，大多数磷灰石分布在鲕粒中，与铁矿物嵌布关系紧密。

4 磷的赋存状态

4.1 铁矿物中磷的存在状态

为了研究铁矿物中磷的存在状态，对典型区域进行磷元素面扫描，结果如图4所示。

由图4（a）可知，矿物间关系非常复杂，含磷铁矿物的粒度只有几个微米且与鲕绿泥石脉石紧密共生。由4（b）可知，磷均匀分布在铁矿物中，这使得降磷更为困难。

4.2 以其他形式赋存的磷

由磷的物相分析可知，还有少量磷分布在纤磷钙铝石中，为了查明纤磷钙铝石与其它矿物的嵌布关系，对矿石进行了SEM分析，结果如图5所示。

由图5可知，纤磷钙铝石主要有两种分布形式：①出现在鲕粒的鲕核中，周围散布着微细粒铁矿物；②在非鲕粒中，以小块状的形式被铁矿物包裹。纤磷钙铝石颗粒粒度在20 μm以下，与铁矿物嵌布关系复杂，难以分选。

5 富集工艺探讨

从选矿的工艺看，传统物理分选工艺难以除去复杂的纤磷钙铝石、磷灰石等脉石矿物，因此，获得的铁精矿存在铁品位较低而磷含量较高的问题。即使能通过超细磨使铁矿物充分单体解离，但铁矿物中的磷无法除去。

若采用磁化焙烧—磁选的工艺进行降磷研究，由于磁化焙烧温度低，无法破坏鲕状结构，磨矿过程也难以实现铁矿物的充分释放，此外，低温焙烧条件下铁矿物中的磷难以迁移至脉石中，产品无法直接作为炼铁的原料。

若采用酸浸处理该矿石，由于磷灰石以及纤磷钙铝石易溶于酸，以上两种形式存在的磷能够被除去，但存在铁矿物中的磷难以溶于酸，且酸浸会产生废液，污染环境。

如果采用直接还原—磁选工艺处理该类铁矿石，可利用高温破坏矿石复杂的鲕状结构并使铁矿物被还原且长大到一定粒度的金属铁，同时，添加剂与铁矿物中磷结合使磷迁移至脉石相中，可实现提铁降磷的目标。因此，推荐采用直接还原—磁选工艺处理该类矿石。

6 结 论

（1）矿石中铁品位高，为55.81%，有害元素磷含量为0.72%，主要脉石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分别为4.95%、5.49%以及2.24%。

（2）矿石中主要含铁矿物为赤铁矿和磁铁矿，还有少量菱铁矿以及针铁矿，脉石矿物主要有鲕绿泥石和方解石。铁主要以磁铁矿、假象赤铁矿和赤褐铁矿的形式存在，总分布率达98.37%，48.61%的磷存在磷灰石中，47.22%的磷分布于铁矿物中。

（3）矿石的鲕状结构不典型，铁矿物分布在鲕粒和非鲕粒中。大部分铁矿物与磷灰石等脉石矿物形成鲕环而嵌布关系复杂，少量铁矿物形成鲕粒的鲕核，另一部分铁矿物将小块状的磷灰石包裹在非鲕粒中。

（4）磷的存在状态有两种，以独立矿物存在和存在于铁矿物中。独立矿物主要为磷灰石以及少量的纤磷钙铝石。大部分磷灰石存在于鲕粒中并被铁矿物包裹，粒度细且与铁矿物关系密切，用物理方法难分离；磷在铁矿物中分布均匀，未发现含磷的独立矿物，这种形式的磷无法用物理方法分离；纤磷钙铝石主要在非鲕粒中以小块状的形式出现被铁矿物包裹。