河北某铁矿工艺矿物学研究

2021-04-07高春庆王海亮

金属矿山 2021年3期

高春庆张凛王海亮

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，安徽马鞍山243000；2.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000；3.国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心，安徽马鞍山243000）

铁是一种重要的金属元素，其制品广泛应用于经济建设和社会发展的各个领域，含铁矿物是铁最为主要的原料来源［1-2］。我国铁矿资源总量丰富，但是具有“贫、细、杂”的特点［3］，绝大部分铁矿石需要经过选矿工艺处理才能达到入炉冶炼的要求［4-5］。近年来，随着钢铁工业的发展，我国对于铁矿石的需求快速增长。由于矿产资源是国民经济建设的重要物质基础，是一种不可再生的资源，需要对其中的有价元素分别提取、综合利用。因此，在对铁矿资源利用之前，进行系统的工艺矿物学研究至关重要［6-15］。

本研究铁矿石取自于河北沙河县境内，早期地质勘查显示该矿石铁品位较高，现拟建厂合理利用该铁矿资源。为全面了解该矿石的工艺矿物学特性，采用化学分析、X射线衍射、显微镜、MLA等分析方法，开展了矿石物质组成、矿石结构构造、主要矿物嵌布特征、有用矿物单体解离度等研究，研究结果为该矿石资源综合利用提供了科学依据。

1 矿石的物质组成

1.1 矿石化学成分分析

由表1可知，矿石中主要有价元素为铁，全铁品位为39.98%；矿石中Co和S含量分别为0.017%和1.89%，具有综合回收价值；矿石中主要杂质成分CaO、MgO和SiO2的含量分别为11.99%、4.79%和7.81%；有害元素P含量较低，仅为0.02%。

1.2 矿物组成及含量

对矿石进行XRD分析，结果如图1所示。对矿石进行显微镜及MLA分析，得到矿石矿物组成如表2所示。

由图1和表2可知，矿石中磁铁矿为主要金属矿物，含量为49.01%，其次还有少量赤铁矿、黄铁矿以及微量褐铁矿，含量分别为1.99%、2.31%和0.29%；矿石中脉石矿物以方解石、白云石等碳酸盐矿物为主，含量为31.98%，其次为长石，含量4.80%，另外少量分布着一些其它硅酸盐类及石英等矿物；矿石中无Co的独立矿物。

1.3 铁、硫物相分析

为了探明矿石中铁、硫的赋存状态，对其进行了铁、硫化学物相分析，结果如表3、表4所示。

由表3可知，矿石中铁主要以磁铁矿形式存在，分布率达85.52%；以硫铁矿、碳酸铁、硅酸铁等形式存在的铁含量相对较少，分布率分别为2.88%、5.00%和4.87%；另外还有少量铁以赤、褐铁矿形式存在，分布率为1.73%。磁铁矿是矿石中主要回收的目的矿物，碳酸铁和硅酸铁矿物则较难回收。

由表4可知，矿石中硫主要以黄铁矿等硫化物形式存在，分布率为87.30%；以硫酸盐形式存在的硫含量相对较少，分布率为11.11%；另外还有微量硫以其它形式存在，分布率仅为1.59%。在选矿过程中需要综合回收黄铁矿中的硫，为避免硫对铁精矿质量的影响，黄铁矿需要与磁铁矿分开回收。

2 矿石结构及构造

2.1 矿石结构

经显微镜下观察，矿石主要具有粒状结构、填隙结构、柱状结构和交代残余结构。磁铁矿和黄铁矿主要以半自形、自形粒状结构嵌布，碳酸盐矿物和黑云母等硅酸盐矿物也多具粒状结构；粒状的磁铁矿接触式嵌布，在粒间空隙充填着细粒脉石，具有填隙结构；斜长石和黑云母多呈晶柱状并形成集合体；黏土或者绢云母多将斜长石交代，另有部分残余斜长石与绢云母连生在一起，呈交代残余结构。

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2.2 矿石构造

该矿区包含黑色的铁矿石、灰白色的围岩、夹石及其他暗色的硅酸盐矿物，以块状构造为主，同时部分呈现条带构造、细脉构造和浸染状构造。以磁铁矿为主的铁矿石和方解石、白云石为主的围岩，结构致密多呈块状构造；黑色铁矿物、暗色硅酸盐矿物（黑云母）与灰白色的方解石、白云石等碳酸盐矿物相交嵌布，呈现条带状构造；灰白色方解石、白云石等碳酸盐矿物穿插在暗色的硅酸盐矿物之中，呈现细脉构造；少量的磁铁矿、黄铁矿及其它硫化矿物集合体呈浸染状分布于矿石中，无定向排列，粒径大多小于2 mm。

3 矿石中主要矿物的嵌布特征

3.1 磁铁矿

磁铁矿是矿石中含量最高、最主要的回收矿物。磁铁矿主要以自形、半自形的粒状形式产出，以中细粒嵌布为主，形成集合体时粒度较粗大。

磁铁矿与脉石矿物嵌布关系复杂。部分半自形、自形、四方形的磁铁矿晶粒与脉石矿物胶结，在磁铁矿晶粒中包含一些细粒脉石矿物（见图2（a））。部分半自形、它形粒状磁铁矿形成集合体，脉石矿物充填在磁铁矿晶粒的空隙之间（见图2（b））。部分不规则状的磁铁矿晶粒稀疏浸染分布在碳酸盐矿物、斜长石等脉石中。另外也有部分磁铁矿与黄铁矿共生在一起（见图3）。

3.2 黄铁矿

黄铁矿是矿石中的次要金属矿物，也是硫的主要存在形式，是回收目标之一。黄铁矿主要以半自形、自形粒状形式产出，嵌布粒度以中细粒为主。黄铁矿多与磁铁矿紧密共生，两者互为连晶，部分黄铁矿浸染分布于脉石矿物中。对黄铁矿进行EDS能谱分析（见表5），发现部分黄铁矿中含有钴元素，这是在晶体构造中发生了Co元素与Fe元素的置换。

由表5的EDS能谱分析结果可知，含钴黄铁矿中硫含量在51.38%～52.37%之间，平均为51.86%，钴含量在1.36%～2.61%之间，平均为1.86%，铁含量平均为46.29%，具有一定回收价值。

3.3 赤铁矿

它形细小粒状赤铁矿主要与脉石矿物相互嵌布（见图4），粒度以细粒嵌布为主，回收意义不大。

3.4 脉石矿物

矿石中的脉石矿物以方解石、白云石等碳酸盐矿物为主，其次为斜长石、绿泥石和云母，另有少量黏土、辉石以及微量石英、帘石等。

矿石中的碳酸盐矿物主要为方解石和白云石，多为粒状并形成集合体产出，组成集合体的主要有10 μm左右的细小它形状晶粒（见图5（a））和200 μm左右较粗的自形、半自形粒状晶粒（见图5（b）），常见少量磁铁矿浸染嵌布在这些碳酸盐矿物集合体中。由于地质作用，部分碳酸盐矿物中间会产生裂隙，当裂隙较宽时会有次生的碳酸盐细脉矿物穿插于早期形成的碳酸盐矿物中（见图5（c）），裂隙较窄时可见充填少量氧化铁矿物（见图5（d））。

长石主要是斜长石，多为短柱状或自形晶柱状，以及它形粒状，它们多形成集合体（见图6（a）），常伴生绿泥石和其它硅酸盐类矿物，也可见次生的碳酸盐细脉穿插其间，另外长石多发生一定程度的云母化，残晶与之紧密连晶（见图6（b））。

绿泥石多为不规则状，主要与斜长石共生，另外可见片状绿泥石晶体之中的Mg、Fe析出后沿着晶粒边缘附着形成镶边。

云母以黑云母为主，多自形晶柱状，它们的集合体呈层状分布，少量片状、粒状云母浸染散布于矿石中，常与斜长石共生。

4 主要矿物的工艺粒度

对矿石中主要金属矿物磁铁矿、黄铁矿和脉石矿物碳酸盐矿物、长石进行粒度分析，结果见表6。

由表6可知，磁铁矿、黄铁矿、碳酸盐矿物、长石在-0.03 mm粒级中的分布率分别为16.89%、28.20%、3.39%和2.79%，-0.07 mm粒级中的分布率分别为38.35%、40.32%、25.03%和28.24%，+0.15 mm粒级中的分布率分别为33.55%、39.81%、45.87%和39.99%。总体来看，磁铁矿、黄铁矿粒度小于碳酸盐矿物和长石，而且黄铁矿主要与磁铁矿共结连晶，这种粒度上的差异和嵌布特性有利于利用干式磁选机预先抛除大块脉石，并将磁铁矿和黄铁矿一起富集。另外，4种矿物粒度嵌布粗细不均匀，粒度范围较宽，尤其是磁铁矿和黄铁矿，以中细粒嵌布为主，细粒磁铁矿可能在磁选过程损失于尾矿中，碳酸盐矿物和长石则以中粒嵌布为主。

5 矿石不同磨矿细度产品的解离度分析

对矿石磨矿细度-0.074 mm占45%～95%的磁铁矿、黄铁矿进行单体解离度分析，结果见表7。

由图7可知，随着磨矿细度增加，解离度逐步提高；当-0.074 mm含量大于65%时，磁铁矿以及黄铁矿单体解离度均大于85%，而且＜3/4的连生体不足5%；当-0.074 mm含量为95%时，磁铁矿和黄铁矿单体解离度均大于90%，其余主要为＞3/4的富连生体，＜3/4的连生体不足3%，说明两者解离很好。

6 推荐选矿工艺

由系统的工艺矿物学研究可知，该矿石主要回收矿物是磁铁矿，可以选择磨矿—弱磁选工艺进行回收，同时为了减少进入磨矿系统的矿石处理量并降低磨矿能耗，建议磨矿前进行干式磁选抛尾。另外，矿石中可以综合回收的S和Co主要存在于黄铁矿中，考虑在弱磁选尾矿中浮选回收。因此，推荐矿石干式磁选抛尾—磨矿—弱磁选选铁—浮选钴硫为适宜的工艺流程。