影响攀西某磁铁矿精矿品质的矿物学因素分析

李磊，金建文，肖仪武，冯凯，方明山，武若晨

(矿冶科技集团有限公司,矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628)

攀西地区是中国乃至世界上最主要的钒钛磁铁矿床成矿带之一，是我国第二大铁矿生产基地，钛和钒资源储量占全国高达93%和63%[1-3]，同时还伴生钴、铬、镍、镓、钪等众多稀有贵重矿产资源，对保障我国矿产资源安全具有重要战略意义。但该地区的矿石具有选别难，铁精矿的品位偏低，且富含钛、镁、铝、硫等元素的特点，制约了该类型矿石的进一步开发和综合利用[4-5]。

本文系统研究了影响该铁精矿品质的矿物学因素，详细分析了铁精矿提质降杂的可能性及途径，为该选厂的工艺流程优化提供了依据，这也对该地区同类型矿石的矿石质量评价及选矿工艺制订具有重要意义。

1 样品性质

本次研究的产品为两段磨矿-三精-两扫的弱磁选所获得的铁精矿，其磨矿细度为-0.074 mm 65%左右。样品的多组分化学分析结果见表1。

表1 样品的多组分化学分析/%Table 1 Results of chemical analyses in sample

此外，综合利用光学显微镜、扫描电镜、矿物自动分析仪以及电子探针等分析技术手段查明确定了样品中主要组成矿物的种类及相对含量见表2。

表2 样品中的主要矿物组成Table 2 Mineral compositions and relative contents in sample

2 重要矿物分布特征

2.1 磁铁矿

该样品中磁铁矿约占矿物总量的75%左右，是选矿工艺流程和作业中最主要的目的回收矿物。根据电子探针成分分析结果可知，磁铁矿中Fe（54.60% ～ 69.97%，均值63.90%）和Ti（0.02% ～11.39%，均值5.49%）元素含量变化范围较大，并且Ti、V、Mg、Al等元素与Fe含量之间具有明显的反相关关系，表明这些元素很有可能以类质同象替代的方式分布在磁铁矿晶格中。磁铁矿中普遍含有较高的Ti含量，是制约该铁精矿品位的重要内在因素。此外通过显微观察发现，磁铁矿中普遍含有片晶状的钛铁矿、镁铝尖晶石等出溶体矿物（图1），这部分片晶矿物可与磁铁矿一并称为钛磁铁矿[6]。另外，在样品中可见部分钛磁铁矿与脉石矿物、钛铁矿、磁黄铁矿等矿物相连生（图2）。

图1 磁铁矿中分布钛铁矿和镁铝尖晶石片晶背散射图像Fig.1 Ilmenite and Mg-Al spinel distributed in magnetite Backscattering image

图2 钛磁铁矿与脉石连生背散射图像Fig.2 Ti-magnetite associated with gangue mineral Backscattering image

2.2 钛铁矿

钛铁矿是影响铁精矿品质最主要的含Ti矿物，根据其分布特征可主要分为两种：片晶状钛铁矿（约占总量9.12%）和独立钛铁矿（约占总量1.55%）。其中，片晶状钛铁矿嵌布粒度细，主要常呈格子状或叶片状形式分布在磁铁矿中（图1），这部分钛铁矿即使通过细磨也很难与含钛磁铁矿单体解离，是影响精矿品位最主要的因素之一。另有少量的结晶较好独立钛铁矿，主要与钛磁铁矿连生（图3），部分以单体形式分布，少量与脉石矿物、磁黄铁矿连生。

图3 钛铁矿与钛磁铁矿连生背散射图像Fig.3 Iilmenite associated with Ti-magnetite Backscattering image

2.3 磁黄铁矿

磁黄铁矿是该精矿中最主要的硫化矿物，约占矿物总量的2.27%，也是导致铁精矿硫超标的重要原因。该矿物主要以单体形式存在（图4），部分与含钛磁铁矿连生，少量磁黄铁矿与脉石矿物连生。

图4 磁黄铁矿以单体的形式分布显微镜反光Fig.4 Pyrrhotite distributed as liberated grains photomicrograph under reflect light

2.4 镁铝尖晶石

镁铝尖晶石的含量相对较少，主要以片晶的形式嵌布在含钛磁铁矿中，文中称为镁铝尖晶石（片晶），这部分片晶的粒度细，多分布在-0.005mm。另有少量的镁铝尖晶石呈单体的形式分布，部分与其他矿物连生。

3 主要杂质矿物粒度及解离度

钛铁矿、磁黄铁矿以及其他脉石矿物是影响铁精矿品质的最主要因素之一，其他脉石主要包括绿泥石、钙长石、透辉石、蛇纹石、镁铝尖晶石、石英等。

3.1 主要矿物的粒度分布特征

进入精矿中的杂质矿物嵌布粒度分布对提升品质的选别工艺制订具有重要的意义。对样品中的钛铁矿、磁黄铁矿以及脉石粒度分布进行了研究（图5）。根据研究可知，脉石的粒度相对较粗；其次是钛铁矿；磁黄铁矿的粒度最细。

图5 钛磁铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、脉石的粒度累计曲线Fig.5 Grain size accumulation curve of Titano-magnetite,ilmenite, pyrrhotite and gangue

考虑到钛磁铁矿中的还含有较多的钛铁矿（片晶）和镁铝尖晶石（片晶），片晶的粒度对磨矿具有重要的指导意义，因此也对这部分片晶矿物的粒度进行了统计（图6）。结果显示，钛铁矿（片晶）和镁铝尖晶石（片晶）的粒度绝大部分为微粒，钛铁矿（片晶）粒度分布不均，多在-5 μm，而镁铝尖晶石（片晶）的粒度较集中在0.5 ～ 5 μm之间。由于片晶的粒度微细，这部分矿物很难通过机械磨矿的方式与磁铁矿解离，会不可避免地随磁铁矿一起进入铁精矿中。

图6 钛铁矿(片晶)、镁铝尖晶石(片晶)的粒度分布曲线Fig.6 Grain size distribution curve of ilmenite (lamella) and Mg-Al spinel (lamella)

3.2 主要杂质矿物的解离特征

该铁精矿中各杂质矿物的解离度情况见表3，其中脉石、钛铁矿、磁黄铁矿的解离情况普遍较差，主要与钛磁铁矿连生。

表3 铁精矿中脉石、钛铁矿和磁黄铁矿的解离特征Table 3 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates

为进一步了解磨矿对上述杂质矿物解离情况的影响，将该铁精矿分别再磨至-0.043 mm 90%和-0.038 mm 90%，并分别测定两个磨矿产品中主要杂质矿物的单体解离度，结果见表4、表5。

表4 -0.043 mm 90%样品中脉石、钛铁矿和磁黄铁矿的解离特征Table 4 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates with -0.043 mm (90%)

表5 -0.038 mm 90%样品中脉石、钛铁矿和磁黄铁矿的解离特征Table 5 Liberation of gangue, ilmenite and pyrrhotite in iron concentrates with -0.038 mm (90%)

由表4、5可知，随着磨矿细度的增加，不同杂质矿物的单体解离度有了明显的提升。在-0.038 mm 90%时，脉石的单体达到74.31%，连生体主要与钛磁铁矿的富连生体；钛铁矿的单体解离为60.07%，磁黄铁矿的单体解离度达85.77%。

4 结 语

（1）磁铁矿中铁的平均含量仅为63.90%，而钛的平均含量可达5.49%，这部分钛元素无法通过物理选矿的方式进行脱除，从而限制了最终铁精矿品位的提高。此外，磁铁矿中普遍含有微细的钛铁矿和镁铝尖晶石片晶，在常规磨矿条件下难以实现单体解离，在磁选过程中会进入铁精矿中，进而影响精矿中铁品位和钛含量。

（2）铁精矿中的硫含量超标，主要是由磁黄铁矿所引起的，其嵌布粒度细，且多与钛磁铁矿连生。由于磁黄铁矿具有强磁性，难以通过磁选方法与磁铁矿分离，可采用浮选降硫工艺。

（3）除磁铁矿、钛铁矿（片晶）和钛铁尖晶石（片晶）以外的其他矿物含量占15%左右，主要为硅酸盐矿物和少量的磁黄铁矿、钛铁矿等，脱除这部分矿物是提升品质的关键所在。

（4）精矿再磨可以提高磁黄铁矿、钛铁矿、脉石的单体解离度，可进一步通过选矿的方法对这些矿物进行脱除。