马来西亚某褐铁矿石工艺矿物学研究

张剑廷 李志明

(1.辽宁东大矿冶工程技术有限公司,辽宁 朝阳 122000;2.东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819)

矿产资源是国家经济发展和工业化的重要物质 基础[1-2],铁矿石是矿产资源的重要组成部分[3-4],全球铁矿石的供需区域不匹配导致了全球铁矿石贸易的兴起,因此铁矿石又是世界第二大商品[5-7]。我国优质铁矿资源匮乏[8-10],结合当前国际形势以及世界铁矿石价格,我国充分利用国外铁矿石资源仍具必要性与合理性[11-14]。本文将马来西亚某褐铁矿作为研究对象,详细的工艺矿物学研究对于资源的高效开发利用具有重要指导作用[15-16],但关于该褐铁矿的工艺矿物学尚未有详尽的研究;本文通过光学显微镜、X射线衍射、化学分析等手段对该矿石的工艺矿物学特性进行了详细研究,包括矿石的物质组成、元素赋存状态、主要矿物产出特征、矿石的结构构造、粒度组成、物理性质等。

1 矿石物质组成

1.1 化学成分

为确定矿石的化学组成,对其进行了化学组成分析,结果如表1所示。

表1 原矿化学组成分析结果Table 1 Chemical composition analysis results of raw ore %

表1表明,矿石中铁为主要回收成分,TFe含量为49.66%,FeO含量小于0.10%;主要杂质成分为SiO2和Al2O3,含量分别为6.23%和5.33%;此外矿石中还有少量的CaO,含量为0.11%。有害元素P、S含量较低,分别为 0.074%、0.159%,烧失量为12.55%。

1.2 矿物组成

为查明矿石主要矿物组成,试样经树脂胶团矿磨制成光片和薄片,通过光学显微镜鉴定并分析,矿石矿物组成及含量如表2所示。

表2 矿石矿物组成分析结果Table 2 Analysis results of mineral composition of the ore %

表2表明:矿石由铁矿物及脉石矿物组成,伴生和共生关系较为复杂。铁矿物主要为褐铁矿(针铁矿、纤铁矿),含量约65.0%,其次为赤铁矿,含量约10%;磁铁矿和假相赤铁矿含量约5.0%。脉石矿物以石英和高岭石(高岭土)等为主,另可见少量长石、铁铝尖晶石等矿物。

2 铁的化学物相分析

为进一步明确铁元素的赋存状态及含量,进行了铁化学物相分析,结果见表3。矿石中的铁主要以褐铁矿(针铁矿)的形式存在,铁品位为47.75%,铁的分布率为96.15%;磁性铁中铁的含量仅为1.25%,铁分布率为2.52%;部分铁赋存于硅酸铁中,铁含量为0.10%,铁分布率0.20%;碳酸铁中铁的品位为0.49%,铁的分布率为0.99%;硫化铁中铁的含量为0.07%,铁分布率为0.14%。矿石中主要回收对象为褐铁矿。

表3 矿石铁化学物相分析结果Table 3 Iron chemical phase analysis results of the ore %

3 矿石的结构构造

3.1 矿石的构造

结合光学显微镜与矿石破碎后原矿样观察,可以发现矿石构造主要有块状、土状、层状(或结核状、鲕状)、凝胶状、蜂窝状、网脉状、树枝状、包裹状、浸染状等。

3.2 矿物的结构

矿石中各矿物颗粒的自身形态特征对矿物的解离有重要的影响,矿石中铁矿物多呈不规则粒状、板状和交代氧化假象结构,嵌布粒度极不均匀,少部分最大嵌布集合体粒度可达1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之间。脉石矿物粒度较细,多呈包裹体与铁矿物连生。

4 矿石主要矿物产出特征

4.1 褐铁矿的产出特征

褐铁矿是矿石的主矿物相,是金属铁的主要载体矿物,含量达65%。其产出状态复杂多样,主要以凝胶状、层状(或结核状、鲕状)、蜂窝状、网脉状、树枝状、包裹状、浸染状等形式与脉石连生,连接界面大多不规则,呈齿状交错分布。层状褐铁矿多与脉石交替分布(图1);鲕状褐铁矿壳核中心均包裹有石英或铁铝尖晶石(图1);蜂窝状、网脉状、树枝状、放射状褐铁矿沿脉石矿物裂隙、晶间隙分布,还有的褐铁矿经风化蚀变后微孔较发育,其孔中又嵌布微细的二氧化硅、黏土等泥质混合矿物(图1)。

图1 褐铁矿的产出特征Fig.1 Embedded characteristics of limonite

4.2 赤铁矿的产出特征

赤铁矿是矿石次要的铁元素载体矿物,含量较褐铁矿少。赤铁矿多以半自形和他形粒状产出,粒度相对较粗且均匀。赤铁矿风化蚀变程度较深,常分布在褐铁矿中,有的被褐铁矿沿粒间充填胶结,并被褐铁矿交代,风化蚀变为褐铁矿(图2)。

图2 赤铁矿的嵌布特征Fig.2 Embedded characteristics of hematite

4.3 磁铁矿的产出特征

磁铁矿也是矿石中铁元素的载体矿物,含量较少。磁铁矿多以半自形和他形粒状产出,粒度相对其他铁矿物较粗,最大可达1mm左右。完整未被氧化的磁铁矿少见,大多沿裂隙、晶间隙氧化但保留其晶型成假象赤铁矿,有的呈氧化残余被假象赤铁矿包裹(图3)。

图3 磁铁矿的嵌布特征Fig.3 Embedded characteristics of magnetite

4.4 非金属矿物的产出特征

石英多以他形粒状分散产出,粒度较细小均匀。石英常以细粒状散布于褐铁矿中呈褐铁矿包体,集中产出者较少。高岭石呈微晶或隐晶质产出,大多风化蚀变为土状的富铁高岭土等黏土矿物,与褐铁矿连生密切(图4)。

图4 褐铁矿的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of limonite

5 粒度组成分析

对矿石进行了粒度组成特性分析,结果如表4所示。

表4 矿石粒度组成分析结果Table 4 Particle size composition analysis results of the ore

由表4可知,矿石0.28 mm以上粒级含量较高,Fe的分布率可达51.41%;矿石中铁矿物在各个粒级中分布较均匀,铁品位均在50%左右;另外Al2O3在各粒级中含量均较高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在对后续铁精矿的质量具有一定的影响。

6 物理性质分析

为进一步探明矿石的流态化特性,对其进行了物理性质参数测定,结果如表5所示。

表5 原矿物理性质参数Table 5 Physical property parameters of the ore

由表5可知,矿石松散密度为1 250 kg/m3,堆实密度为1 490 kg/m3,真密度为3 390 kg/m3,堆积角为 32.38°,摩擦角为 28.33°。

7 矿石处理工艺建议

矿石中铁矿物以褐铁矿为主,还含有少量赤铁矿,脉石矿物主要为石英。矿石中部分铁矿物嵌布粒度微细,磨、选难度大,采用传统的磨矿—磁选工艺,部分铁矿物流失进入尾矿,导致精矿回收率偏低。对于此类铁矿资源,采用选冶联合工艺才能实现其高效利用已是业界的共识,其中磁化焙烧—磁选是最为有效的处理技术[17],因此推荐悬浮磁化焙烧—磁选作为实现该铁矿资源高效开发利用的新技术。

8 结 论

(1)马来西亚某褐铁矿铁品位为49.66%,主要杂质成分为 SiO2和 Al2O3,含量分别为6.23%和5.33%;矿石中还有少量的CaO,含量为0.11%,有害元素P、S含量较低,分别为0.074%、0.159%,烧失量为12.55%。

(2)矿石中的铁主要以褐铁矿的形式存在,非金属矿物主要为石英,其次为高岭石等。褐铁矿主要以凝胶状、层状(或结核状、鲕状)、蜂窝状、网脉状、树枝状、包裹状、浸染状等形式与脉石连生,连接界面大多不规则,呈齿状交错分布。矿石中铁矿物多呈不规则粒状、板状和交代氧化假象结构,嵌布粒度极不均匀,很少部分最大嵌布集合体粒度可达1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之间。脉石矿物粒度较细,多呈包裹体与铁矿物连生。

(3)粒度组成分析结果表明,样品中0.28 mm以上粒级含量较高,Fe的分布率可达51.41%;矿石中部分铁矿物在各个粒级中分布较均匀,铁品位均在50%左右;另外各粒级中Al2O3的含量较高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在对后续铁精矿的质量会有一定的影响。

(4)物理性质参数测定结果表明,矿样松散密度为1 250 kg/m3,堆实密度为1 490 kg/m3,真密度为3 390 kg/m3,堆积角为 32.38°,摩擦角为 28.33°。

(5)基于以上工艺矿物学及探索试验结果,推荐采用悬浮磁化焙烧技术处理该类马来西亚褐铁矿。