宣龍式鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學研究*

王守敬卞孝東張艷嬌劉廣學馬 馳

（1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心）

宣龍式鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學研究*

王守敬1，2卞孝東1，2張艷嬌1，2劉廣學1，2馬 馳1，2

（1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心）

為了給宣龍式鮞狀赤鐵礦石的大規模開發利用提供基礎參考資料，對其進行了工藝礦物學研究。結果表明：礦石中的脈石礦物可劃分為長石和石英等及黏土和云母等兩類。前者嵌布粒度較粗，與赤鐵礦關系不密切，較易通過選礦去除；后者嵌布粒度極細且與赤鐵礦緊密共生，難以通過選礦分離，但其燒失量較高，可以通過灼燒降低其含量。據此建議采用高梯度強磁選—反浮選—灼燒（可與煉鐵過程合并）工藝處理宣龍式鮞狀赤鐵礦石。最后在總結以往一些研究成果及本研究成果的基礎上，指出工藝礦物學研究應注重礦物集合體嵌布特征的研究。

宣龍式鮞狀赤鐵礦石 工藝礦物學 高梯度強磁選—反浮選 灼燒 礦物集合體嵌布特征

隨著我國國民經濟的快速發展，鋼鐵工業的原料供需矛盾日益突出。然而在我國鐵礦資源嚴重緊缺之時，卻有上百億t的復雜難選鐵礦石因為礦石本身的特點及選礦技術的局限性而幾乎沒有利用［1-2］，宣龍式鮞狀赤鐵礦石就是其中的典型代表。宣龍式鮞狀赤鐵礦石主要分布于河北宣化、龍關一帶，總儲量達1.41億t，是目前人們公認最難選的鐵礦石之一。本課題在宣化、龍關一帶3個代表性取樣點采取不同層位的宣龍式鮞狀赤鐵礦石樣品組成混合樣進行工藝礦物學研究，以期為今后該鐵礦石資源的大規模開發提供基礎參考資料。

1 礦石物質組成

1.1 礦石化學組成

礦石樣品的化學多元素分析結果和鐵物相分析結果見表1和表2。

表1 礦石化學多元素分析結果 %

表2 礦石鐵物相分析結果 %

從表1可知，礦石中鐵含量較高，有害元素硫、磷含量很低。由表2可知，礦石中鐵主要以赤褐鐵礦形式存在，赤褐鐵礦中鐵的分布率為87.83%，其次以菱鐵礦形式存在，菱鐵礦中鐵的分布率為10.21%，兩者合計達98.04%。

1.2 礦石礦物組成

通過X射線衍射分析、光（薄）片鏡下測定以及人工重砂分析等方法，查明礦石中主要礦物為赤鐵礦、菱鐵礦、石英、黏土礦物等，各種礦物的含量見表3。

表3 礦石礦物含量 %

2 主要礦物嵌布特征

2.1 赤鐵礦

赤鐵礦是礦石中主要的有用礦物，在礦石中的含量為60.8%。

顯微鏡觀察顯示，赤鐵礦具有兩種賦存狀態：大部分呈鮞狀分布（圖1），少量呈他形粒狀分布（圖2）。

圖1 赤鐵礦與脈石礦物集合體呈環狀分布在石英周圍

鮞狀分布的赤鐵礦粒度極細，多以膠狀存在，與黏土礦物和微細粒云母等呈集合體形態產出。集合體粒度較粗，一般為0.5～10 mm，呈鮞狀或豆狀。鮞粒中心一般有1顆石英顆粒，赤鐵礦和脈石礦物集合體沿石英顆粒邊緣一層層生長，形成紋層狀集合體包裹石英顆粒。紋層厚度一般只有幾微米。電子探針線掃面分析結果顯示，不同紋層中鋁、硅、鉀和鐵的含量變化很大。

他形粒狀赤鐵礦可能是礦石變質過程中的重結晶產物，主要分布在鮞粒之間，粒度一般為0.05～0.2 mm。

圖2 他形粒狀赤鐵礦

2.2 菱鐵礦

菱鐵礦在礦石中的含量為11.7%，主要作為基質膠結鮞粒和石英（圖3）。單個菱鐵礦粒度較細，但大部分菱鐵礦都呈集合體形態產出。集合體粒度較粗，其形狀主要受空隙形狀控制。

圖3 菱鐵礦分布在鮞粒和石英顆粒之間

2.3 石英和長石

石英和長石在礦石中的含量為13.8%，多為磨圓狀，呈浸染狀分布在礦石中或鮞粒中心。石英和長石粒度較粗（圖4）。

圖4 石英粒度較粗，具有一定磨圓度

對石英和長石進行詳細的粒度統計，結果見表4。

從表4可以看出，石英和長石的粒度大多在0.1～0.2 mm，較易通過選礦除去。除去石英和長石相當于除去了脈石礦物的一半。

表4 原生石英和長石的粒度分布

2.4 云母和黏土礦物

云母和黏土礦物在礦石中的含量分別為4.5%和9.1%。它們粒度極細，與赤鐵礦構成集合體，呈鮞狀或豆狀分布（圖5）。

圖5 黏土礦物呈紋層狀分布

3 單礦物分析

分別挑選鮞粒中的富鐵紋層和貧鐵紋層單礦物，分析其灼燒前后的鐵含量，分析結果見表5。

表5 鮞粒中不同紋層灼燒前后的鐵含量 %

從表5可以看出，富鐵紋層中全鐵含量為61.42%，貧鐵紋層中全鐵含量僅為49.83%，因此要想直接通過選礦獲得全鐵品位60%以上的精礦，就必須拋掉貧鐵紋層，這對鐵回收率影響很大。進一步的研究顯示，雖然貧鐵紋層全鐵含量較低，但是黏土礦物等含水礦物含量較高，導致其燒失量達到13.49%，灼燒后全鐵含量可以達到57.60%，因此，通過選礦將精礦全鐵品位提高到合適水平后再進行灼燒處理，將有可能得到合格精礦。

4 選礦產品灼燒試驗

根據以上研究結果，將礦樣按圖6流程進行SLon－100磁選機高梯度強磁選—反浮選，然后對反浮選產品進行灼燒試驗，選別指標及反浮選產品灼燒后鐵品位的變化見表6。

圖6 高梯度強磁選—反浮選試驗流程

表6 選礦及灼燒試驗結果 %

從表 6可以看出：選礦精礦的鐵品位為60.18%、鐵回收率為54.74%，灼燒后鐵品位提高到62.14%。如果將精礦、中礦1、中礦2和中礦3合并，即反浮選只進行1次粗選和1次掃選，則可以得到鐵品位為57.10%、鐵回收率為69.36%的粗精礦，粗精礦經灼燒后，鐵品位可達到59.99%。

由于目前所有的煉鐵工藝中都有加溫的過程，因此選礦時可以不對精礦進行灼燒處理，即選礦時只要將精礦鐵品位提高到57.10%以上，即可直接用于煉鐵。

5 討 論

5.1 選礦方案建議

宣龍式鮞狀赤鐵礦石的處理方案一般有直接選礦［3-4］和冶金處理后再選礦［5-7］兩種。冶金處理后再選礦方案就是先通過直接還原或磁化焙燒使赤鐵礦轉變為易選的金屬鐵或磁鐵礦，再通過選礦獲得合格的精礦產品。該方案雖然選礦指標很好，但由于成本過高，一直未能工業化。直接選礦方案很難獲得合格的鐵精礦，即使獲得了合格精礦，鐵回收率也非常低。

本次研究發現宣龍式鮞狀赤鐵礦石中石英和長石粒度較粗，較易通過選礦方法去除。黏土礦物和云母粒度極細，與赤鐵礦關系緊密，很難通過選礦方法將它們分離。但黏土礦物和菱鐵礦等礦物燒失量較高，可以通過灼燒降低其在礦石中的含量，從而提高礦石鐵品位。因此建議采用先通過選礦方法獲得粗精礦，再對粗精礦進行灼燒處理的聯合方案來利用宣龍式鮞狀赤鐵礦石。

本方案可克服直接選礦方案精礦品位低、回收率低的問題。同時本方案只需對礦石進行磨礦，而不像冶金處理后再選礦方案那樣不僅要對礦石進行磨礦，還要對冶金處理產品進行磨礦。更為重要的是，本方案中的灼燒作業只是簡單的加溫過程，而煉鐵作業也要加溫，因此可以將灼燒處理和煉鐵過程合并，從而最大程度地節省成本。

5.2 對工藝礦物學研究的一點思考

隨著人類工業文明的發展，大量富礦、易選礦首先得到開發，并有開發殆盡的趨勢。目前開發的礦產多有“貧、細、雜”的特點。對待這種“貧、細、雜”礦產，選礦的基本思路是細磨深選。而工藝礦物學研究者受選礦細磨深選思想的影響，多注重礦物粒度、礦物之間的嵌布關系等礦石結構方面的研究，而對礦物集合體之間的嵌布關系，即礦石構造關注不夠。

事實上，關注礦石中礦物集合體的賦存特征往往能更科學地指導選礦方案的制定。

李英堂等［8］對遼寧硼鎂鐵礦石的工藝礦物學研究顯示：礦石中礦石礦物硼鎂石和磁鐵礦嵌布粒度細微，共生關系密切復雜，它們的集合體具強磁性；2種主要脈石礦物葉蛇紋石和斜硅鎂石也緊密嵌布，其集合體的粒度遠遠大于礦石礦物的粒度。據此，他們提出了粗粒拋尾方案，并取得了很好的選礦試驗結果。

筆者［9］在對河南上房溝滑石型鉬鐵多金屬礦石的工藝礦物學研究中發現，礦石中的磁鐵礦與鎂質矽卡巖類礦物（部分在后期蝕變為滑石）呈條帶狀互層分布，輝鉬礦和石英呈脈狀分布且關系不緊密，從而提出了粗粒磁選除滑石的預選方案，以消除滑石對輝鉬礦浮選的影響。該方案的有效性在工業試驗中得到了驗證［10］。

本研究根據礦石的結構構造特征，將礦石中的脈石礦物劃分為與赤鐵礦緊密共生的黏土礦物和云母等微細粒脈石礦物及嵌布粒度較粗的長石和石英顆粒兩類，并提出對兩類脈石礦物采取不同的處理方案，即對長石和石英采用高梯度強磁選—反浮選方法進行去除，對黏土礦物和云母等微細粒脈石礦物則采用灼燒方法降低其結晶水含量，從而提高精礦鐵品位。灼燒試驗證明該方案是可行的。

總之，深入研究礦石中礦物集合體的嵌布特征，對于解決“貧、細、雜”礦產資源的選礦問題具有重要意義。

6 結 論

（1）宣龍式鮞狀赤鐵礦石中石英、長石等礦物粒度較粗，較易通過選礦去除；黏土礦物和菱鐵礦燒失量較高，可以通過灼燒降低其含量。因此，建議采用高梯度強磁選—反浮選—灼燒（可與煉鐵過程合并）工藝處理宣龍式鮞狀赤鐵礦石。

（2）在工藝礦物學研究中應多關注礦物集合體的嵌布特征。

［1］張錦瑞，胡力可，梁銀英.我國難選鐵礦石的研究現狀及利用途徑［J］.金屬礦山，2007（11）：6-9.

［2］張錦瑞，胡力可，梁銀英，等.難選鮞狀赤鐵礦的研究利用現狀及展望［J］.中國礦業，2007（7）：74-76.

［3］孫 達.提高某地鮞狀赤鐵礦回收率的試驗研究［J］.礦冶工程，2011，31（1）：43-50.

［4］牛福生，白麗梅，吳 根，等.宣鋼龍煙鮞狀赤鐵礦強磁—反浮選試驗研究［J］.金屬礦山，2008（2）：49-52.

［5］梅光軍，饒 鵬，余永富，等.河北某鮞狀（菱）赤鐵礦選礦試驗研究［J］.武漢理工大學學報，2008，30（12）：63-66.

［6］白麗梅，劉麗娜，李 萌，等.張家口地區鮞狀赤鐵礦還原焙燒—弱磁選試驗研究［J］.中國礦業，2009，18（3）：83-87.

［7］劉紅召，曹耀華，高照國.某宣龍式鮞狀赤鐵礦深度還原—磁選試驗［J］.金屬礦山，2012（5）：85-87.

［8］李英堂，田淑艷，汪美鳳.應用礦物學［M］.北京：科學出版社，1995：261-266.

［9］王守敬，卞孝東，馬 馳.上房溝高滑石型鉬鐵礦石工藝礦物學研究［J］.金屬礦山，2011（8）：94-97.

［10］趙 平，邵偉華，常學勇，等.上房溝滑石型鉬礦工業試驗研究報告［R］.鄭州：中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，2011.

Study on Process M ineralogy of Xuanlong Type Oolitic Hematite

Wang Shoujing1，2Bian Xiaodong1，2Zhang Yanjiao1，2Liu Guangxue1，2Ma Chi1，2
（1．Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS；2．China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals）

In order to provide the reference basis for large-scale development and utilization of Xuanlong-style oolitic hematite，its processmineralogy research was carried out.The results showed that：gangueminerals in the ore can be classified as two categories consisting of feldspar，quartz etc.and clay，mica etc.The former is disseminated coarsely with no close relationship with hematite.So it is easy to be removed through the beneficiation process.The latter is finely disseminated and closely associated with hematite，resulting that it is difficult to be removed.But it has a higher LOI，and can be reduced through roasting.Accordingly，the process of high-gradient high intensity magnetic separation-reverse flotationroasting（can bemerged with iron-making process）is recommended to treat Xuanlong type oolitic hematite.Finally，based on summarizing some previous research results and this study above，it is pointed out that the processmineralogy should focus on studying the disseminated characteristics ofmineral aggregates.

Xuanlong-type oolitic hematite，Processmineralogy，High gradient high intensity magnetic separation-reverse flotation，Roasting，Disseminated feature ofmineral aggregate

2013-06-24）

*中國地質調查局地質調查評價項目（編號：1212011120303）。

王守敬（1982—），男，助理研究員，碩士，450006河南省鄭州市隴海西路328號。