研山鐵礦石工藝礦物學(xué)研究

韓秀麗 張 韓 劉麗娜 劉 磊 潘苗苗 張龍飛

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院;2.河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)室)

研山鐵礦區(qū)地處河北灤縣，屬司家營(yíng)鐵礦二期采選工程項(xiàng)目，是冀東鐵礦區(qū)的重要組成部分。司家營(yíng)鐵礦床屬于鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，礦體南北10 km，以S6勘探線為界被分為南北兩區(qū)，南區(qū)資源儲(chǔ)量為14.65億t，北區(qū)資源儲(chǔ)量為8.83億t。研山鐵礦屬于北礦區(qū)，又分為東、西兩部分，全部采用露天開(kāi)采方式開(kāi)采。隨著二期工程的建成投產(chǎn)，司家營(yíng)鐵礦已成為目前亞洲最大鐵礦［1］。但二期工程礦石性質(zhì)與一期工程礦石性質(zhì)存在差異［2-5］，導(dǎo)致選礦生產(chǎn)指標(biāo)波動(dòng)較大，達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)。本課題對(duì)研山鐵礦石進(jìn)行礦物工藝學(xué)研究，旨在為司家營(yíng)鐵礦二期工程選礦指標(biāo)的優(yōu)化提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

研山鐵礦位于新河復(fù)式背斜坡西翼、司家營(yíng)復(fù)式向斜東翼，出露地層以太古界、元古界和第四系為主。太古界地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，主要由一套變質(zhì)程度較淺，巖性較簡(jiǎn)單的變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。第四系地層分布廣泛，占礦區(qū)面積(10 km2)的70%以上;地表出露以亞砂土為主，次為坡積物、殘積物;地層走向近南北，傾向西，傾角40°°～50°，礦體內(nèi)小型褶皺發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有北北東向、北北西向和近東西向3組。區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的侵入巖體，僅在個(gè)別鉆孔中見(jiàn)有產(chǎn)狀不清、厚度較大的黑云霓輝正長(zhǎng)巖。除此之外，還有一些中基性脈巖－變質(zhì)輝長(zhǎng)巖脈等［6］。

2 礦石物質(zhì)組成

2.1 礦石化學(xué)組成

對(duì)東、西部混合礦石進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表1所示。可見(jiàn)，礦石的鐵品位達(dá)到工業(yè)指標(biāo)，硫、磷含量較低，脈石以硅酸鹽為主。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

分別取東、西部礦石樣品送河北地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)進(jìn)行鐵的化學(xué)物相分析，結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 東、西部礦石鐵物相分析結(jié)果 %

從表2可以看出，東、西部礦石的鐵品位都在22%左右，碳酸鐵和硫化鐵所占比例都較小，但磁性鐵和赤(褐)鐵的分布率相差較大:東部礦石分別為32.7%和53.52%，而西部礦石分別為10.68%和78.01%。此外，東、西部礦石分別有10.93%和8.41%的鐵以硅酸鐵形式存在，將使鐵回收率受到一定影響。

由于東、西部礦石中磁鐵礦和赤(褐)鐵礦的比例存在較大差異，因此選礦廠應(yīng)做好配礦工作，以穩(wěn)定入選礦石中東、西部礦石的比例。

2.2 礦石中礦物組成

在Axioskop 40型偏/反兩用顯微鏡下觀察，東、西部礦石的礦物組成都較簡(jiǎn)單:鐵礦物都以赤鐵礦為主，其次為磁鐵礦，有少量到微量褐鐵礦和黃鐵礦，這與鐵物相分析結(jié)果一致;脈石礦物主要為石英，含量在65%左右，其次為長(zhǎng)石、方解石、綠泥石，有微量角閃石。

3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石以中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)為主，伴有包含變晶結(jié)構(gòu)。

中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)中赤鐵礦主要呈半自形晶到他形晶鑲嵌于石英顆粒中(圖1)，礦物顆粒具有明顯的定向排列特征(圖2、圖3)。

圖1 赤鐵礦鑲嵌于石英顆粒中

圖2 脈石礦物定向排列

圖3 赤鐵礦定向排列

交代結(jié)構(gòu)大多表現(xiàn)為假象赤鐵礦對(duì)磁鐵礦的不完全交代，個(gè)別表現(xiàn)為全部交代，只保留有磁鐵礦的晶形(圖4)。

圖4 假象赤鐵礦交代磁鐵礦

包含變晶結(jié)構(gòu)中的鐵礦物粒度很細(xì)，多數(shù)被包裹在他形石英顆粒中。

礦石構(gòu)造主要是條帶狀構(gòu)造和揉皺構(gòu)造。

條帶狀構(gòu)造中鐵礦物條帶與脈石礦物條帶相間排列(圖5)，由于部分礦石中脈石礦物條帶較寬，初步可判斷礦石礦物含量較少。

圖5 條帶狀構(gòu)造

揉皺構(gòu)造主要為鐵礦物條帶和脈石礦物條帶的規(guī)則彎曲(圖6)。

圖6 揉皺構(gòu)造

4 主要礦物賦存特征

(1)赤鐵礦。赤鐵礦是礦石中主要的含鐵礦物，顆粒主要呈半自形晶至他形晶，部分呈磁鐵礦的假象和半假象。赤鐵礦分布不均勻，嵌布粒度大小不一，一般0.02～0.1 mm，以細(xì)粒級(jí)為主。細(xì)粒赤鐵礦多包裹于脈石礦物中(圖7);個(gè)別樣品中赤鐵礦粒度相對(duì)較粗，與石英、長(zhǎng)石等脈石礦物多呈不規(guī)則毗連或包裹有不規(guī)則脈石礦物顆粒(圖8)。

圖7 細(xì)粒赤鐵礦包裹于石英中

圖8 石英包裹于粗粒赤鐵礦中

(2)磁鐵礦。磁鐵礦含量較少(個(gè)別樣品中磁鐵礦含量相對(duì)較高)，主要呈自形晶，部分被赤鐵礦化。磁鐵礦除了少數(shù)呈細(xì)小的單個(gè)顆粒外，多數(shù)粒度相對(duì)較大，一般為0.05～0.20 mm，與石英主要呈規(guī)則毗連。

(3)褐鐵礦。褐鐵礦含量很少，一般呈星點(diǎn)狀，部分晶形較好，嵌布粒度以細(xì)粒為主，一般為0.02～0.06 mm。

(4)黃鐵礦。黃鐵礦僅在個(gè)別礦塊中出現(xiàn)，主要呈浸染狀分布在石英中，晶型不規(guī)則(圖9)。

圖9 不規(guī)則晶形的黃鐵礦

(5)石英。石英為主要脈石礦物，多呈他形粒狀，嵌布粒度大小不一，以粗粒為主，一般0.1～0.5 mm，最小0.05 mm，最大達(dá)2 mm以上。

(6)長(zhǎng)石。長(zhǎng)石多出現(xiàn)在細(xì)條帶里，少數(shù)長(zhǎng)石分散于石英和方解石顆粒之間。晶形較完好，聚片雙晶和格子雙晶比較常見(jiàn)。

(7)方解石。方解石主要呈脈狀充填狀，晶體粗大，部分達(dá)到6 mm以上。

從整體上看，主要鐵礦物赤鐵礦多屬于細(xì)粒包裹型，但主要脈石礦物石英的粒度較粗，因此宜采用階段磨選工藝，即在較粗磨礦細(xì)度下先拋棄大部分石英。

5 鐵礦物粒度特性

5.1 鐵礦物嵌布粒度

運(yùn)用過(guò)尺線測(cè)法［7］測(cè)定東、西部代表性礦石薄片中鐵礦物的嵌布粒度，結(jié)果如圖10所示。

圖10 東、西部礦石鐵礦物粒度分布

由圖10可以看出:東部礦石鐵礦物主要分布在0.02～0.16 mm，其中40.02%的鐵礦物嵌布粒度為0.04～0.08 mm，68.68%的鐵礦物嵌布粒度小于0.08 mm，7.51%的鐵礦物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度為0.083 mm;西部礦石鐵礦物的嵌布粒度相對(duì)比較均勻，其中30.27%的鐵礦物嵌布粒度為0.04～0.08 mm，63.30%的鐵礦物嵌布粒度小于0.08 mm，13.76%的鐵礦物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度為0.088 mm。總體來(lái)看，礦石中鐵礦物嵌布粒度較細(xì)，應(yīng)細(xì)磨。

5.2 鐵礦物解離性能

將東、西部礦石分別破碎、磨細(xì)至－200目占65%、75%、85%、95%后進(jìn)行鐵礦物單體解離度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3;對(duì)－200目占75%的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行各粒級(jí)鐵礦物單體解離度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。離性能是不一樣的，這從另一個(gè)方面說(shuō)明了做好入選礦石配礦工作的必要性。

6 結(jié)論

表3 不同細(xì)度磨礦產(chǎn)品的鐵礦物單體解離度 %

(1)研山鐵礦石屬于低品位赤鐵礦－磁鐵礦混合礦石，鐵品位在22%左右，但東、西部礦石中赤(褐)鐵礦和磁鐵礦的比例相差較大，東部礦石分布于赤(褐)鐵礦和磁鐵礦中的鐵分別占53.52%和32.7%，而西部礦石分布于赤(褐)鐵礦和磁鐵礦中的鐵分別占78.01%和10.68%。

(2)研山鐵礦石中鐵礦物嵌布粒度較細(xì)，東、西部礦石鐵礦物的平均嵌布粒度分別為0.083 mm和0.088 mm，但主要脈石礦物石英粒度較粗。

(3)由于鐵礦物嵌布粒度較細(xì)，因此須在較高的磨礦細(xì)度下才能達(dá)到較好的單體解離，且東、西部礦石中鐵礦物的單體解離性能不一致。

(4)根據(jù)以上研究結(jié)果，研山鐵礦要改善選礦指標(biāo)主要應(yīng)從以下兩方面著手:一是做好東、西部礦石的配礦工作，以保證入選礦石性質(zhì)的穩(wěn)定;二是優(yōu)化磨礦工藝，既使石英等脈石礦物得到盡早拋棄，又使鐵礦物能較充分地單體解離。

表4 －200目75%磨礦產(chǎn)品各粒級(jí)鐵礦物單體解離度

表3表明，雖然隨磨礦細(xì)度的變細(xì)，鐵礦物的單體解離度逐漸提高，但磨礦細(xì)度為－200目占95%時(shí)，東、西部礦石中鐵礦物的單體解離度只有81.97%和80.21%;表4表明，東、西部礦石中 －0.03 mm粒級(jí)的鐵礦物單體解離度才能達(dá)到92.70%和91.39%。這與上述主要礦物的賦存特征和鐵礦物的嵌布粒度分析結(jié)果相符。

從表3還可以看出，東、西部礦石中鐵礦物的解

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