鞍鋼東部尾礦工藝礦物學研究

唐志東 陳國巖 曲孔輝 韓躍新

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110819；2.鞍鋼礦業集團關寶山礦業有限公司，遼寧鞍山114043）

我國是鋼鐵生產大國，但鐵礦石鐵品位低，鐵尾礦產出率較高，通常達到60%以上［1］。目前，國內鐵礦山尾礦再選綜合利用率低，對于鐵尾礦的處理方法普遍是堆放于尾礦壩中。這不僅要浪費大量土地，還會消耗大量資金用于尾礦壩的建設和維護，甚至會引發安全事故［2-3］。此外，尾礦中的有害物質，如殘留的選礦藥劑、重金屬等對生態環境造成嚴重的影響［4-5］。鞍鋼礦業集團東部尾礦為齊大山選礦廠（齊選）、齊大山鐵礦選礦車間（齊礦）和鞍千礦業公司選礦廠（鞍千）排放的混合尾礦，年排放量2 850萬t，屬于高硅（SiO2＞65%）、含鐵（TFe＞10%）、低硫磷型尾礦［6］，具有較大的潛在回收價值，對該尾礦中鐵礦物的再次回收利用，具有顯著的經濟、社會和環境效益。

無論是對原生礦石還是礦山尾礦，詳細的工藝礦物學研究對選礦工藝流程的制定均具有非常重要的作用［7-10］，但目前關于鞍鋼東部尾礦工藝礦物學鮮有詳盡的研究。本文通過光學顯微鏡、X射線衍射、化學分析等手段對該尾礦的工藝礦物學特性進行了詳細研究，為該尾礦的綜合利用提供依據［11，12］。

1 試樣的化學組成

試驗礦樣由鞍鋼礦業公司提供，為齊選、齊礦和鞍千3個選廠尾礦的混合樣，按照3個選廠尾礦年產量進行配比，得到的試樣細度及鐵品位情況如表1所示。

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試樣化學成分分析結果見表2。

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由表2可知，試樣主要有價元素Fe品位為10.60%，主要雜質成分為SiO2，含量高達76.22%，有害元素S、P含量很低。因此，試樣為高硅、低硫磷型鐵尾礦。

為確定試樣中鐵元素賦存狀態，對鐵元素進行了物相分析，結果見表3。

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由表3可知，試樣中鐵主要以赤（褐）鐵、磁性鐵的形式存在，是選礦的主要回收對象，這些鐵占總鐵量的90.11%，其余鐵則分布于硅酸鐵、碳酸鐵、硫化鐵等礦物中。

2 試樣的礦物組成

試樣X射線衍射分析結果見圖1，主要礦物組成分析結果如表4所示。

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由圖1和表4可知，試樣中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，其次是褐鐵礦；主要脈石礦物為石英，其次是絹云母和綠泥石等。

3 試樣篩分分析

試樣篩分分析結果見表5。

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由表5可以看出，粒級越細，鐵品位越高，表明鐵礦物在細粒級有明顯的富集現象，-0.037 mm粒級鐵品位最高，達17.65%，對應的鐵分布率為54.93%。

4 試樣結構構造

4.1 試樣結構

（1）交代結構。試樣中赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和孔隙交代磁鐵礦，形成交代結構。

（2）自形—半自形晶結構。部分包裹在脈石礦物中的赤鐵礦、磁鐵礦以自形—半自形粒狀產出，晶面較完整的形成自形晶結構，僅保持部分晶面完好的形成半自形晶結構。

（3）填隙結構。試樣中褐鐵礦沿赤鐵礦的裂隙、孔洞充填，形成填隙結構。

（4）包含結構。試樣中不同鐵礦物之間或鐵礦物與脈石之間呈現相互包裹的現象，形成包含結構。

4.2 試樣構造

（1）片狀、網格狀構造。試樣中部分磁鐵礦被赤鐵礦沿解理縫交代呈片狀、網格狀構造。

（2）浸染狀構造。試樣中部分赤鐵礦、磁鐵礦以細粒狀浸染在脈石礦物中，形成浸染狀構造。

（3）脈狀穿插構造。試樣中鐵礦物呈脈狀貫穿于脈石礦物中，形成脈狀穿插構造。

5 試樣主要礦物嵌布特征

5.1 赤鐵礦

赤鐵礦是試樣中的主要金屬礦物，含量為9.75%。常見赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和孔隙交代磁鐵礦，有的以片狀、格狀沿磁鐵礦解理分布，與之形成連生顆粒（圖2（a）），少量以單體形式存在。在赤鐵礦與脈石礦物結合形成的連生體中，較多為沿邊界線呈線性彎曲狀的毗連型連生體，少量赤鐵礦的裂隙和孔洞中充填細粒的脈石礦物形成反包裹型連生體，有的以細粒狀包裹、半包裹在脈石礦物中形成包裹型連生體，還有少部分赤鐵礦以細脈狀充填在脈石礦物中形成細脈型連生體（圖2（b））。

5.2 磁鐵礦

磁鐵礦是試樣中的主要磁性礦物，含量為3.94%，多數呈細小粒狀嵌布，少量包裹在脈石礦物中的磁鐵礦呈自形、半自形粒狀分布。磁鐵礦單體數量較少，大部分與赤鐵礦和脈石礦物結合形成多種類型的連生體，磁鐵礦與脈石礦物多形成毗連型連生體，少量磁鐵礦包裹在脈石礦物中，形成包裹型連生體（圖2（c）、（d））。磁鐵礦與褐鐵礦結合形成的連生體較少見。

5.3 褐鐵礦

試樣中褐鐵礦含量較少，僅為1.34%，主要呈粒狀分布，解離度較低，常與赤鐵礦結合形成連生體，沿赤鐵礦的裂隙、孔洞充填（圖2（d）），有的褐鐵礦中包裹細粒的赤鐵礦，使得褐鐵礦與赤鐵礦之間較難解離。

5.4 脈石礦物

脈石礦物主要為非金屬礦物，呈粒狀，以細粒分布為主，粒度較赤鐵礦、磁鐵礦略粗。大部分脈石礦物呈單體顆粒形式存在（圖2（b）），部分脈石礦物與赤鐵礦、磁鐵礦等結合形成連生體顆粒。脈石礦物的連生體主要包括與鐵礦物毗連結合形成毗連型連生體，少量脈石礦物包裹細粒的鐵礦物形成包裹型連生體，另有極少量脈石礦物充填在赤鐵礦的孔隙中形成反包裹型連生體。

6 主要礦物浸染粒度及解離度特征

6.1 主要礦物浸染粒度

試樣中主要礦物的嵌布粒度見圖3。

從圖3可以看出，試樣中赤鐵礦在0.074 mm以上粒級中的分布率僅為4.72%，而在0.037 mm以下粒級中的分布率高達72.40%，可見赤鐵礦的嵌布粒度較細；磁鐵礦顆粒均分布在0.074 mm以下粒級中，在0.037 mm以下粒級中的分布率高達77.27%，磁鐵礦嵌布粒度較赤鐵礦更細；脈石礦物石英嵌布粒度明顯較鐵礦物粗，但仍以細粒為主，0.074 mm以下粒級分布率達61.94%。綜合來看，鐵礦物粒度不均勻，細粒赤鐵礦和磁鐵礦含量高，不利于鐵礦物的單體解離。

6.2 主要礦物解離度特征

對試樣中赤鐵礦、磁鐵礦和脈石礦物的解離情況進行考察，結果見表6。

注：Ht-赤鐵礦，Mt-磁鐵礦，Lim-褐鐵礦，G-脈石礦物

由表6可知，赤鐵礦、磁鐵礦、脈石礦物的單體解離度分別為57.55%、42.05%、73.79%，連生體主要為赤鐵礦—脈石礦物型連生體、磁鐵礦—脈石礦物型連生體、赤鐵礦—磁鐵礦型連生體和赤鐵礦—磁鐵礦—脈石礦物型連生體。由主要礦物解離情況考察結果可知，赤鐵礦、磁鐵礦的單體解離度較低，多以連生體的形式存在，盡管可以利用磁選技術對其進行回收獲得鐵精礦，但因其連生脈石礦物，所得精礦的鐵品位不會太高。若要高效回收其中的鐵礦物，必須使鐵礦物充分解離，尤其要減少弱磁性鐵礦物貧連生體的含量，因此需在預富集工藝中加入磨礦作業。

7 試樣預富集方法建議

試樣主要鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，且赤鐵礦和磁鐵礦顆粒粒度較細，大部分小于0.037 mm，其中-0.01 mm粒級中赤鐵礦和磁鐵礦含量均為15%左右，且赤鐵礦和磁鐵礦單體解離度較低，分別為57.55%和42.05%，這是鐵礦物流失的重要原因。因此，欲提高預富集精礦品位，必須進行磨礦以提高鐵礦物單體解離度。考慮到東部尾礦全部入磨量過大，投資高，生產成本大，因此，確定了東部尾礦預富集原則流程為磁選預先拋尾—磨礦—弱磁選—強磁選。根據探索試驗推薦的預富集流程見圖4。

8 結論

（1）鞍鋼東部尾礦中主要有價元素鐵品位為10.60%，鐵主要以赤（褐）鐵礦、磁性鐵的形式存在，分別占總鐵的63.34%和26.77%；主要脈石成分為SiO2，含量高達76.22%，有害元素S、P含量很低。

（2）試樣中鐵礦物粒度細小，赤鐵礦和磁鐵礦在-0.037 mm粒級有明顯的富集現象，分布率分別為72.40%、77.27%；脈石礦物嵌布粒度較粗，在0.074 mm以下粒級分布率為61.94%。赤鐵礦、磁鐵礦、脈石礦物的單體解離度分別為57.55%、42.05%、73.79%。

（3）試樣鐵礦物嵌布粒度不均勻，且與脈石礦物緊密共生，嵌布關系復雜，若要高效回收其中的鐵礦物，必須使鐵礦物充分解離，因此在預富集工藝中加入磨礦作業。推薦的預富集工藝流程為磁選預先拋尾—磨礦—弱磁選—強磁選。

［1］ 劉 露，鄭 衛，李 潘，等.鐵尾礦制磚研究與利用現狀［J］.四川有色金屬，2008，9（3）：36-40.Liu Lu，Zheng Wei，Li Pan，et al.Current situation of utilization and study on iron tailing in brick［J］.Sichuan Nonferrous Metals，2008，9（3）:36-40.

［2］ 張淑會，薛向欣，金在峰.我國鐵尾礦的資源現狀及其綜合利用［J］.材料與冶金學報，2004，3（4）：241-244．Zhang Shuhui，Xue Xiangxin，Jin Zaifeng.Current situation and comprehensive utilization of iron ore tailings resources in our country［J］.Journal of Materials and Metallurgy，2004，3（4）:241-244.

［3］ 徐鳳平，周興龍，胡天喜.我國尾礦資源利用現狀及建議［J］.云南冶金，2007，36（4）：25-28.Xu Fengping，Zhou Xinglong，Hu Tianxi.Current situation of using tailing resource in our country and some suggestions［J］.Yunnan Metallurgy，2007，36（4）:25-28.

［4］ 孟躍輝，倪 文，張玉燕.我國尾礦綜合利用發展現狀及前景［J］.中國礦山工程，2010，39（5）：4-9.Meng Yuehui，Ni Wen，Zhang Yuyan.Current state of ore tailings reusing and its future development in China［J］.China Mine Engineering，2010，39（5）:4-9.

［5］ 李 瑾，倪 文，范敦城，等.齊大山鐵尾礦工藝礦物學研究［J］.金屬礦山，2014（1）：158-162 Li Jin，Ni Wen，Fan Duncheng，et al.Process mineralogy research on iron tailings from Qidashan［J］.Metal Mine，2014（1）:158-162.

［6］ 宋玉錚.鞍鋼礦業集團改寫我國傳統鐵礦尾礦選礦工藝［EB/OL］.Http://www.csteelnews.com/qypd/qyzx/201611/t20161125_319296.html，2016-11-25.Song Yuzheng.Anshan iron and steel mining group rewrite China’s traditional iron ore tailings processing technology［EB/OL］.Http://www.csteelnews.com/qypd/qyzx/201611/t20161125_319296.html，2016-11-25.

［7］Hope G A，Woodsy R，Munce C G.Raman microprobe mineral identification［J］.Minerals Engineering，2001，14（12）:1565-1577．［8］Santos L D，Brandao P R G.Morphological varieties of goethite in iron ores from Minas Gerais，Brazil［J］.Minerals Engineering，2003，16（11）:1285-1289．

［9］ 孫永升，韓躍新，高 鵬，等.高磷鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學研究［J］.東北大學學報:自然科學版，2013，34（12）：1773-1777.Sun Yongsheng，Han Yuexin，Gao Peng，et al.Study on process mineralogy of a high phosphorus oolitic hematite ore［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2013，34（12）:1773-1777.

［10］唐志東，李文博，高 鵬，等.朝陽釩鈦磁鐵礦工藝礦物學研究［J］.東北大學學報：自然科學版，2017，38（12）：1769-1774.Tang Zhidong，Li Wenbo，Gao Peng，et al.Mineralogical study of vanadium titanium magnetite ore in Chaoyang［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2017，38（12）:1769-1774.

［11］Petit Dominguez M D，Rucandio M I，Galan Saulnier A，et al.Usefulness of geological，mineralogical，chemical and chemometric analytical techniques in exploitation and profitability studies of iron mines and their associated elements［J］.Journal of Geochemical Exploration，2008，98（3）:116-128．

［12］Donskoi E，Suthers S P，Fradd S B，et al.Utilization of optical image analysis and automatic texture classification for iron ore particle characterization［J］.Minerals Engineering，2007，20（5）:461-471．