齊大山含碳酸鹽鐵礦石工藝礦物學研究

陳洪彬 王建雄 劉志斌 劉 杰 張 毅

（1.鞍山鋼鐵集團有限公司齊大山選礦廠，遼寧鞍山114043；2.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110819）

由于我國鐵礦資源“貧、細、雜”的特點，導致97%以上的鐵礦石需要經過復雜的選礦工藝處理，才能達到入爐冶煉的要求。由于鐵礦石復雜難選，未開發礦區資源量高達529.2億t，資源開發利用率不足35%，其中多為復雜難選鐵礦石[1，2]。隨著我國鋼鐵工業的快速發展和國內高品質鐵礦石資源的快速枯竭，我國鐵礦石對外依存度逐年上升，連續5年超過75%，中國鋼鐵工業的國際話語權和資源安全性進一步降低[3，4]。

齊大山鐵礦是鞍鋼集團的主要原料基地之一，累計探明儲量為17.3億t，其為沉積變質型鐵礦床，鐵礦石以假象赤礦石、磁鐵礦石和半氧化礦石為主，屬難選鐵礦石[5]。因此，加強齊大山鐵礦石高效利用研究，對保障鞍鋼鐵礦資源的供給安全，具有重要意義。齊大山鐵礦采場按礦石性質劃分區域，并對選取各區域的采場樣品及采場綜合樣進行分析，其中FeCO3、CaO、MgO的含量均小于1.5%[5]。但是，隨著齊大山鐵礦區采掘的不斷深入，該礦石的礦物學性質有較大變化。其中，新采掘的含碳酸鹽鐵礦區，菱鐵礦含量已超過5%。因此，對齊大山含碳酸鹽鐵礦石的礦物質化學性質進行研究，為礦物加工流程提供礦石的物質組成、鐵礦物賦存狀態、礦物產出形式及嵌布特征等詳細信息[6-10]。因此，本文通過化學多元素分析、鐵物相分析、X射線衍射、光學顯微鏡等分析手段，查明了該礦石的工藝礦物學特性，以期能促進齊大山鐵礦石的高效利用[11-15]。

1 礦石物質組成

1.1 礦石化學元素分析

齊大山高碳酸鹽鐵礦的化學多元素分析結果如表1所示。

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由表1可以看出：礦石TFe品位僅27.89%，其中FeO占14.83%；脈石礦物主要為石英、鈣鎂碳酸鹽礦物等；同時，還含有少量對選礦有害的雜質元素，例如P含量0.006%，S含量0.005%。

1.2 礦石礦物組成

礦石XRD分析結果如圖1所示，礦石主要礦物為石英、赤鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦和菱鐵礦。結合化學多元素、XRD和光學顯微鏡分析，對礦石中主要礦物組成及含量進行測定，結果如表2所示。礦石中主要含鐵礦物為菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦，其含量分別為14.83%、14.56%和13.57%，此外還含有少量褐鐵礦和黃鐵礦；脈石礦物主要為石英和白云石，含量分別為47.58%和7.15%，此外還含有少量綠泥石和白云母等。

1.3 礦石鐵礦物賦存狀態

為確定礦石中鐵的賦存狀態、含量和分布率，對其進行化學物相分析，結果見表3。

由表3可知，礦石中鐵主要賦存于磁鐵礦、赤褐鐵礦及菱鐵礦中，分別占到了38.51%、25.21%和34.06%，三者占全鐵97%以上。

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2 礦石結構構造

2.1 礦石構造

（1）塊狀構造。礦石中80%以上菱鐵礦以致密的粒狀集合體產出，構成致密塊體，形成塊狀構造。

（2）條紋狀構造。礦石中部分赤鐵礦和磁鐵礦集合體呈條紋狀，與脈石礦物相間排列，形成條紋狀構造。

（3）浸染狀構造。礦石中粗細不等的赤鐵礦和磁鐵礦顆粒，浸染嵌布在脈石礦物中，且無定向排列，形成浸染狀構造。

（4）充填脈狀構造。礦石中的菱鐵礦以脈狀充填在石英集合體中，形成充填脈狀構造。

2.2 礦石結構

（1）假象結構。礦石中赤鐵礦交代原生磁鐵礦生成假象赤鐵礦，并保留磁鐵礦外形輪廓，形成假象結構。

（2）自形-半自形晶結構。礦石中的磁鐵礦以自形粒狀產出，結晶外形較完好，部分磁鐵礦顆粒晶體不完整，僅保持部分晶面完好，形成自形-半自形晶結構。

（3）交代結構。礦石中赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和裂隙進行交代，使其晶邊出現凹陷，呈港灣狀，形成交代結構。

（4）殘余結構。礦石中的赤鐵礦強烈交代磁鐵礦，磁鐵礦僅殘余少量細小的破布狀、島嶼狀和不規則狀的殘余體包裹于赤鐵礦中，形成殘余結構。

（5）骸晶結構。礦石中部分赤鐵礦被脈石礦物沿晶體內部交代形成殘骸，赤鐵礦晶體仍保留部分自形晶的外形輪廓，形成骸晶結構。

3 礦石主要礦物嵌布特征

3.1 赤鐵礦

礦石中的赤鐵礦含量較高，可分為原生赤鐵礦和次生赤鐵礦。大部分赤鐵礦為磁鐵礦氧化蝕變產物，沿邊部、裂隙和內部交代磁鐵礦，有的完全交代磁鐵礦形成假象赤鐵礦，有的假象赤鐵礦中包含少量磁鐵礦的殘余體，還有的呈斑點狀、細脈狀、網脈狀和蛛絲狀分布在磁鐵礦中。假象赤鐵礦多與脈石礦物呈交互嵌布，定向排列，形成條紋狀構造，有的呈浸染狀分布在脈石中，粒度以細粒嵌布為主。礦石中還有少量原生赤鐵礦，原生赤鐵礦主要以自形-半自形的粒狀及粒狀集合體產出；部分原生赤鐵礦以纖維狀、針狀產出，呈浸染狀分布在脈石中，粒度較粗大均勻，與磁鐵礦嵌布關系密切，常見赤鐵礦和磁鐵礦顆粒相互嵌布共生，分布在脈石中；有的原生赤鐵礦顆粒中嵌布細粒磁鐵礦。礦石中部分赤鐵礦被脈石礦物侵蝕呈破碎狀、不規則狀和多孔狀，有的赤鐵礦被沿內部侵蝕形成骸晶。另有部分赤鐵礦被細脈狀褐鐵礦沿粒間充填（見圖2）。

3.2 磁鐵礦

磁鐵礦與原生赤鐵礦嵌布關系密切，常相互嵌布共生，一起呈浸染狀分布在脈石中，主要以自形-半自形的粒狀及粒狀集合體產出，呈浸染狀分布在脈石中。部分磁鐵礦集合體在脈石中呈條紋狀與脈石礦物呈交互嵌布。大部分磁鐵礦被赤鐵礦沿邊部、裂隙及內部交代，有的僅保留少量殘余體包裹在赤鐵礦中，有的完全氧化蝕變為赤鐵礦，并保留磁鐵礦的外形輪廓，生成假象赤鐵礦。少量細粒磁鐵礦嵌布在赤鐵礦中（見圖3）。

3.3 菱鐵礦

菱鐵礦在礦石中含量較多，主要以自形-半自形的粒狀集合體產出，與白云石、石英呈密切的共生關系，粒度粗大。菱鐵礦與白云石密切共生，緊密結合，菱鐵礦集合體中常見嵌布細粒白云石（見圖4）。菱鐵礦與石英相互嵌布，有的菱鐵礦呈脈狀充填在石英集合體中，一些細粒菱鐵礦顆粒嵌布在石英集合體中。

3.4 其他含鐵礦物

褐鐵礦在礦石中含量少，主要呈細脈狀充填在赤鐵礦粒間，粒度細小，分布較集中。黃鐵礦在礦石中含量少，僅在部分標本中見到。

3.5 石英

石英主要以自形粒狀集合體產出，粒度較細小均勻。石英與菱鐵礦密切嵌布，石英集合體中充填脈狀菱鐵礦，石英粒間常充填菱鐵礦、白云石，少量綠泥石、白云母等，少量細粒石英嵌布在菱鐵礦中（見圖5、圖6）。

3.6 白云石

白云石以自形-半自形粒狀及粒狀集合體產出，與菱鐵礦相互嵌布共生，一些白云石嵌布在菱鐵礦中，有的嵌布在石英粒間（見圖4）。

3.7 其他脈石

白云母、綠泥石在礦石中含量較少，呈細粒嵌布于石英中（見圖6）。

4 鐵礦物嵌布粒度、鐵分布率及解離度

礦石中菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦為主要回收礦物，對其進行粒度測定，結果見圖7（因赤鐵礦和磁鐵礦相互嵌布，可一起回收，故將赤鐵礦和磁鐵礦的測定結果合并計）。

由圖7可知：菱鐵礦在0.15 mm以上粒級分布率為83.38%，在0.075 mm以上粒級累計分布率高達96.06%，可見菱鐵礦的粒度以粗粒嵌布為主；氧化鐵礦物（赤鐵礦+磁鐵礦）在0.075 mm以上粒級的累計分布率為26.65%，在0.037 mm以下粒級的分布率高達38.36%，可見氧化鐵礦物粒度以細粒嵌布為主。含鐵礦物粒度分布不均，極大地增加了該礦石的選別難度。

表4所示為礦石中鐵在不同粒級的分布率。

對不同粒級的礦石分別進行鐵礦物單體解離度測定，分析結果如圖8所示。

由圖8可知：+0.150 mm的粒度范圍內，鐵礦物的解離度均不足6%，特別菱鐵礦在+0.15 mm粒級分布率為83.38%，說明絕大多數菱鐵礦未單體解離；隨著礦石粒度的變細，三種鐵礦物的解離度快速升高，尤其是-0.037 mm粒級，大多數鐵礦物完成了單體解離。然而，礦石在+0.075 mm粒級時，鐵礦物的單體解離度不足50%，需要進一步磨礦才將有用礦物從脈石中解離出來。總的來說，粒度的變細有助于鐵礦石的單體解離，為了保證選別指標，磨礦細度應控制在-0.075 mm。

5 小 結

（1）齊大山含碳酸鹽鐵礦石TFe含量為27.89%，礦石中的鐵主要賦存于菱鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦中，此外還有少量賦存于褐鐵礦和黃鐵礦中，脈石礦物主要為石英和白云石。

（2）赤鐵礦多由磁鐵礦氧化蝕變生成，沿邊部、裂隙和內部交替磁鐵礦，有的赤鐵礦完全交替磁鐵礦形成假象赤鐵礦，二者緊密連生，此外，假象赤鐵礦多與脈石礦物呈交互嵌布。磁鐵礦與原生赤鐵礦常相互嵌布共生，呈浸染狀分布在脈石中，部分磁鐵礦集合體在脈石中呈條紋狀與脈石礦物呈交互嵌布。菱鐵礦主要以致密的粒狀集合體產出，與白云石、石英共生密切，少量的菱鐵礦呈脈狀充填于石英中。

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（3）不同鐵礦物的嵌布粒度特征有明顯差異。磁鐵礦和赤鐵礦在細粒級中分布率較高，在0.037 mm以下粒級中的分布率高達38.36%，易流入尾礦中，影響產品的回收率；菱鐵礦粒度粗大，在0.075 mm以上粒級中累計分布率高達96.06%，但常包裹細粒石英、白云石，影響產品鐵品位。粒度的變細有助于鐵礦石的單體解離，為了保證選別指標，磨礦細度應控制在-0.075 mm。