白云鄂博云母型鐵礦石中鐵、稀土的賦存狀態研究

2020-12-25 05:32:54王維維李二斗候少春郭春雷

礦產保護與利用 2020年5期

王維維，李二斗，候少春，郭春雷

1. 包頭稀土研究院，白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點實驗室，內蒙古包頭 014030；2. 稀土冶金及功能材料國家工程研究中心，內蒙古包頭 014030

白云鄂博礦床是世界上著名的超大型Fe-Nb-REE礦床，礦產資源儲量大、種類多，含鐵和稀土的礦石有五種類型，已查明鐵礦石儲量14.68億t，稀土礦儲量1.80億t[1]。按照包鋼“以鐵為主，綜合利用”的指導方針，采用“弱磁—強磁—浮選”工藝流程從五種混合型礦石中綜合回收鐵和稀土，不僅鐵、稀土精礦的品位和回收率較低，且精礦中的有害元素S、P含量高，從而增加了冶煉過程中添加劑的消耗量，產生大量的放射性廢渣，嚴重污染環境[2-5]。隨著不斷的開采，高品位鐵礦石日趨枯竭，致使整體入選品位下降[6]；同時由于白云鄂博礦“多、貧、細、雜”的特征，致使在現有工藝條件下生產鐵精礦的品位和回收率下降，造成資源浪費[7-8]。因此，包鋼提出了“精準采礦，分類選礦”的方針以提高鐵、稀土的品位和回收率，而查清礦石中鐵、稀土的賦存狀態是開發工藝流程和提高資源利用率的前提。

目前對白云鄂博礦工藝礦物學研究成果較為豐富，但都以白云鄂博早期鐵礦石、選鐵尾礦和尾礦庫為主。且隨著不斷的開采，礦石性質已發生變化，需重新對目前開采的礦石分類進行進行系統的工藝礦物學研究[9-11]。本文采用化學分析、物相分析、掃描電鏡、MLA礦物自動分析系統等手段對云母型鐵礦石中鐵、稀土的賦存狀態進行了詳細研究，為該類型礦石中鐵、稀土的合理利用提供理論指導。

1 礦石物質成分

1.1 礦石化學多元素分析

礦石多元素分析結果見表1。表1結果表明，礦石中鐵的含量為17.48%，稀土氧化物REO含量較低，為2.46%，是主要的有價元素；Nb2O5含量為0.54%，Sc2O3含量為0.014%，可考慮綜合回收；主要的脈石元素為SiO2、CaO、MgO等。

表1 礦石多元素分析結果 /%

1.2 礦石礦物組成

采用MLA工藝礦物學自動分析系統對礦石主要礦物組成及相對含量進行分析，結果見表2。礦石中礦物組成復雜，含鐵礦物有磁鐵礦(9.18%)、赤鐵礦(11.04%)、鈮鐵礦(1.31%)、黃鐵礦(1.19%)、菱鐵礦(0.68%)、磁黃鐵礦(0.45%)等；稀土礦物以氟碳鈰礦和獨居石為主，分別為1.40%、0.62%，其中還包含黃河礦(0.02%)、褐簾石(0.83%)等；主要的脈石礦物為云母(43.03%)、長石(10.12%)、綠泥石(8.19%)、輝石(3.25%)、重晶石(3.91%)和閃石(1.28%)等。

表2 礦石的主要礦物組成及相對含量 /%

1.3 鐵化學物相分析

鐵的化學物相分析結果見表3。由表3可以看出，磁鐵礦中鐵占41.08%、赤鐵礦中鐵占44.43%，是主要回收對象；其次為硅酸鐵中鐵，分布率為8.31%；硫化鐵主要存在于黃鐵礦和磁黃鐵礦中，占4.27%，選礦中需考慮硫化鐵中硫影響。

表3 原礦鐵化學物相分析結果 /%

1.4 稀土元素賦存狀態

對該類礦石中各個礦物中的稀土分布進行了測定，分析結果見表4。從表4可以看出，稀土元素在氟碳鈰礦和氟碳鈣鈰礦中的分布率為47.43%，在獨居石中的分布率為43.60%；此外，在磁鐵礦和赤鐵礦中的分布率為5.26%，這部分稀土元素在鐵礦物選別時容易富集在鐵精礦中；脈石礦物中的稀土元素含量較低。

表4 稀土在礦物中的分布 /%

2 礦物嵌布特征

2.1 鐵礦物

磁鐵礦是白云鄂博云母型鐵礦石中最主要的鐵礦物之一，含量約為10.00%，磁鐵礦根據其結晶粒度的大小分為細粒和粗粒兩種形態。粗粒磁鐵礦多呈半自形至他形粒狀變晶結構形式出現，常包裹其它礦物，在云母型礦石中，磁鐵礦同時與云母、石英、螢石等共生，細粒磁鐵礦呈角礫狀集合體與云母共生，單體解離難度較大(圖1)；部分磁鐵礦以條帶狀嵌布在云母和螢石裂隙中(圖2)。

圖1 磁鐵礦以半自形至他形粒狀，部分呈稠密浸染狀

圖2 磁鐵礦以條帶狀嵌布在云母和螢石裂隙

赤鐵礦磁性較弱，在云母型鐵礦石中分布較多，含量約為11.00%，應綜合回收。多呈半自形和他型粒狀結構，也有部分赤鐵礦呈微細粒粒狀嵌布在脈石礦物中(圖3)。

圖3 赤鐵礦以他型、微細粒嵌布

圖4 獨居石以微細粒嵌布在云母中

黃鐵礦含量約為1.00%，以他形粒狀結構出現，黃鐵礦被云母包裹或充填于鈮鐵礦裂隙中(圖4)。鈮鐵礦是鐵、鈮和錳的氧化物，主要以他型變晶結構與云母或黃鐵礦連生，內部常見有微粒云母或稀土礦物包體(圖4、圖5)。白云鄂博鈮資源豐富，但與鐵礦緊密共生，品位較低，提取難度大。

2.2 稀土礦物

云母型鐵礦石中稀土含量相對較低，主要是氟碳鈰礦和獨居石礦物。氟碳鈰礦為鈰氟碳酸鹽礦物，顏色通常為黃色或淺綠色，在云母型鐵礦石中主要的嵌布特征為：氟碳鈰礦與赤鐵礦、黃鐵礦連生，氟碳鈰礦鑲嵌在云母邊緣或充填于云母和磁鐵礦的裂隙中(圖6)，氟碳鈰礦呈條帶狀包裹于鈮鐵礦中(圖5)。

圖5 鈮鐵礦與氟碳鈰礦、云母共生

圖6 氟碳鈰礦與磁鐵礦、云母連生

圖7 氟碳鈰礦與赤鐵礦共生

獨居石是白云鄂博最常見的稀土礦物之一，但在云母型鐵礦石中含量不足1.00%，屬磷酸稀土；獨居石大多以自形或半自形粒狀結構存在，礦物顆粒形態規則、大小不均；獨居石與磁鐵礦關系密切，以細小粒狀充填于磁鐵礦和云母的裂隙或被云母包裹(圖4)，大顆粒獨居石與磁鐵礦連生并夾雜閃石(圖8)。

圖8 磁鐵礦與獨居石連生

2.3 脈石礦物

主要的脈石礦物為云母，屬于鋁硅酸鹽礦物，白云鄂博主要的造巖礦物之一，最常見的有黑云母，主要由黑云母定向排列而成的片狀結構(圖3)、斑雜狀構造及浸染狀構造(圖1)，與鐵和稀土礦物共生關系密切。

3 主要礦物嵌布粒度及解離特征

3.1 主要礦物嵌布粒度

對礦石中主要礦物粒度組成進行測定，統計結果見表5。表5表明，磁鐵礦和赤鐵礦的粒度分布不均，在+0.074 mm粒級分布率分別為35.00%和40.22%，在-0.01 mm粒級中的分布率為8.08%和5.39%，這部分微細粒級的鐵礦物主要嵌布在脈石礦物中難以回收；氟碳鈰礦和獨居石嵌布粒度較細，在-0.043 mm粒級分布率分別為85.54%和96.78%。

3.2 主要礦物解離特征

對-0.074 mm占90%磨礦細度(現有工藝條件)下磁鐵礦、赤鐵礦、氟碳鈰礦和獨居石的單體解離度進行測定，結果見表6。從表6可以看出，磁鐵礦和赤鐵礦的單體解離度為51.54%和58.36%，與硅酸鹽礦物的連生體分別為39.27%和34.96%；氟碳鈰礦和獨居石的解離度也僅為52.27%和63.64%，與鐵礦物的連生體分別為7.38%和4.02%。

根據以上礦石主要礦物嵌布粒度和賦存關系可知，部分細粒鐵礦石和稀土礦物嵌布在脈石礦物中，部分鐵礦石中也含有細粒稀土礦物，因此在現有磨礦細度下鐵礦物和稀土礦物的單體解離度低，導致部分與鐵礦物連生的脈石和稀土礦物進入鐵精礦，不僅影響了鐵精礦的品位，也造成稀土礦物的損失，從而降低了稀土的回收率。因此，強化細磨和微細粒高效分選是解決現有問題的關鍵。