齊大山西石砬子赤褐鐵礦工藝礦物學研究

劉應志 張淑敏 李艷軍，3 袁 帥

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；2.難采選鐵礦石資源高效開發利用技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819；3.東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室，遼寧 沈陽 110819）

鐵礦資源是國家發展的重要戰略儲備資源，是工業發展的支柱。隨著我國基建規模的不斷擴大，鐵礦石需求量也不斷增長。但我國鐵礦資源不足、質量相對差［1-2］，對外依賴度居高不下，2019年鐵礦石及鐵精礦進口量達10.68億t［3-4］。低品位復雜鐵礦石是目前我國主要的鐵礦資源，深入研究復雜難選鐵礦石的高效利用，對緩解國內鐵礦石緊缺形勢、提高鐵礦石自給率具有重要的現實意義［5］。

齊大山西石砬子區赤褐鐵礦石構造緊密，呈細粒鑲嵌，不利于鐵礦石選別，極大影響選礦效果［6-11］。因此，本文通過化學多元素分析、XRD分析、鐵物相分析等分析手段，研究齊大山西石砬子赤褐鐵礦的工藝礦物學特性，為西石砬子赤褐鐵礦的高效開發利用提供理論支持。

1 礦石的物質組成

1.1 礦石的化學組成

礦石化學多元素分析結果見表1。

由表1可知，礦石TFe品位27.88%，FeO含量1.38%；主要脈石成分SiO2含量達55.65%；P、S等有害元素含量很低，分別為0.01%、0.01%，CaO和MgO含量較低。

1.2 礦物組成

采用X射線衍射分析儀對礦樣進行礦物組成分析，結果如圖1所示；通過光學顯微鏡對礦石光片和薄片進行主要礦物組成及含量鑒定，結果如表2所示。

由圖1可知，礦石中主要礦物為石英和赤鐵礦。

由表2可知，礦石礦物組成較簡單，金屬礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，含量分別為28.71%和8.51%，褐鐵礦少量、黃鐵礦微量；非金屬礦物主要為石英，含量為62.46%，此外，還有少量綠泥石和白云母。

1.3 鐵物相組成

為探明礦石中鐵礦物的具體物相組成、含量及分布率，對礦石進行了鐵物相分析，結果如表3所示。

由表3可知，礦石中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，分布率高達78.59%；以磁性鐵形式存在的鐵分布率為15.84%；以碳酸鐵、硫化鐵及硅酸鐵形式存在的鐵合計僅占鐵總量的5.57%。

2 礦石結構及構造

2.1 礦石結構

礦石主要有4種結構類型，包括自形—半自形晶結構、假象結構、殘余結構及交代結構。

（1）自形—半自形晶結構。礦石中的赤鐵礦早期結晶環境無脈石礦物干擾，以自形板狀、粒狀結構產出，呈完好結晶外形；部分赤鐵礦受結晶分異作用不明顯，受脈石礦物影響，顆粒晶體僅保持部分完整的晶面，形成自形—半自形晶結構。

（2）假象結構。礦石中的部分赤鐵礦受偉晶巖作用，交代前期生成的磁鐵礦受氧化侵蝕作用，保留磁鐵礦的外形輪廓，生成假象赤鐵礦，形成假象結構。

（3）殘余結構。礦石中的磁鐵礦成礦晚期受到赤鐵礦的入侵，被赤鐵礦強烈交代，磁鐵礦殘余一些較細小的破布狀和不規則狀的殘余體，被赤鐵礦包裹，形成殘余結構。

（4）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。

2.2 礦石構造

受巖漿分異、熔離及熱液填充作用等影響，礦石主要呈條紋狀構造和浸染狀構造。礦石中赤鐵礦在脈石中定向排布，部分赤鐵礦與磁鐵礦共生構成緊密集合體，形成條紋狀構造；次生赤鐵礦與磁鐵礦以粗細不等的顆粒無定向排列，褐鐵礦與赤鐵礦交代以細顆粒浸染分布在脈石中形成浸染構造。

3 主要礦物產出特征

3.1 金屬礦物

3.1.1 赤鐵礦

礦石中的鐵主要以赤鐵礦的形式存在，部分原生赤鐵礦主要以板狀、粒狀及集合體產出，以中細粒嵌布為主（圖2（a）～（c））。

部分磁鐵礦氧化蝕變生成的假象赤鐵礦保留磁鐵礦的晶型輪廓，以粒狀產出，原生赤鐵礦與假象赤鐵礦相互嵌布構成集合體顆粒，赤鐵礦與磁鐵礦呈相互嵌布的共生關系，結合較緊密；赤鐵礦沿磁鐵礦邊部、裂隙和內部交代磁鐵礦，完全交代磁鐵礦形成假象赤鐵礦；假象赤鐵礦中包含少量磁鐵礦的殘余體，呈斑點狀、細脈狀、網脈狀和蛛絲狀分布在磁鐵礦中，二者形成保持原本晶型形態的連晶顆粒（圖2（d）～（f））。

礦石中部分赤鐵礦被褐鐵礦交代，褐鐵礦沿赤鐵礦邊部與粒間和內部充填，少量細粒赤鐵礦包裹在褐鐵礦中（圖2（g）、（h））。赤鐵礦多與脈石礦物呈交互嵌布，定向排列或形成無規則、無方向性散狀集合體，呈條紋狀與浸染狀構造，赤鐵礦顆粒粗細不均勻，以中粒分布在脈石中（圖2（i））。

3.1.2 磁鐵礦

磁鐵礦主要以自形、半自形粒狀及粒狀集合體形式產出，以中粒嵌布為主，呈無規則星散浸染狀分布于脈石中（圖3（a））；受到偉晶巖及熱液填充的成礦作用，大部分磁鐵礦被赤鐵礦沿邊部、裂隙及內部交代（圖3（b）），形成獨立晶型形態的連晶顆粒，部分磁鐵礦受到赤鐵礦交代作用，僅保留少量殘余體包裹在赤鐵礦中（圖3（c）），部分則完全氧化蝕變為具有磁鐵礦外形輪廓的赤鐵礦，生成假象赤鐵礦；磁鐵礦與原生赤鐵礦嵌布關系密切（圖3（d）），相互嵌布共生，呈浸染狀分布在脈石中，少量細粒磁鐵礦嵌布在赤鐵礦中（圖3（e））。

3.1.3 褐鐵礦

褐鐵礦在礦石中含量較少，因受到巖漿冷卻結晶先后順序的影響，結晶析出晚于其他礦物，因此褐鐵礦以他形粒狀、不規則狀和脈狀產出為主，結晶體析出后充填在赤鐵礦邊部、粒間和內部，形成細脈狀，受赤鐵礦交代與填充作用影響，褐鐵礦邊部部分填充赤鐵礦，少量褐鐵礦包裹細粒赤鐵礦，見圖4。

3.2 非金屬礦物

3.2.1石英

石英為主要脈石礦物，在礦石中含量最多，主要以自形粒狀集合體產出，嵌布粒度細小且均勻。石英粒間嵌布有少量細粒綠泥石、白云母，見圖5。

3.2.2 綠泥石

綠泥石含量極少，多以片狀產出，主要以細粒嵌布在石英集合體中，見圖5（b）。

3.2.3 白云母

白云母含量次于綠泥石，呈片狀產出，粒度較細，嵌布在石英集合體中，見圖5（c）。

4 主要鐵礦物嵌布粒度

礦物的嵌布粒度對選礦效果有較大的影響，對礦石中主要回收礦物赤鐵礦和磁鐵礦進行粒度測定，結果見表4（由于磁鐵礦含量較低，且一般與赤鐵礦呈不混溶連晶顆粒形式存在，可一起回收，故將赤鐵礦和磁鐵礦的含量測定結果合并計算）。

由表4可知，赤鐵礦、磁鐵礦在+0.074 mm粒級的累計分布率為56.53%，0.074～0.038 mm粒級的分布率為23.25%，-0.038 mm粒級的分布率為20.22%，可見主要鐵礦物粒度分布不均勻，以中粒嵌布為主，在細粒級中分布率也較高。

5 結 論

（1）齊大山西石砬子赤褐鐵礦TFe品位27.88%，主要脈石成分SiO2含量為55.65%；礦石CaO和MgO含量較低，P、S元素含量很低。

（2）礦石中金屬礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，其次為少量褐鐵礦與微量黃鐵礦；非金屬礦物主要為石英，此外，還有極少的綠泥石和白云母；礦石中的鐵主要為赤褐鐵，其次為磁性鐵，以碳酸鐵、硫化鐵及硅酸鐵形式存在的鐵合計僅占鐵總量的5.57%。

（3）礦石結構為自形—半自形晶結構、假象結構、殘余結構及交代結構；礦石構造主要為條紋狀構造和浸染狀構造。

（4）礦石中原生赤鐵礦與磁鐵礦相互嵌布，磁鐵礦氧化蝕變生成假象赤鐵礦，次生赤鐵礦呈斑點狀、細脈狀、網脈狀和蛛絲狀分布在磁鐵礦中，赤鐵礦與磁鐵礦呈不混溶連晶顆粒形式存在，二者彼此難以解離，可一起回收。礦石中少量褐鐵礦呈細脈狀填充在赤鐵礦粒間及內部，與赤鐵礦的嵌布關系復雜。

（5）石英主要以自形粒狀集合體產出，嵌布粒度細小且均勻，粒間嵌布有少量細粒綠泥石、白云母。

（6）磁鐵礦和赤鐵礦以中粒嵌布為主，細粒級含量也較高，-0.038 mm粒級分布率高達20.22%，較難完全單體解離，易流失于尾礦中，回收難度大。