馬來西亞某褐鐵礦石工藝礦物學研究

張劍廷 李志明

(1.遼寧東大礦冶工程技術有限公司,遼寧 朝陽 122000;2.東北大學資源與土木工程學院,遼寧 沈陽 110819)

礦產資源是國家經濟發展和工業化的重要物質 基礎[1-2],鐵礦石是礦產資源的重要組成部分[3-4],全球鐵礦石的供需區域不匹配導致了全球鐵礦石貿易的興起,因此鐵礦石又是世界第二大商品[5-7]。我國優質鐵礦資源匱乏[8-10],結合當前國際形勢以及世界鐵礦石價格,我國充分利用國外鐵礦石資源仍具必要性與合理性[11-14]。本文將馬來西亞某褐鐵礦作為研究對象,詳細的工藝礦物學研究對于資源的高效開發利用具有重要指導作用[15-16],但關于該褐鐵礦的工藝礦物學尚未有詳盡的研究;本文通過光學顯微鏡、X射線衍射、化學分析等手段對該礦石的工藝礦物學特性進行了詳細研究,包括礦石的物質組成、元素賦存狀態、主要礦物產出特征、礦石的結構構造、粒度組成、物理性質等。

1 礦石物質組成

1.1 化學成分

為確定礦石的化學組成,對其進行了化學組成分析,結果如表1所示。

表1 原礦化學組成分析結果Table 1 Chemical composition analysis results of raw ore %

表1表明,礦石中鐵為主要回收成分,TFe含量為49.66%,FeO含量小于0.10%;主要雜質成分為SiO2和Al2O3,含量分別為6.23%和5.33%;此外礦石中還有少量的CaO,含量為0.11%。有害元素P、S含量較低,分別為 0.074%、0.159%,燒失量為12.55%。

1.2 礦物組成

為查明礦石主要礦物組成,試樣經樹脂膠團礦磨制成光片和薄片,通過光學顯微鏡鑒定并分析,礦石礦物組成及含量如表2所示。

表2 礦石礦物組成分析結果Table 2 Analysis results of mineral composition of the ore %

表2表明:礦石由鐵礦物及脈石礦物組成,伴生和共生關系較為復雜。鐵礦物主要為褐鐵礦(針鐵礦、纖鐵礦),含量約65.0%,其次為赤鐵礦,含量約10%;磁鐵礦和假相赤鐵礦含量約5.0%。脈石礦物以石英和高嶺石(高嶺土)等為主,另可見少量長石、鐵鋁尖晶石等礦物。

2 鐵的化學物相分析

為進一步明確鐵元素的賦存狀態及含量,進行了鐵化學物相分析,結果見表3。礦石中的鐵主要以褐鐵礦(針鐵礦)的形式存在,鐵品位為47.75%,鐵的分布率為96.15%;磁性鐵中鐵的含量僅為1.25%,鐵分布率為2.52%;部分鐵賦存于硅酸鐵中,鐵含量為0.10%,鐵分布率0.20%;碳酸鐵中鐵的品位為0.49%,鐵的分布率為0.99%;硫化鐵中鐵的含量為0.07%,鐵分布率為0.14%。礦石中主要回收對象為褐鐵礦。

表3 礦石鐵化學物相分析結果Table 3 Iron chemical phase analysis results of the ore %

3 礦石的結構構造

3.1 礦石的構造

結合光學顯微鏡與礦石破碎后原礦樣觀察,可以發現礦石構造主要有塊狀、土狀、層狀(或結核狀、鮞狀)、凝膠狀、蜂窩狀、網脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等。

3.2 礦物的結構

礦石中各礦物顆粒的自身形態特征對礦物的解離有重要的影響,礦石中鐵礦物多呈不規則粒狀、板狀和交代氧化假象結構,嵌布粒度極不均勻,少部分最大嵌布集合體粒度可達1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之間。脈石礦物粒度較細,多呈包裹體與鐵礦物連生。

4 礦石主要礦物產出特征

4.1 褐鐵礦的產出特征

褐鐵礦是礦石的主礦物相,是金屬鐵的主要載體礦物,含量達65%。其產出狀態復雜多樣,主要以凝膠狀、層狀(或結核狀、鮞狀)、蜂窩狀、網脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等形式與脈石連生,連接界面大多不規則,呈齒狀交錯分布。層狀褐鐵礦多與脈石交替分布(圖1);鮞狀褐鐵礦殼核中心均包裹有石英或鐵鋁尖晶石(圖1);蜂窩狀、網脈狀、樹枝狀、放射狀褐鐵礦沿脈石礦物裂隙、晶間隙分布,還有的褐鐵礦經風化蝕變后微孔較發育,其孔中又嵌布微細的二氧化硅、黏土等泥質混合礦物(圖1)。

圖1 褐鐵礦的產出特征Fig.1 Embedded characteristics of limonite

4.2 赤鐵礦的產出特征

赤鐵礦是礦石次要的鐵元素載體礦物,含量較褐鐵礦少。赤鐵礦多以半自形和他形粒狀產出,粒度相對較粗且均勻。赤鐵礦風化蝕變程度較深,常分布在褐鐵礦中,有的被褐鐵礦沿粒間充填膠結,并被褐鐵礦交代,風化蝕變為褐鐵礦(圖2)。

圖2 赤鐵礦的嵌布特征Fig.2 Embedded characteristics of hematite

4.3 磁鐵礦的產出特征

磁鐵礦也是礦石中鐵元素的載體礦物,含量較少。磁鐵礦多以半自形和他形粒狀產出,粒度相對其他鐵礦物較粗,最大可達1mm左右。完整未被氧化的磁鐵礦少見,大多沿裂隙、晶間隙氧化但保留其晶型成假象赤鐵礦,有的呈氧化殘余被假象赤鐵礦包裹(圖3)。

圖3 磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Embedded characteristics of magnetite

4.4 非金屬礦物的產出特征

石英多以他形粒狀分散產出,粒度較細小均勻。石英常以細粒狀散布于褐鐵礦中呈褐鐵礦包體,集中產出者較少。高嶺石呈微晶或隱晶質產出,大多風化蝕變為土狀的富鐵高嶺土等黏土礦物,與褐鐵礦連生密切(圖4)。

圖4 褐鐵礦的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of limonite

5 粒度組成分析

對礦石進行了粒度組成特性分析,結果如表4所示。

表4 礦石粒度組成分析結果Table 4 Particle size composition analysis results of the ore

由表4可知,礦石0.28 mm以上粒級含量較高,Fe的分布率可達51.41%;礦石中鐵礦物在各個粒級中分布較均勻,鐵品位均在50%左右;另外Al2O3在各粒級中含量均較高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在對后續鐵精礦的質量具有一定的影響。

6 物理性質分析

為進一步探明礦石的流態化特性,對其進行了物理性質參數測定,結果如表5所示。

表5 原礦物理性質參數Table 5 Physical property parameters of the ore

由表5可知,礦石松散密度為1 250 kg/m3,堆實密度為1 490 kg/m3,真密度為3 390 kg/m3,堆積角為 32.38°,摩擦角為 28.33°。

7 礦石處理工藝建議

礦石中鐵礦物以褐鐵礦為主,還含有少量赤鐵礦,脈石礦物主要為石英。礦石中部分鐵礦物嵌布粒度微細,磨、選難度大,采用傳統的磨礦—磁選工藝,部分鐵礦物流失進入尾礦,導致精礦回收率偏低。對于此類鐵礦資源,采用選冶聯合工藝才能實現其高效利用已是業界的共識,其中磁化焙燒—磁選是最為有效的處理技術[17],因此推薦懸浮磁化焙燒—磁選作為實現該鐵礦資源高效開發利用的新技術。

8 結 論

(1)馬來西亞某褐鐵礦鐵品位為49.66%,主要雜質成分為 SiO2和 Al2O3,含量分別為6.23%和5.33%;礦石中還有少量的CaO,含量為0.11%,有害元素P、S含量較低,分別為0.074%、0.159%,燒失量為12.55%。

(2)礦石中的鐵主要以褐鐵礦的形式存在,非金屬礦物主要為石英,其次為高嶺石等。褐鐵礦主要以凝膠狀、層狀(或結核狀、鮞狀)、蜂窩狀、網脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等形式與脈石連生,連接界面大多不規則,呈齒狀交錯分布。礦石中鐵礦物多呈不規則粒狀、板狀和交代氧化假象結構,嵌布粒度極不均勻,很少部分最大嵌布集合體粒度可達1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之間。脈石礦物粒度較細,多呈包裹體與鐵礦物連生。

(3)粒度組成分析結果表明,樣品中0.28 mm以上粒級含量較高,Fe的分布率可達51.41%;礦石中部分鐵礦物在各個粒級中分布較均勻,鐵品位均在50%左右;另外各粒級中Al2O3的含量較高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在對后續鐵精礦的質量會有一定的影響。

(4)物理性質參數測定結果表明,礦樣松散密度為1 250 kg/m3,堆實密度為1 490 kg/m3,真密度為3 390 kg/m3,堆積角為 32.38°,摩擦角為 28.33°。

(5)基于以上工藝礦物學及探索試驗結果,推薦采用懸浮磁化焙燒技術處理該類馬來西亞褐鐵礦。