齐大山含碳酸盐铁矿石工艺矿物学研究_陈洪彬.pdf

收稿日期2020-02-20 作者简介陈洪彬 （1976） ， 男， 高级工程师。 总第 526 期 2020 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE 齐大山含碳酸盐铁矿石工艺矿物学研究 陈洪彬 1 王建雄 2 刘志斌 1 刘杰 2 张毅 21 （1. 鞍山钢铁集团有限公司齐大山选矿厂， 辽宁 鞍山 114043； 2. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819） 摘要为给齐大山含碳酸盐铁矿石选矿利用提供理论支持， 对矿石的化学组成、 矿物组成、 矿石的结构构 造、 矿物产出形式、 嵌布特征及嵌布粒度等进行了详细研究。结果表明 矿石中的铁主要赋存于菱铁矿、 赤铁矿和 磁铁矿中， 主要的脉石矿物为石英和白云石； 磁铁矿与赤铁矿共生关系密切， 大部分赤铁矿由磁铁矿氧化蚀变生 成， 且嵌布粒度较细； 菱铁矿与白云石、 石英紧密连生， 主要以自形-半自形的粒状集合体产出， 粒度粗大； 菱铁矿 和赤铁矿-磁铁矿在大于0.1 mm粒级的分布率分别为92.90、 15.00。当矿石粒级为-0.053 mm时， 铁矿物单体解 离度达到60以上。矿石的工艺矿物学特征表明， 矿石属于难选铁矿石。 关键词含碳酸盐铁矿矿物学矿物组成嵌布特征粒度分布 中图分类号TD912文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -04-099-06 DOI10.19614/ki.jsks.202004017 Process Mineralogy of Carbonated Iron Ore in Qidashan Chen Hongbin1Wang Jianxiong2Liu Zhibin1Liu Jie2Zhang Yi22 （1. Qidashan Concentrator of Anshan Iron Steel Corporation， Anshan 114043， China； 2. School of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China） AbstractIn order to provide theoretical support for the efficient utilization of Qidashan carbonated iron ore， the chem- ical components，the mineral composition，production and dissemination characteristics of iron ore were studied in de- tail. The results show that the iron in the ore mainly occurs in siderite，hematite and magnetite. Main gangue minerals are quartz and dolomite. Magnetite and hematite have a close associated relationship with each other. Most hematite is ed by magnetite oxidation alteration，and hematite has a fine-grained dissemination. Siderite is closely associated with dolomite and quartz，it is mainly composition coarse particles aggregate with self and semi-self . Siderite and hematite-mag- netite were 92.90 and 15.00 respectively in the grain size above 0.1 mm. The liberation degree of iron ore is more than 60 in particle size below 0.053 mm. The process mineralogy analysis of the ore shows that the ore belongs to refractory iron ore. KeywordsCarbonated iron ore， Mineralogy， Mineral composition， Dissemination characteristics， Size distribution Series No. 526 April 2020 由于我国铁矿资源 “贫、 细、 杂” 的特点， 导致97 以上的铁矿石需要经过复杂的选矿工艺处理， 才能 达到入炉冶炼的要求。由于铁矿石复杂难选， 未开 发矿区资源量高达 529.2亿 t， 资源开发利用率不足 35， 其中多为复杂难选铁矿石 ［1， 2］。随着我国钢铁 工业的快速发展和国内高品质铁矿石资源的快速枯 竭， 我国铁矿石对外依存度逐年上升， 连续5年超过 75， 中国钢铁工业的国际话语权和资源安全性进一 步降低 ［3， 4］。 齐大山铁矿是鞍钢集团的主要原料基地之一， 累计探明储量为17.3亿t， 其为沉积变质型铁矿床， 铁 矿石以假象赤矿石、 磁铁矿石和半氧化矿石为主， 属 难选铁矿石 ［5］。因此， 加强齐大山铁矿石高效利用研 究， 对保障鞍钢铁矿资源的供给安全， 具有重要意 义。齐大山铁矿采场按矿石性质划分区域， 并对选 取各区域的采场样品及采场综合样进行分析， 其中 FeCO3、 CaO、 MgO的含量均小于1.5 ［5］。但是， 随着 齐大山铁矿区采掘的不断深入， 该矿石的矿物学性 质有较大变化。其中， 新采掘的含碳酸盐铁矿区， 菱 铁矿含量已超过5。因此， 对齐大山含碳酸盐铁矿 99 ChaoXing 金属矿山2020年第4期总第526期 石的矿物质化学性质进行研究， 为矿物加工流程提 供矿石的物质组成、 铁矿物赋存状态、 矿物产出形式 及嵌布特征等详细信息 ［6-10］。因此， 本文通过化学多 元素分析、 铁物相分析、 X射线衍射、 光学显微镜等分 析手段， 查明了该矿石的工艺矿物学特性， 以期能促 进齐大山铁矿石的高效利用 ［11-15］。 1矿石物质组成 1. 1矿石化学元素分析 齐大山高碳酸盐铁矿的化学多元素分析结果如 表1所示。 由表1可以看出 矿石TFe品位仅27.89， 其中 FeO占14.83； 脉石矿物主要为石英、 钙镁碳酸盐矿 物等； 同时， 还含有少量对选矿有害的杂质元素， 例 如P含量0.006， S含量0.005。 1. 2矿石矿物组成 矿石 XRD分析结果如图 1所示， 矿石主要矿物 为石英、 赤铁矿、 磁铁矿、 针铁矿和菱铁矿。结合化 学多元素、 XRD和光学显微镜分析， 对矿石中主要矿 物组成及含量进行测定， 结果如表2所示。矿石中主 要含铁矿物为菱铁矿、 赤铁矿和磁铁矿， 其含量分别 为 14.83、 14.56 和 13.57， 此外还含有少量褐铁 矿和黄铁矿； 脉石矿物主要为石英和白云石， 含量分 别为 47.58 和 7.15， 此外还含有少量绿泥石和白 云母等。 1. 3矿石铁矿物赋存状态 为确定矿石中铁的赋存状态、 含量和分布率， 对 其进行化学物相分析， 结果见表3。 由表3可知， 矿石中铁主要赋存于磁铁矿、 赤褐 铁矿及菱铁矿中， 分别占到了 38.51、 25.21 和 34.06， 三者占全铁97以上。 2矿石结构构造 2. 1 矿石构造 （1） 块状构造。矿石中 80 以上菱铁矿以致密 的粒状集合体产出， 构成致密块体， 形成块状构 造。 （2） 条纹状构造。矿石中部分赤铁矿和磁铁矿 集合体呈条纹状， 与脉石矿物相间排列， 形成条纹状 构造。 （3） 浸染状构造。矿石中粗细不等的赤铁矿和 磁铁矿颗粒， 浸染嵌布在脉石矿物中， 且无定向排 列， 形成浸染状构造。 （4） 充填脉状构造。矿石中的菱铁矿以脉状充 填在石英集合体中， 形成充填脉状构造。 2. 2矿石结构 （1） 假象结构。矿石中赤铁矿交代原生磁铁矿 生成假象赤铁矿， 并保留磁铁矿外形轮廓， 形成假象 结构。 （2） 自形-半自形晶结构。矿石中的磁铁矿以自 形粒状产出， 结晶外形较完好， 部分磁铁矿颗粒晶体 不完整， 仅保持部分晶面完好， 形成自形-半自形晶 结构。 （3） 交代结构。矿石中赤铁矿沿磁铁矿的边缘 和裂隙进行交代， 使其晶边出现凹陷， 呈港湾状， 形 成交代结构。 （4） 残余结构。矿石中的赤铁矿强烈交代磁铁 矿， 磁铁矿仅残余少量细小的破布状、 岛屿状和不规 则状的残余体包裹于赤铁矿中， 形成残余结构。 （5） 骸晶结构。矿石中部分赤铁矿被脉石矿物 沿晶体内部交代形成残骸， 赤铁矿晶体仍保留部分 100 ChaoXing 2020年第4期陈洪彬等 齐大山含碳酸盐铁矿石工艺矿物学研究 自形晶的外形轮廓， 形成骸晶结构。 3矿石主要矿物嵌布特征 3. 1赤铁矿 矿石中的赤铁矿含量较高， 可分为原生赤铁矿 和次生赤铁矿。大部分赤铁矿为磁铁矿氧化蚀变产 物， 沿边部、 裂隙和内部交代磁铁矿， 有的完全交代 磁铁矿形成假象赤铁矿， 有的假象赤铁矿中包含少 量磁铁矿的残余体， 还有的呈斑点状、 细脉状、 网脉 状和蛛丝状分布在磁铁矿中。假象赤铁矿多与脉石 矿物呈交互嵌布， 定向排列， 形成条纹状构造， 有的 呈浸染状分布在脉石中， 粒度以细粒嵌布为主。矿 石中还有少量原生赤铁矿， 原生赤铁矿主要以自 形-半自形的粒状及粒状集合体产出； 部分原生赤 铁矿以纤维状、 针状产出， 呈浸染状分布在脉石中， 粒度较粗大均匀， 与磁铁矿嵌布关系密切， 常见赤铁 矿和磁铁矿颗粒相互嵌布共生， 分布在脉石中； 有的 原生赤铁矿颗粒中嵌布细粒磁铁矿。矿石中部分赤 铁矿被脉石矿物侵蚀呈破碎状、 不规则状和多孔状， 有的赤铁矿被沿内部侵蚀形成骸晶。另有部分赤铁 矿被细脉状褐铁矿沿粒间充填 （见图2） 。 3. 2磁铁矿 磁铁矿与原生赤铁矿嵌布关系密切， 常相互嵌 布共生， 一起呈浸染状分布在脉石中， 主要以自形- 半自形的粒状及粒状集合体产出， 呈浸染状分布在 脉石中。部分磁铁矿集合体在脉石中呈条纹状与脉 石矿物呈交互嵌布。大部分磁铁矿被赤铁矿沿边 部、 裂隙及内部交代， 有的仅保留少量残余体包裹在 赤铁矿中， 有的完全氧化蚀变为赤铁矿， 并保留磁铁 矿的外形轮廓， 生成假象赤铁矿。少量细粒磁铁矿 嵌布在赤铁矿中 （见图3） 。 3. 3菱铁矿 菱铁矿在矿石中含量较多， 主要以自形-半自形 的粒状集合体产出， 与白云石、 石英呈密切的共生关 系， 粒度粗大。菱铁矿与白云石密切共生， 紧密结 合， 菱铁矿集合体中常见嵌布细粒白云石 （见图4） 。 菱铁矿与石英相互嵌布， 有的菱铁矿呈脉状充填在 石英集合体中， 一些细粒菱铁矿颗粒嵌布在石英集 合体中。 3. 4其他含铁矿物 褐铁矿在矿石中含量少， 主要呈细脉状充填在 101 ChaoXing 金属矿山2020年第4期总第526期 赤铁矿粒间， 粒度细小， 分布较集中。黄铁矿在矿石 中含量少， 仅在部分标本中见到。 3. 5石英 石英主要以自形粒状集合体产出， 粒度较细小 均匀。石英与菱铁矿密切嵌布， 石英集合体中充填 脉状菱铁矿， 石英粒间常充填菱铁矿、 白云石， 少量 绿泥石、 白云母等， 少量细粒石英嵌布在菱铁矿中 （见图5、 图6） 。 3. 6白云石 白云石以自形-半自形粒状及粒状集合体产出， 与菱铁矿相互嵌布共生， 一些白云石嵌布在菱铁矿 中， 有的嵌布在石英粒间 （见图4） 。 3. 7其他脉石 白云母、 绿泥石在矿石中含量较少， 呈细粒嵌布 于石英中 （见图6） 。 4铁矿物嵌布粒度、 铁分布率及解离度 矿石中菱铁矿、 赤铁矿和磁铁矿为主要回收矿 物， 对其进行粒度测定， 结果见图7 （因赤铁矿和磁铁 矿相互嵌布， 可一起回收， 故将赤铁矿和磁铁矿的测 定结果合并计） 。 由图7可知 菱铁矿在0.15 mm以上粒级分布率 为 83.38， 在 0.075 mm 以上粒级累计分布率高达 96.06， 可见菱铁矿的粒度以粗粒嵌布为主； 氧化铁 矿物 （赤铁矿磁铁矿） 在0.075 mm以上粒级的累计 分布率为26.65， 在0.037 mm以下粒级的分布率高 达 38.36， 可见氧化铁矿物粒度以细粒嵌布为主。 含铁矿物粒度分布不均， 极大地增加了该矿石的选 别难度。 表4所示为矿石中铁在不同粒级的分布率。 对不同粒级的矿石分别进行铁矿物单体解离度 测定， 分析结果如图8所示。 由图8可知 0.150 mm的粒度范围内， 铁矿物的 解离度均不足6， 特别菱铁矿在0.15 mm粒级分布 率为83.38， 说明绝大多数菱铁矿未单体解离； 随着 矿石粒度的变细， 三种铁矿物的解离度快速升高， 尤 其是-0.037 mm 粒级， 大多数铁矿物完成了单体解 离。然而， 矿石在0.075 mm粒级时， 铁矿物的单体 解离度不足50， 需要进一步磨矿才将有用矿物从脉 石中解离出来。总的来说， 粒度的变细有助于铁矿 石的单体解离， 为了保证选别指标， 磨矿细度应控制 在-0.075 mm。 102 ChaoXing 2020年第4期陈洪彬等 齐大山含碳酸盐铁矿石工艺矿物学研究 5小结 （1） 齐大山含碳酸盐铁矿石TFe含量为27.89， 矿石中的铁主要赋存于菱铁矿、 赤铁矿和磁铁矿中， 此外还有少量赋存于褐铁矿和黄铁矿中， 脉石矿物 主要为石英和白云石。 （2） 赤铁矿多由磁铁矿氧化蚀变生成， 沿边部、 裂隙和内部交替磁铁矿， 有的赤铁矿完全交替磁铁 矿形成假象赤铁矿， 二者紧密连生， 此外， 假象赤铁 矿多与脉石矿物呈交互嵌布。磁铁矿与原生赤铁矿 常相互嵌布共生， 呈浸染状分布在脉石中， 部分磁铁 矿集合体在脉石中呈条纹状与脉石矿物呈交互嵌 布。菱铁矿主要以致密的粒状集合体产出， 与白云 石、 石英共生密切， 少量的菱铁矿呈脉状充填于石英 中。 （3） 不同铁矿物的嵌布粒度特征有明显差异。 磁铁矿和赤铁矿在细粒级中分布率较高， 在 0.037 mm 以下粒级中的分布率高达 38.36， 易流入尾矿 中， 影响产品的回收率； 菱铁矿粒度粗大， 在 0.075 mm以上粒级中累计分布率高达96.06， 但常包裹细 103 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ ［14］ ［15］ 粒石英、 白云石， 影响产品铁品位。粒度的变细有助 于铁矿石的单体解离， 为了保证选别指标， 磨矿细度 应控制在-0.075 mm。 参 考 文 献 韩跃新， 孙永升， 李艳军， 等.我国铁矿选矿技术最新进展 ［J］. 金属矿山， 2015 （2） 1-11. 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