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大西沟某铁矿选矿工艺矿物学研究 ① 瞿思思 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 通过 Ｘ 射线衍射、镜下鉴定、扫描电镜、矿物参数自动分析系统、化学成分分析等手段对陕西大西沟某铁矿的化学成分、矿 物组成及含量、主要矿物产出形式等进行了详细的工艺矿物学研究。 结果表明，区内矿石属于低磷含硫的褐铁矿-菱铁矿矿石，查 明了主要铁矿物与脉石矿物之间的嵌布关系等特性，为选矿获得高品位铁精矿提供理论依据。 关键词 菱铁矿； 褐铁矿； 磁铁矿； 工艺矿物学 中图分类号 Ｐ５７５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-６０９９．２０１９．０３．０１７ 文章编号 ０２５３-６０９９（２０１９）０３-００７０-０３ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ｏｆ ａｎ Ｉｒｏｎ Ｏｒｅ ｆｒｏｍ Ｄａｘｉｇｏｕ ＱＵ Ｓｉ-ｓｉ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｘ-ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ， ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， ｍｉｎｅｒａｌ ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｎ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｆｒｏｍ Ｄａｘｉｇｏｕ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ， ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ， ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｉｔ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｄ ｒａｗ ｏｒｅ ｗａｓ ａ ｓｏｒｔ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒａｔｅｄ ｌｉｍｏｎｉｔｅ-ｓｉｄｅｒｉｔｅ ｏｒｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ． Ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｉｒｏｎ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｎｄ ｇａｎｇｕｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｗｅｒｅ ａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｈｉｇｈ ｇｒａｄｅ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｉｄｅｒｉｔｅ； ｌｉｍｏｎｉｔｅ； ｍａｇｎｅｔｉｔｅ； ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ 随着我国钢铁行业的迅猛发展，国内优质铁矿资 源日益匮乏，易选铁矿石日渐减少，铁矿石进口量急剧 增加，进口价格飚升，这种局面直接威胁到国家经济安 全，因此，加大矿山开发力度、提高我国铁矿石供给率、 加强对我国复杂难选铁矿石的高效开发利用具有重要 意义［１-２］。 我国菱铁矿储量巨大，约占我国铁矿石总 量的２０％，仅陕西省就有近５ 亿吨的矿石储量，若能得 到经济的开采利用，对我国矿山经济的发展有重大意 义［３-４］。 本文通过 Ｘ 射线衍射、化学成分分析、镜下鉴 定、扫描电镜和矿物参数自动分析系统等手段对陕西 大西沟某铁矿进行了工艺矿物学研究，旨在为后续选 矿提供较好的理论依据。 １ 化学成分及矿物组成 矿样化学多元素分析结果见表 １，铁化学物相分 析结果见表 ２。 由表 １～２ 可知，矿样中铁是唯一有用元 素。 铁主要赋存在碳酸盐中，加上分布在磁铁矿、假象 表 １ 矿样主要化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ ＴＦｅＦｅＯＦｅ２Ｏ３ＣｕＰｂＺｎＣｒ ２３．６３２１．５２９．８７０．０５２０．００３０．００４０．００４ ＢａＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＭｎＯＮａ２Ｏ ０．２０３４．１７９．６５０．３０１．４４０．７９０．１２ Ｋ２ＯＰＳＣＩｇ ３．４２０．０４５０．６９３．４０１５．６５ 表 ２ 矿样铁化学物相分析结果 铁物相含量／ ％分布率／ ％ 碳酸盐中铁１３．５５５７．３４ 磁铁矿中铁２．６４１１．１７ 赤（褐）铁矿中铁４．８６２０．５７ 假象赤铁矿中铁０．１２０．５１ 硫化物中铁０．５２２．２０ 硅酸盐中铁１．９４８．２１ 合计２３．６３１００．００ ①收稿日期 ２０１８-１２-１３ 作者简介 瞿思思（１９８６-），女，湖北监利人，中级工程师，硕士，主要研究方向为工艺矿物学。 第 ３９ 卷第 ３ 期 ２０１９ 年 ０６ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３９ №３ Ｊｕｎｅ ２０１９ ChaoXing 赤铁矿和赤（褐）铁矿中的铁，合计分布率为 ８９．５９％。 这也是分选铁的最大理论回收率。 区内矿石属低磷含 硫的褐铁矿菱铁矿矿石。 电子显微镜、ＸＲＤ、扫描电镜和矿物参数自动分析 技术（ＭＬＡ）测定综合研究查明，矿样中的铁矿物主要 为菱铁矿，次为褐铁矿和磁铁矿，少量磁铁矿氧化产生 假象赤铁矿；金属硫化物以黄铁矿为主，见有黄铜矿和 铜蓝零星分布；脉石矿物主要为石英和绢云石，其次为 绿泥石，并见有少量长石、铁白云石、重晶石等零星分 布。 其主要矿物含量见表 ３。 表 ３ 矿样主要矿物组成（质量分数） ／ ％ 菱铁矿 褐铁矿 磁铁矿石英绢云母 绿泥石 黄铁矿 黄铜矿 铜蓝 其它 ３０．１７．８３．７２３．５２８．２４．５１．２＜０．１１．０ ２ 主要矿物产出形式 ２．１ 菱铁矿 菱铁矿为主要铁矿物，也是矿样中含量最多的矿 物。 矿物结晶较好，晶粒常为大小不一的自形～半自 形粒状，部分为不规则状。 嵌布粒度一般在 ０．０２～０．３ ｍｍ 之间，细小者可小于０．０１ ｍｍ，偶见有个别粗粒者 可达 ０．５ ｍｍ 以上。 菱铁矿多呈浸染状与脉石交生，其 特征是形态变化大、粒度粗细不一、分布不均匀，局部 有定向排列特征。 浸染的密集程度可由稠密浸染状过 渡为稀疏～星散浸染状，而且随着浸染密度降低，菱铁 矿不仅分散程度增高，而且粒度亦有变细的趋势。 在 稀疏浸染状发育的部位，菱铁矿的体积含量通常在 ３０％以下，局部甚至小于 １０％而过渡为星散浸染状。 局部还可见菱铁矿以密集集合体状态出现，内部常 嵌布有细粒石英或绢云母等矿物，相互紧密镶嵌，部 分集合体内部还可见微细粒黄铁矿零星分布。 如图 １ 所示。 图 １ 不规则粒状、结晶完好的粗粒菱铁矿（Ｓｔ） Ｆｅ ２＋ 被 Ｍｎ ２＋ 、Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ 类质同象替代是菱铁矿中 成分变化的普遍现象。 为了查明菱铁矿的化学成分， 采用扫描电镜对矿石中的菱铁矿进行了能谱微区成分 分析，定量成分分析结果如表 ４ 所示。 由表 ４ 可以看 出，除主要组分 ＦｅＯ 外，矿物中类质同象成分主要为 ＭｇＯ，属含镁菱铁矿，其次有少量 ＭｎＯ 和 ＣａＯ。 矿物 中平均含 ＦｅＯ ５７．９１％（按 ＦｅＣＯ３分子式配入 ＣＯ２，换 算得 Ｆｅ 含量为４５．０４％），与菱铁矿 ＦｅＣＯ３理论含铁量 （Ｆｅ ４８．２０％）低 ３．１６ 个百分点。 表 ４ 菱铁矿的能谱微区成分分析结果（质量分数） ／ ％ 序号ＦｅＯＭｎＯＣａＯＭｇＯ １５６．５５１．３２０．７４３．４０ ２５６．５７１．５４０．５５３．３５ ３５６．８４１．４８０．４８３．２１ ４５８．７９０．７００．２１２．３１ ５５６．５２１．１２０．４６３．９１ ６５６．５６０．６２０．６０４．２３ ７６１．５２０．１９０．０８０．２２ ８６１．５６０．０００．１１０．３４ ９５６．６３１．１８０．６６３．５４ １０５７．５３１．０３０．５３２．９２ 平均５７．９１０．９２０．４４２．７４ 总体来看，虽然菱铁矿结晶较好，含铁量较高，但 矿物粒度较为细小、分散程度高、形态常为不规则状、 与脉石之间的交生关系较为复杂，从矿石中选别获得 较高品位的铁精矿难度较大。 ２．２ 褐铁矿 褐铁矿分布较广，为含量仅次于菱铁矿的铁矿物。 矿物内部多有孔洞和包裹微细的杂质矿物。 总体上看 褐铁矿有两种产出形式一是主要呈稀疏～中等稠密浸 染状与石英等脉石矿物紧密交生，粒度一般在 ０．０１～ ０．１５ ｍｍ 之间。 与脉石之间的接触界线大多表现为极 为复杂的锯齿状或港湾状，从形态和产出形式上看这 类褐铁矿与菱铁矿氧化有关；二是部分褐铁矿呈较密 集的团块状、胶状集合体分布，大部分集合体内部常嵌 布有微细的石英、绢云母等脉石，少量内部可见黄铁矿 残余，部分团块中褐铁矿成分有明显差别，反映在镜下 的明暗变化，集合体大小一般在 ０．２ ～ １．０ ｍｍ 之间。 如图 ２ 所示。 图 ２ 不规则状、胶状褐铁矿（Ｌ） １７第 ３ 期瞿思思 大西沟某铁矿选矿工艺矿物学研究 ChaoXing 褐铁矿与菱铁矿相比，总体上结晶程度较差，形态 不规则，与脉石镶嵌较为紧密，磁化焙烧后需要一定细 度的磨矿才能充分解离。 ２．３ 磁铁矿 磁铁矿含量较褐铁矿低，自形～半自形、不规则粒 状，主要呈浸染状分布在脉石或菱铁矿中。 矿物分布不 均匀，局部较为富集，部分产生轻微假象赤铁矿或赤铁 矿化。 矿物粒度大小相差较为悬殊，细小者在 ０．０１ ｍｍ 以下，一般 ０．０２～０．３５ ｍｍ，集合体粒度可达 １．０ ｍｍ 左 右。 如图 ３ 所示。 总体上由于磁铁矿有较强的磁性， 且粒度相对较粗，选矿中易于回收。 图 ３ 不规则团块状磁铁矿（Ｍ） ２．４ 金属硫化物 金属硫化物矿样中金属硫化物主要为黄铁矿，含 少量黄铜矿，偶见铜蓝。 其中黄铁矿分布较为广泛，粒 度一般在 ０．０２～０．８ ｍｍ 之间，细小者可小于 ０．０１ ｍｍ， 主要呈自形、半自形等轴粒状、不规则粒状浸染状的形 式分布在由菱铁矿和脉石组成的基底中，局部偶尔呈 氧化残余粒状分布在褐铁矿中。 部分呈较粗粒的团块 状集合体形式产出，其中局部发生轻微碎裂，集合体粒 度变化较大，粗粒者在１ ｍｍ 以上。 如图２ 和图４ 所示。 图 ４ 蠕虫状、团块状黄铁矿（Ｐｙ） 金属硫化物大部分与菱铁矿有紧密嵌布关系，预 计会导致铁精矿中含有一定量的硫。 ３ 结论及建议 １） 矿样中铁矿物种类较多，其中主要为菱铁矿， 次为褐铁矿和磁铁矿，少量磁铁矿氧化产生假象赤铁 矿；金属硫化物以黄铁矿为主，黄铜矿和铜蓝零星分 布；脉石矿物中含量较高的有石英和绢云母，其次为绿 泥石。 ２） 矿样中菱铁矿属含镁菱铁矿种类，平均含 ＦｅＯ ５７．９１％（Ｆｅ ４５．０４％）、ＭｇＯ ２．６８％，按纯度换算为焙烧 后的磁铁矿，则焙烧磁铁矿含铁在 ６２％左右。 菱铁矿 虽然结晶较好，但粒度不均匀、形态不规则，常呈浸染 状与脉石构成十分复杂的嵌布关系，因此必需通过焙 烧、细磨、深选才能获得较高品位的铁精矿。 ３） 褐铁矿结晶程度较差，其中多含有微粒杂质成 分，形态复杂且变化较大，粒度总体较菱铁矿细小，且 颗粒大小相差悬殊，与脉石交生较为紧密，需要一定细 磨才能充分解离。 由于褐铁矿中杂质成分较多，会导 致精矿理论品位降低和硫含量增高。 ４） 部分粒度细小的脉石矿物与菱铁矿、褐铁矿交 生紧密，即使细磨也难以充分解离。 通过焙烧磁选工 艺获得高品位精矿，除细磨磁选外，预计需要进行反浮 选去除部分与铁矿物连生的脉石。 参考文献 ［１］ 刘小银，余永富，洪志刚，等． 难选弱磁性铁矿石闪速（流态化）磁化 焙烧成套技术开发与应用研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１７（２）４０-４５． ［２］ 张宗旺，李 健，李 燕，等． 国内难选铁矿的开发利用现状及发 展［Ｊ］． 有色金属科学与工程，２０１２（１）７２-７７． ［３］ 张小龙，韩跃新，李艳军，等． 大西沟菱铁矿石磁化焙烧-弱磁选试 验研究［Ｊ］． 金属矿山，２０１６（１２）２２-２６． ［４］ 张 彤，马宏卿． 菱铁矿等天然矿石的处理及应用［Ｊ］． 环境保护 与循环经济， ２０１８（１２）３２-３４． 引用本文 瞿思思． 大西沟某铁矿选矿工艺矿物学研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１９，３９（３）７０-７２． ２７矿 冶 工 程第 ３９ 卷 ChaoXing