承德地区某铁磷矿工艺矿物学研究.pdf

2 0 1 8 年第6 期有色金属 选矿部分 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 跳1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 6 ．0 0 1 承德地区某铁磷矿工艺矿物学研究 李芬香，路峰，林瑶，余明，王素 河北省地质实验测试中心，河北保定0 7 1 0 5 1 摘要通过化学分析、光学显微镜、X 射线衍射分析及矿物自动解离系统 M L A 等分析方法，对承德地区某铁 磷矿的化学成分、矿物组成、结构构造、嵌布关系、矿物粒度组成及矿物解离分析、有益元素赋存状态等方面进行了系 统的工艺矿物学研究。矿石中有用元素主要为磷、铁、钛，其中磷主要赋存在磷灰石中，较易解离和回收；铁主要赋存 在钒钛磁铁矿中，大部分易于解离和回收，小部分较难回收；钛主要赋存在钛铁矿中，以单颗粒或集合体形式分布的易 于解离和回收，而以片晶形式分布在磁铁矿中的则难以解离将进人铁精矿。 关键词铁磷矿石；物质组成；嵌布关系；赋存状态 中图分类号T D 9 1 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 8 0 6 - 0 0 0 1 - 0 6 P r o c e s sM i n e r a l o g yS t u d i e so nF e - PO r ei nC h e n g d eR e g i o n L IF e n x i a n g ，L UF e M ，H NY a o ，Y UM 魄，W A N GS u 、G e o l o g i c a lE x p e r i m e n tT e s t i n gC e n t e ro fH e b e iP r o v i n c e ，B a o d i n gH e b e i0 7l0 5l ，C h i n a A b s t r a c t T h r o u g ha n a l y s i sm e t h o d ss u c h a sc h e m i c a la n a l y s i s ，o p t i c a lm i c r o s c o p e ，X r a yd i f f r a c t i o n a n dt h em i n e r a ll i b e r a t i o na n a l y s i s ML A ，t h es y s t e m a t i cp r o c e s sm i n e r a l o g yr e s e a r c ho nac e r t a i ni r o n p h o s p h a t eo r ei nC h e n g d er e g i o ni sc a r r i e do u t ．T h er e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，m i n e r a l c o m p o s i t i o n ，s t r u c t u r e ，e m b e d d e dr e l a t i o n s ，m i n e r a lc o m p o s i t i o na n dg r a n u l a r i t yo fm i n e r a ld i s s o c i a t i o n a n a l y s i s ，t h eb e n e f i c i a le l e m e n to c c u r r e n c es t a t e ，e t c ．T h eu s e f u le l e m e n t si no r e a r ep h o s p h o r u s ，i r o na n d t i t a n i u m ．P h o s p h o r u si sm a i n l yd e p o s i t e di na p a t i t e ，w h i c hi se a s yt od i s s o c i a t ea n dr e c o v e r ．I r o ni sm a i n l y d e p o s i t e di nv a n a d i u mt i t a n o m a g n e t i t e ，m o s to fw h i c ha r ee a s yt od i s s o c i a t ea n dr e c o v e r ，a n das m a l lp a r ti s d i f f i c u l tt or e c y c l e ．T i t a n i u mi sm a i n l yd e p o s i t e di ni l m e n i t e ，a n di ti se a s yt od i s s o c i a t ea n dr e c o v e ri nt h e f o r mo fs i n g l ep a r t i c l eo ra g g r e g a t ef o r m ，w h i l es o m ei l m e n i t ew a f e r sw h i c ha r ed e p o s i t e di nt h em a g n e t i t ea r e d i m c u l tt od i s s o c i a t ea n dw i l le n t e rt h ei r o nc o n c e n t r a t e ． K e yw o r d s F e ．Po r e ；m a t e r i a lc o m p o s i t i o n ；e m b e d d e dr e l a t i o n s ；o c c u l l r e n c es t a t e 承德地区是我国北方著名的岩浆岩型 大庙 式 铁矿生产基地，其钒钛磁铁矿资源蕴藏量仅次 于攀枝花，居全国第二位之j 。调查表明，承德钒钛 磁铁矿中除含铁、钛、钒成分外，还含有一定的磷，具 有重要的综合利用价值∞圳。此次选取了承德地区 某铁磷矿进行矿石工艺矿物学研究，该矿石自然类 型主要为岩浆岩型苏长钛铁- 磁铁磷灰石，简称苏长 铁磷矿石，另有微量伟晶苏长铁磷矿石J 。该矿区 铁磷矿富集，P 2 0 ，最高6 ％，最低3 ％，T F e 平均品位 1 8 ．4 0 ％，矿体大部分裸露地表，适于露天开采。为 了高效回收该矿区中的有用元素，必须先对矿石的 物质组成、赋存状态、嵌布特征和单体解离情况等工 艺矿物学问题进行研究，然后获取矿石中的铁、磷等 有益元素的赋存规律，载体矿物的单体解离度等矿 物学参数，从而为该有益元素的提取、浮选工艺的优 化和磨矿指标的设置提供理论依据【6J 。 1 矿石的化学组成 为了从整体上反映该矿区钒钛磁铁矿矿石的化 学组成特征，对该样品进行了多项化学分析，原矿光 谱半定量分析、原矿多组分分析及原矿铁、钛物相分 析，结果见表1 - 3 。 收稿日期2 0 1 8 旬3 ．1 4修回日期2 0 1 8 - 0 9 - 2 9 作者简介李芬香 1 9 8 6 ． ，女，汉，湖南浏阳人，硕士，工程师，主要从事岩矿鉴定、工艺矿物学及x 射线衍射分析研究。 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第6 期 表2 T a b l e2 原矿混合矿多组分分析结果 M u l t i c o m p o s i t i o na n a l y s i sr e s u l t so fu n d r e s s e d m i x e do r e ，％ 从表l - 3 可知，原矿的全铁含量在1 4 ．4 3 ％～ 1 7 ．0 9 ％，P 2 0 5 含量在4 ．1 2 ％一4 ．5 0 ％，V 2 0 5 含量在 0 ．0 9 8 ％一0 ．1 1 ％。原矿中铁主要为磁性铁中的铁， 占全铁的3 7 ．4 9 ％；其次为赤铁矿中的铁，占 3 0 ．5 6 ％；再次为硫铁矿中的铁，占2 4 ．3 7 ％；剩余的 为硅酸铁和菱铁矿中的铁。钛大部分分布在钛铁矿 中，占7 2 ．1 6 ％；小一部分在钛磁铁矿中，占 表4 T a b l e4 2 1 ．9 7 ％；其余在金红石和硅酸盐中。 2 矿石的矿物组成及相对含量 通过岩矿鉴定、x 射线衍射分析及M L A 分析， 矿石的矿物组成及相对含量分别见表4 、图1 和 表5 。 矿石矿物成分及含量 M i n e r a lc o m p o s i t i o n sa n dc o n t e n t so fo r e／％ 万方数据 2 0 1 8 年第6 期李芬香等承德地区某铁磷矿工艺矿物学研究 3 4 5 h ． 4 R I I 角I 3 X O 篓z 川⋯ l l H 施L 凡o 、。川，蹴兹戤髓J Ⅳk I l2 14 l If ， }{ { l } 2 0 ／[ J 图1 矿石的X 射线衍射图 F i g ．1X r a yd i f f r a c t i o np a t t e r no fo r e 表5原矿M L A 矿物及含量分析 T a b l e5M L Aa n a l y s i sa b o u tm i n e r a la n dc o n t e n to fu n d r e s s e do r e／％ 矿石矿物重量百分比脉石矿物重量百分比脉石矿物重量百分比脉石矿物重量百分比 钛铁矿 1 1 ．4 3 长石 1 4 ．8 2金红石0 ．0 4石榴石0 ．1 7 钒钛磁铁矿 6 ．3 2 辉石 1 5 ．9 2 石英 1 ．5 8 尖晶石 1 ．3 9 磷灰石 8 ．6 7绿泥石8 ．7 5 方解石 1 ．7 6 钙钛矿0 ．0 1 赤褐铁矿 8 ．9 8 角闪石 7 ．5 6云母0 ．1 0榍石0 ．8 7 黄铁矿 1 ．8 2 橄榄石 4 ．6 6绿帘石0 ．2 5其它0 ．0 5 黄铜矿0 ．0 l滑石3 ．3 2刚玉0 ．0 5 合计 3 8 ．7 脉石合计 6 1 ．3 通过x 射线衍射对矿石成分定性、岩矿鉴定及 M L A 对矿石成分定量，三种分析方法的结果比较吻 合，并显示该矿石中的矿石矿物主要为磷灰石、钒 钛磁铁矿及钛铁矿，少量其它金属矿物。脉石矿物 主要为斜长石、辉石及次生滑石，少量闪石、云母、绿 泥石等。 3 矿石的结构构造 该矿石属钒钛贫磁铁矿矿石，结构类型主要包 括自形一半自形晶粒状结构、半自形一它形晶粒状结 构、包含结构 嵌晶结构 、海绵陨铁结构、固溶体分 离结构 格状溶离结构 及交代结构，构造主要为浸 染状构造。 自形．半自形晶粒状结构矿石中的磷灰石多呈 自形- 半自形柱状、粒柱状晶，分布于其它矿物粒间 或包裹其中。 半自形- 它形晶粒状结构矿石中的钒钛磁铁矿 多呈他形- 半自形晶粒状的单体或集合体，浸染分布 于脉石矿物间。 包含结构、嵌晶结构斜长石、辉石内包有细小 的磷灰石自形晶形成嵌晶结构，斜长石内包裹有普 通辉石，钒钛磁铁矿、钛铁矿内包裹有硫化物形成包 含结构。 海绵陨铁结构钒钛磁铁矿及钛铁矿集合体胶 结斜长石，辉石等硅酸盐矿物及磷灰石。 固溶体分离结构 格状溶离结构 钒钛磁铁矿 晶内的钛铁矿片晶沿{ 1 1 1 } 方向分布，晶内还有一 组沿{ 1 0 0 } 方向分布的镁铁尖晶石出溶片晶。 交代结构褐铁矿沿黄铁矿外缘向内强烈交代， 形成交代残余结构；磁赤铁矿和赤铁矿沿钒钛磁铁 矿的外缘及{ 1 1 1 } 方向交代磁铁矿主晶，形成交代 格状结构。 浸染状构造矿石中磷灰石、钒钛磁铁矿、钛铁 矿及硫化物呈自形程度不等的粒状晶单体或集合 体，均匀散布于脉石矿物粒间或嵌于脉石矿物中。 4 有用矿物的嵌布特征 超贫钒钛磁铁矿中有用矿物主要是指磁铁矿、 钛铁矿及磷灰石等有关的独立矿物或赋存于其中元 素的矿物。 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第6 期 4 ．1 磷灰石的嵌布特征 磷灰石是最主要的有用矿物，磷灰石晶形较好， 晶体长短不一，宽窄不等，常见到非常完好的六边形 横断面，横断面小者在0 ．0 5m m 左右，柱面长者大 于1m m ，多数粒径在0 ．1 5 ～0 ．5m m ，嵌布粒度9 9 ％ 在0 ．0 8m m 以上，8 0 ％以上大于0 ．2m m 为中粒级， 呈单体或集合体分布于铁矿物、辉石、角闪石等矿物 粒间或包于铁矿物中。磷灰石裂纹较发育，多见不 规则状裂纹，常见横裂纹 解理 ，部分颗粒较破碎， 裂纹中多充填有次生矿物，依所处环境不同，充填物 亦有所不同，主要充填物有滑石、绿泥石及微晶黑云 母铁质等，见图2 。 图2 磷灰石与其它脉石矿物的嵌布关系 薄片，单偏光 F i g ．2 D i s s e m i n a t i o no fa p a t i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s t h i ns e c t i o n ，p l a n e p o l a r i z e dl i g h t 4 ．2 钒钛磁铁矿的嵌布特征 钒钛磁铁矿是主要的金属矿物，分布较均匀，粒 度大小不一，多数颗粒粒径在0 ．3 1m m ，个别大者 可达数毫米，极细者多为暗色矿物的析出物，嵌布粒 度9 9 ％在0 ．0 8m m 以上，9 0 ％以上大于0 ．2m m 为 中粒级。晶内普遍含有出溶的钛铁矿片晶沿{ 1 1 1 } 分布，形成格状溶离结构，含量可占整个磁铁矿的 1 5 ％左右，晶内亦含有两组分布稀疏的镁铁尖晶石， 片晶出溶较早，常被晚出溶的钛铁矿片晶截断。除 包有钛铁矿片晶外，少量钒钛磁铁矿还被褐铁矿、磁 赤铁矿、脉石矿物等交代。磁铁矿在矿石中多呈单 颗粒或粒状集合体浸染状分布，多见钛铁矿与其紧 密连生，极少数呈细小包体嵌布在暗色脉石矿物颗 粒中，见图3 。 图3 钒钛磁铁矿与其它脉石矿物的嵌布关系 光片，单偏光 F i g ．3 D i s s e m i n a t i o no fv a n a d i u mt i t a n o m a g n e t i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s p o l i s h e ds e c t i o n ，p l a n e - p o l a r i z e dl i g h t 4 ．3 钛铁矿的嵌布特征 钛铁矿呈浸染状分布于矿石中，粒径大小不一， 多在0 ．3 ～1m l n ，钛铁矿的嵌布粒度9 9 ％在0 ．0 8i n l n 以上，8 0 ％以上大于0 ．2m m 为中粒级。钛铁矿比 较稳定，其中单颗粒和集合体形式的钛铁矿常与钒 钛磁铁矿紧密连生；而小部分钛铁矿以片晶形式呈 格状分布于含钒磁铁矿中，见图4 。 5 有用矿物的粒度分布 对原矿粉末样研磨至一7 4 斗m 占6 5 ％左右的 粉末样，进行M L A 分析，有用矿物钒钛磁铁矿、钛铁 矿及磷灰石的粒度分布特征分别见表6 8 。 万方数据 2 0 1 8 年第6 期李芬香等承德地区某铁磷矿工艺矿物学研究 5 贸 图4 钛铁矿与其它脉石矿物的嵌布关系 薄片，单偏光；光片，单偏光 F i g ．4 D i s s e m i n a t i o no fi l m e n i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s t h i ns e c t i o n ，p l a n e p o l a r i z e dl i g h t ／P o l i s h e ds e c t i o n ，p l a n e p o l a r i z e dl i g h t 表6 矿样M L A 分析钒钛磁铁矿粒度分布表 T a b l e6T h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nt a b l eo fv a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t eb yM L A 表7矿样M L A 分析钛铁矿粒度分布表 T a b l e7T h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nt a b l eo fi l m e n i t e b yM L A 表8 T a b l e8 矿样M L A 分析磷灰石粒度分布表 T h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nt a b l eo fa p a t i t e b yM L A 表6 8 表明，在原矿粉末样中，9 ．6 m 以下的钒 钛磁铁矿占钒钛磁铁矿总量的1 ．0 9 ％，这部分磁性铁 比较难解离，不易回收，选别过程中将损失到尾矿中， 影响回收率；1 9 岬以下的钛铁矿占钛铁矿总量的 1 3 ．0 9 ％，这部分钛铁矿比较细，难以单体解离及回收， 选矿过程中将损失到尾矿中；1 9 岬以下的磷灰石占 磷灰石总量的8 ．0 8 ％，这部分磷灰石粒度较细，难以完 全解离，不易回收，选矿过程中将损失到尾矿中。 6 M L A 分析重要矿物的解离特征 将原矿破碎至一7 4 斗m 占6 5 ％左右的粉末样， 其解离度M L A 分析结果见表9 。 表9 原矿M L A 分析主要矿物的连接关系及单体 解离度表 T a b l e9M L Aa n a l y s i sa b o u tc o n n e c t e dr e l a t i o na n d m o n o m e rd i s s o c i a t i o n d e g r e e o ft h em a i n m i n e r a l si nu n d r e s s e do r e／％ 从表9 可知，钒钛磁铁矿的解离度要高于钛铁 矿，磷灰石的解离度在三者中最好。未完全解离的 钒钛磁铁矿大部分与脉石连生，极少数与钛铁矿连 生；未完全解离的钛铁矿主要与脉石连生，其次与钒 钛磁铁矿和次生赤褐铁连生；未完全解离的磷灰石 则主要与脉石矿物连生，极少数与钒钛磁铁矿和次 生赤褐铁连生。 7 磷、铁、钛的赋存状态 磷、铁和钛是矿样中最主要的有价元素，是回收 万方数据 6 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第6 期 的对象。结合岩矿鉴定、化学物相分析及磷灰石、钒 钛磁铁矿、钛铁矿的单矿物研究 表1 0 结果，该矿 样中磷、铁、钛的赋存状态如下 7 ．1 磷元素赋存状态 磷在矿石中主要以独立矿物磷灰石的形式存 在，容易回收。 7 ．2 铁元素赋存状态 铁在矿石中较分散，绝大部分矿物中均含有F e 元素。铁的独立矿物主要有钒钛磁铁矿、钛铁矿、磁 赤铁矿一赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿等。呈分 散状态存在的铁主要是以类质同象的形式赋存于暗 色硅酸盐矿物中。 7 ．3 钛元素赋存状态 矿石中的钛主要以独立矿物钛铁矿的形式产 出，另可见到一些次生的榍石、白铁矿、金红石等含 钛矿物。少部分钛呈分散状态赋存在含V 、T i 磁铁 矿中的磁铁矿主晶、镁铁尖晶石片晶及普通辉石、紫 苏辉石、斜长石中。 表1 0 原矿磷灰石、钒钛磁铁矿、钛铁矿单矿物研究 T a b l e10 M o n o m i n e r Ms t u d yo fa p a t i t e ．v a n a d i u mt i t a n i u mm a g n e t i t ea n di l m e n i t ei nu n d r e s s e do r e／％ 矿物名称 C a O M g OA 1 2 0 3S i 0 2F e 2 0 3 F e O P 2 0 5T i 0 2V 2 0 5K 2 0N a 2 0 F 8 结论 该铁磷矿矿样的矿石矿物主要为磷灰石、钒钛 磁铁矿及钛铁矿，脉石矿物主要由斜长石和辉石组 成，少量绿泥石等。矿石矿物的赋存岩体为苏长岩。 磷灰石晶形较好，嵌布粒度8 0 ％以上在中粒 级，裂纹发育，包嵌在斜长石、辉石等脉石中或与其 它脉石矿物镶嵌分布，绝大多数易于解离和回收，仅 有极少量的微粒级颗粒较难解离和回收。 磁铁矿中含有分散状态的钒，并且多见出溶的 沿其晶面分布的钛铁矿和镁铁尖晶石片晶，形成钒 钛磁铁矿，片晶含量约占整个磁铁矿的1 5 ％左右。 绝大部分钒钛磁铁矿与其它矿物间接触关系较为简 单，较易解离和回收；极少数被脉石矿物交代或呈细 小包体分布在暗色矿物中，难以解离和回收。 钛铁矿主要以单颗粒或集合体形式分布，小部 分以片晶形式于磁铁矿中。单颗粒或集合体形式的 钛铁矿与其它脉石矿物接触关系较为简单，较易解 离和回收，但以片晶形式分布的钛铁矿难以与磁铁 矿解离，将进入铁精矿。 钒多以分散状态分布于磁铁矿中，将进入铁精 矿中被回收；硫主要以硫化物的形式存在，硫含量为 所形成的矿物主要为黄铁矿，易于解离和回收；脉石 矿物中的绿泥石、滑石、云母等片状矿物由于粒度 细、硬度低，在磨矿和选矿过程中易泥化，对浮选会 有一定影响，同时由于这些矿物中含一定量的铁，在 强磁选时也易伴随矿石矿物进人钛精矿，影响钛精 矿的回收；脉石矿物中的辉石和闪石为含铁硅酸盐 矿物，具弱磁性，并且部分颗粒中见细小磁铁矿、钛 铁矿析出，这部分脉石矿物也有可能伴随进入钛 精矿。 参考文献 [ 1 ] 河北地质四队．河北省超低品位铁矿 承德地区 调查报 告[ R ] ．河北承德河北地质四队，2 0 0 3 ． [ 2 ] 河北省国土资源厅．河北矿产资源形势分析报告[ R ] ． 石家庄河北省国土资源厅，2 0 0 5 ． [ 3 ] 承德市国土资源规划设计院．河北省承德市超贫钒钛磁 铁矿、钛、磷等元素综合回收利用研究报告[ R ] ．河北承 德承德市国土资源规划设计院，2 0 0 7 ． [ 4 ] 河北省质量技术监督局．超贫磁铁矿勘查技术规范 D B l 3 ／T1 3 4 9 2 0 1 0 [ S ] ．石家庄2 0 11 ． [ 5 ] 孙静，杜维河，王德忠，等，河北承德大庙黑山钒钛磁 体矿床地质特征与成因探讨[ J 】．地质学报，2 0 0 9 ， 8 3 9 1 3 4 4 - 1 3 6 4 ． [ 6 ] 孙绍利，陈立武，徐连勇，等．承德地区超贫钒钛磁铁矿 矿石特征[ J ] ．资源环境与节能减灾，2 0 1 3 4 1 1 2 一1 1 4 ． 万方数据