辽宁某深部铁矿石工艺矿物学特性研究

刘 杰 王 越 韩跃新 李艳军

(1.东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819;2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041)

辽宁某深部铁矿石工艺矿物学特性研究

刘 杰1王 越2韩跃新1李艳军1

(1.东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819;2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041)

辽宁某地发现大型深部铁矿体，为了开发利用该矿体，对其进行了工艺矿物学研究。结果表明，矿石中主要含铁矿物为赤铁矿，少量磁铁矿、镁铁矿，微量黄铁矿；铁主要赋存于赤铁矿和磁铁矿中，为选矿回收的主体矿物。赤铁矿矿物含量为32.86%，平均含铁品位69.80%；磁铁矿矿物含量为7.12%，平均含铁品位70.53%，由此计算得铁精矿的理论品位应该达到69.13%，理论回收率为98.19%。赤铁矿主要以自形、半自形晶粒状赋存于石英、白云石等脉石矿物中；磁铁矿常以微细粒形式包裹在赤铁矿中，呈交代残余结构，提高了赤铁矿磁性，这有利于赤铁矿磁选回收。赤铁矿嵌布粒度一般为0.02～1 mm，但大于0.5 mm的赤铁矿很少，大多数赤铁矿粒度小于0.1 mm。磁铁矿粒度一般在0.1 mm以下，大多数集中在0.02～0.05 mm之间。

深部铁矿 工艺矿物学 赤铁矿 磁铁矿

我国是铁矿石生产大国之一，但仍不能满足钢铁工业发展的需要[1]。目前，国内年生产原矿石4亿t左右，按全国铁矿平均品位33%、选矿平均回收率75%计，可供年产钢1亿t所需，可供年限约30 a。为加强资源保障的安全性，提高资源勘探程度、增加经济可采储量成为解决铁矿石供给量的关键[2]。利用这些先进的勘探和开发技术，在铁矿资源分布丰富的东北、华北地区寻找盲矿和隐伏矿，是增加我国铁矿资源自给量的重要措施[3]。其中，最具有找矿潜力的区域是鞍本铁矿成矿区。鞍山—本溪地区大地构造位置地处华北陆块北缘东段，属胶辽台隆太子河—浑江台陷，四级构造单元为辽阳—本溪凹陷[4-5]。据弓长岭深部、南芬外围、辽西等磁异常集中区，预测该区有400 亿t以上的铁矿资源潜力[4,6-8]。经勘探和定量计算，鞍山—本溪地区某地铁矿体深埋400 m，其控制资源储量(122b+333)24.87亿t，其中上部赤铁矿6.59亿t。随着地表铁矿石资源量的逐渐开采，地下开采将成为今后的主要发展趋势。本课题在鞍山—本溪某深部铁矿床上层中采取不同层位的赤铁矿石样品进行工艺矿物学特性分析，以期为今后该深部铁矿石资源的大规模开发奠定基础。

1 矿石的物质组成

1.1 矿石化学组成

深部铁矿石的化学多项分析结果见表1。

表1 矿石化学多项分析结果

表1表明，矿石化学组成简单，矿石中全铁平均品位28.74%，其中Fe2+占2.28%，Fe3+占26.46%，表明矿石中主要的含铁矿物为赤铁矿，磁铁矿及硅酸铁仅占很少一部分；矿石中硫、磷等有害元素含量较低。

1.2 矿石的矿物组成

该深部铁矿石为典型的鞍山式沉积变质型铁矿，该类矿石成因简单，矿物共生组合关系明显，矿石类型简单，矿物组成明确。通过薄片鉴定、MLA系统分析，确定了矿石中矿物的组成和含量，结果见表2。

表2 主要矿物及含量

表2表明，矿石主要金属矿物为赤铁矿、磁铁矿及镁铁矿，总量占到矿物总量的40.75%。其中赤铁矿含量最高，为32.86%，磁铁矿次之，为7.12%，镁铁矿最少，为0.77%；脉石矿物主要为石英、白云石、黑云母、磷灰石、角闪石、黄铁矿等，其中，石英含量最高，占49.54%，也是矿石中含量最高的矿物。

1.3 铁的化学物相

该深部赤铁矿石的铁物相分析结果见表3。

表3 铁的化学物相分析

表3表明，矿石中的铁主要赋存于赤褐铁矿中，分布率为68.59%；磁性铁仅占全铁含量的14.42%；菱铁矿、硫铁矿及硅酸铁中的铁约占总铁的17%，这部分铁较难回收。

2 矿石的结构构造

该深部铁矿石为典型的赤铁石英岩型矿石，是由太古宙花岗岩—绿岩带经过后期的热液变质作用及区域变质作用所形成。矿石结构构造相对简单，主要为区域变质岩的典型结构构造，其次为风化作用形成的一些次生结构构造。

2.1 矿石结构

(1)自形晶结构。自形晶粒状结构在矿石中较常见(见图1(a))，赤铁矿呈多边形、球形等自形晶嵌布于石英、磷灰石等脉石矿物中(见图1(b)、图1(c))。少量的赤铁矿呈片状、针状、短柱状等自形晶分布于白云石等脉石矿物中(见图1(d))。微量的自形球粒状黄铁矿与赤铁矿连生。

(2)自行、半自形晶结构。后期的变形变质作用使部分前期形成的自形晶被改造成了自行、半自形晶粒状结构(见图1(b)、图1(c))，这也是该矿石的重要结构。

(3)交代结构或交代残余结构。交代结构或交代残余结构是矿石中磁铁矿最主要的赋存状态(见图1(e)、图1(f))。矿石中几乎所有的磁铁矿都被氧化成赤铁矿，仅在赤铁矿的内部残留部分未被氧化完全的磁铁矿，成为交代残余结构。

2.2 矿石构造

(1)条带状构造。条带状构造是矿石中最主要的构造。矿石中微细粒赤铁矿的集合体与石英、白云石等脉石矿物的集合体呈条带状相间分布，且具有一定的定向性。

(2)浸染状构造。部分微细粒赤铁矿呈无定向、星散状分布于石英、白云石以及磷灰石等脉石矿物中，构成浸染状构造。

(3)致密块状构造。在部分矿石中，赤铁矿颗粒粒度均匀地分布于矿石中，组成无孔洞的致密状集合体构造，该构造类型在矿石中较少见。

3 矿石中主要矿物嵌布特征

3.1 矿石中金属矿物嵌布特征

3.1.1 赤铁矿

赤铁矿(见图2)是深部铁矿中最主要的金属矿物，在矿石中赤铁矿嵌布特征复杂，粒度不均，80%以上的赤铁矿呈自形、半自形晶粒状分布于石英、白云石等脉石矿物中，见图3。赤铁矿粒度分布不均，变化范围在0.02～1 mm之间，但大于0.1 mm的赤铁矿相对较少，80%的赤铁矿粒度小于0.074 mm。部分赤铁矿呈片状、针状、短柱状分布于含铁白云石中，粒度在0.1～0.4 mm之间，但这类赤铁矿含量不高，在10%以下。赤铁矿集合体常呈条带状构造分布，具有明显的定向性，可能是受后期构造作用形成。

图1 赤铁矿和磁铁矿的嵌布特征

图2 赤铁矿背散射图像

图3 赤铁矿赋存于石英、白云石中

3.1.2 磁铁矿

深部铁矿石中磁铁矿含量较低，仅占矿物总量的6%左右，且基本上全部被氧化成赤铁矿而呈现交代残余结构，零星分布于赤铁矿内(见图4)。粒度一般在0.1 mm以下。大多数集中在0.02～0.05 mm之间。磁铁矿与赤铁矿在扫描电子显微镜下因其灰度相近，难以区分(见图1(e)、图1(f))。

3.1.3 镁铁矿

镁铁矿化学组成为MgFe2O4，其中理论含量为MgO 20.16%，Fe2O379.84%。自然形成的镁铁矿中的Mg2+易被Fe2+取代。其为火山区的常见矿物。矿石中镁铁矿主要与赤铁矿连生出现(见图5)，一般赋存于石英、白云石中，粒径最大者约0.2 mm。镁铁矿具有强磁性，因此可与赤铁矿一起通过弱磁选矿进行回收，但由于其含量很低，对选矿指标的影响较低。

3.1.4 黄铁矿

黄铁矿化学组成为FeS2，等轴晶系，常有完好的晶形(见图6)，呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。立方体晶面上有与晶棱平行的条纹，各晶面上的条纹相互垂直。集合体呈致密块状、粒状或结核状。矿石中黄铁矿是含量仅次于赤铁矿和磁铁矿的含铁矿物，其主要以自形、半自形晶粒状分布于脉石矿物中，粒度中等偏粗，一般为0.05～0.2 mm，大多数粒径大于0.05 mm，常与赤铁矿连生。

图4 磁铁矿零星分布于赤铁矿内

图5 镁铁矿与赤铁矿共生背散射图

3.2 矿石中主要脉石矿物嵌布特征

3.2.1 石 英

石英是深部铁矿石中最主要的脉石矿物，占矿物总量的50%以上，且多以自形、半自形晶粒状紧密镶嵌，构成块状构造。也有呈他形、细粒状的石英，可能是因后期变形变质作用改造而成。矿石中石英粒径在0.01～0.2 mm之间，整体较为粗大。通过MLA测试发现矿石中的石英常含Fe、Mg、Al等元素，矿石中石英嵌布特征结果见图7。

3.2.2 白云石

白云石化学组成为CaMg(CO3)2，钙和镁常被Fe、Mn、Zn、Pb、Sr、Ba等类质同象。矿石中白云石是含量仅次于石英的脉石矿物(见图8)，常有片状、针状赤铁矿赋存于白云石中。通过X射线点扫描发现该类白云石中铁含量都比较高，平均达到了6%左右，因此可称之为含铁白云石。

图6 黄铁矿嵌布特征分析结果

图7 矿石中石英嵌布特征分析结果

3.2.3 其他微量脉石矿物

深部铁矿石中还有黑云母、磷灰石、角闪石等脉石矿物，但由于其含量较低，可在分选中直接抛入尾矿。深部铁矿石经过了强烈的变质变形作用，结晶程度较差，多以他形晶为主，呈集合体出现，粒度较大，一般在0.2～0.5 mm，脉石矿物间隙常发育有其他金属矿物，如赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿等，在脉石矿物中也常见有交代作用形成的金属矿物。

3.3 铁金属量平衡计算

为确定铁在各矿物中的配分比及平衡系数，在取得矿石中矿物量，单矿物平均铁品位，矿石中铁平均品位的基础上进行了铁的金属量平衡计算，结果见表4。

图8 矿石中白云石嵌布特征分析结果

表4 铁矿石中铁的金属量平衡表

注：平衡系数为99.58/100=99.58%。

铁在各矿物中的配分比情况表明，铁配分相对集中，铁主要赋存于赤铁矿中。经过计算，各矿物TFe配分总量为28.62%，与实际分析品位28.74%接近，TFe配分系数为99.58%。含铁矿物中以赤铁矿为主，其矿物量为32.86%，平均铁品位69.10%；其次为磁铁矿，矿物总量为7.12%，平均铁品位70.53%；镁铁矿虽然含量很低，但其具有强磁性，可被磁选回收，矿物总量为0.67%，平均含铁56%；黄铁矿与含铁脉石矿物含量低，对该矿石而言没有回收价值。因此赤铁矿、磁铁矿及镁铁矿应作为选矿回收的主体矿物。除去黄铁矿及含铁脉石，若对赤铁矿、磁铁矿及镁铁矿的回收率达到100%，则铁精矿的理想品位应该达到69.13%，理论回收率为98.19%。

4 赤铁矿的嵌布粒度分析

矿物的嵌布粒度是矿石的重要性质，对选矿工艺有较大的影响。该矿石中矿物组成简单，总体粒度较细。由于主要的有用矿物为赤铁矿和磁铁矿，磁铁矿含量较低且多赋存于赤铁矿中，呈赤铁矿包裹体形式存在，故本研究只统计赤铁矿的原生粒度，分析结果见表5。

表5 矿石中赤铁矿的原生粒度统计表

由表5可知，61.8%以上的赤铁矿粒径在0.043 mm以上，有13.7%的赤铁矿粒径在0.01 mm以下。大部分赤铁矿粒径在选矿的有效范围内，有一小部分粒度微细的赤铁矿赋存于石英等脉石矿物中，增加了选矿的难度。

5 结 论

(1)辽宁某深部矿石为赤铁矿石英岩，全铁品位为28.74%，硫、磷等有害杂质含量低，属贫铁矿石，主要的含铁矿物为赤铁矿和磁铁矿；脉石矿物主要为石英、白云石、黑云母、磷灰石。

(2)赤铁矿主要以自形、半自形晶粒状赋存于石英、白云石等脉石矿物中，其集合体常成条带状、致密块状构造。磁铁矿常包裹在赤铁矿中，呈交代残余结构，且磁铁矿具强磁性，有益于采用磁选回收。

(3)赤铁矿粒度分布不均，变化范围在0.02～1 mm之间，但大于0.5 mm的赤铁矿很少，大多数赤铁矿粒度小于0.1 mm；磁铁矿粒度一般在0.1 mm以下，大多数集中在0.02～0.05 mm之间。

[1] 刘 军，靳淑韵.中国铁矿资源的现状与对策[J].中国矿业，2009，18(12)：1-2. Liu Jun，Jin Shuyun.The actuality and countermeasure of the iron ore resource in China[J].China Mining Magazine，2009，18(12)：1-2.

[2] 张泾生.我国铁矿资源开发利用现状及发展趋势[J].中国冶金，2007，17(1)：1-6. Zhang Jingsheng.Status and trend of exploitation and utilization of iron ore resources in China[J].China Metallurgy，2007，17(1)：1-6.

[3] 陈亮亮，刘养洁.世界铁矿资源分布对我国钢铁工业发展的影响[J].经济研究导刊，2010，79(5)：35-37. Chen Liangliang，Liu Yangjie.The distribution of the world's iron ore resources of the impact of the development of China's iron and steel industry[J].Economic Research Guide，2010，79(5)：35-37.

[4] 骆华宝，王永基，胡达骧，等.我国铁矿资源状况[J].地质论评，2009，55(6)：885-891. Luo Huabao，Wang Yongji，Hu Daxiang，et al.The potential analysis of the iron ore resources in China[J].Geological Review，2009，55(6)：885-891.

[5] 洪秀伟，庞宏伟，刘学文，等.辽宁本溪大台沟铁矿地质特征[J].中国地质，2010，31(5)：1426-1433. Hong Xiuwei，Pang Hongwei，Liu Xuewen，et al.Geological characteristics of the Dataigou iron deposit in Benxi，Liaoning Province[J].Geology in China，2010，31(5)：1426-1433.

[6] 范正国，黄旭钊，谭 林，等.鞍山地区地质构造及深部铁矿[J].地质与勘探，2013,49(6)：1153-1163. Fan Zhengguo，Huang Xuzhao，Tan Lin,et al.Geological structure and Deep Iron Deposits in the Anshan Area[J].Geology and Exploration，2013，49(6)：1153-1163.

[7] 张丛香，周惠文.鞍山某铁矿床矿石选矿试验研究[J].矿冶工程，2007，27(3)：33-36. Zhang Congxiang，Zhou Huiwen.Experimental study on the mineral processing of an iron ore in Anshan[J].Mining and Metallurgical Engineering，2007，27(3)：33-36.

[8] 任长彬.大孤山铁矿玢岩以西矿石的工艺矿物学研究[J].鞍钢矿山，1996(4)：14-19. Ren Changbin.Process mineralogy of the ore from west of Dagushan Iron Mine Porphyrite[J].Ansteel Mining，1996(4)：14-19.

(责任编辑 王亚琴)

ProcessMineralogyofaDeepIronOrefromLiaoning

Liu Jie1Wang Yue2Han Yuexin1Li Yanjun1

(1.CollegeofResourceandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang,110819,China；2.InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResource，ChineseAcademyofGeologicalScience,Chengdu,610041,China)

A new large deep iron orebody was found in Liaoning.The process mineralogy of a Deep Iron Ore was investigated for its exploitation and utilization.The results show that the main iron mineral in the ore is hematite with subordinately magnetite and magnoferrite and rarely pyrite.And the iron is hosted by hematite and magnetite,which are separated and used from the iron ore.The mineral content of hematite with average Fe grade of 69.80% in the iron ore is 32.86% and then the average Fe grade 70.53% of magnetite is 7.12%,thus,the grade and recovery is up to 69.13% and 98.19% respectively in theory.The hematite with idiomorphic and allotriomorphic granular texture is occurred in such gangue mineral as quartz,dolomite,et al.On the other hand,the fine magnetite is often coated in hematite to form a metasomatic relict texture,which enhance the ferromagnetic property of hematite so as to upgrade hematite by magnetic separation.The particle size of hematite with uniform diameters vary from 0.02 mm to 1 mm,however,the particle size of more than 0.50 mm was little.The particle size of magnetite is less than 0.1 mm,and it changes between 0.02 mm and 0.05 mm.

Deep iron ore，Process mineralogy，Hematite，Mmagnetite

2014-10-09

中国地质调查项目(编号：12120113086600)，自然基金项目(编号：51204035)，新教师基金项目(编号：20110042120041)。

刘 杰(1981—),女，讲师，博士。

TD912

A

1001-1250(2014)-12-079-06