鞍千磁铁矿工艺矿物学研究

王长艳 ，徐冬林 ，史达 ，韦文杰 ，张玲 ，刘杰

（1.鞍钢集团鞍千矿业责任有限公司，辽宁 鞍山 114043；2.东北大学资源与土木工程学院，难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 沈阳 110819）

铁矿资源作为钢铁行业进步的基础、基石，是我国重要的战略性矿产资源。其在国家的资源安全、国防安全和战略新兴产业进步方面均发挥了关键性的作用[1-3]。当前，工艺矿物学的研究技术、研究目标和研究方向不断发展，其在选矿行业所扮演的角色也更加重要[4]。对工艺矿物学的探讨可以从更深层次对矿物的组成、含量、嵌布关系、元素赋存特质、有用组分的单体解离等方面进一步了解，对于选矿原理、策划科学的选矿方案、改进选矿流程等可给出关键性的矿物学根据[5-6]。鞍千铁矿石是我国重要的铁矿资源，但随着近十几年开采深度的逐渐加大，矿石性质已经发生较大变化，目前选厂的工艺流程并不能很好的适应现在新开采的矿石性质，因此有必要对目前新开采入选矿石进行工艺矿物学研究，重新认识矿石组成和构造，进而有针对性的设计相应的分选工艺流程以及对现有工艺流程进行改造，对鞍山式铁矿石的分选也有一定的借鉴价值。

1 矿石性质

1.1 矿石化学多元素分析

对矿石进行化学成分分析，结果见表1。

表1 矿石化学成分分析/%Table 1 Analysis of chemical composition of ore

由表1 可知，矿石TFe 品位为29.25%，FeO含量为10.93%，磁性率为37.36%；主要脉石元素SiO2，其次CaO、MgO、Al2O3，有害元素S、P的含量较少。据此可初步确定主要脉石矿物为石英和钙、镁闪石。

1.2 矿石铁物相分析

矿石中铁物相分析结果见表2。

由表2 可知，该矿石试样中大部分的铁由磁铁矿的形式赋存，其铁的分布率达79.02%，是首要的回收目标；赤（褐）铁矿为次要回收矿物，铁的分布率为13.55%，磁铁矿及赤褐铁矿所含铁的总分布率可达到92.57%，因此，磁铁矿和赤（褐）铁矿为该矿石试样回收的主要目标。

表2 铁物相分析Table 2 Iron chemical phase analysis results of the ore

1.3 矿石的矿物组成

为进一步验证矿石试样中矿物的类别，运用X 射线衍射分析对矿样的矿物构成进行探讨，XRD结果见图1。借助光学显微镜对矿石的矿物构成进行探究，矿物组成及含量见表3。

图1 矿石XRD 分析Fig.1 XRD analysis of the ore

表3 矿石中主要矿物组成及含量/%Table 3 Main minerals composition and contents of the ore

由图1 可以看出，矿石中主要有用矿物为磁铁矿，赤褐铁矿含量较少，故未出现明显的衍射峰，石英半峰宽较窄，峰形尖锐，为主要的脉石矿物，其次为钙镁闪石。

由表3 可知，矿石试样的矿物构成较为单一，铁矿物总计占39.19%，其中铁矿物大部分以磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿形式存在；非金属矿物占比60.81%，主要包括石英、角闪石、辉石、绢云母、绿泥石，占比依次为45.44%、9.56%、1.52%、0.71%、0.54%，另有少量方解石、石灰石、白云石、菱镁矿等碳酸盐矿石。

2 矿石构造和矿物结构

矿石的构造在选矿工艺中发挥着关键性的作用。通常情况下，矿石的构造大体可以解释为矿物及其集合体在空间上散布的特质，而结构则大体可以解释为矿物及集合体各自的形态特点[7]。

2.1 矿石构造

2.1.1 浸染状构造

磁铁矿和赤铁矿在矿石试样中表现为不规则的排列，脉石矿物中可见较多不同大小的颗粒浸染嵌布于内，呈现出浸染状结构。

2.1.2 条纹状构造

局部磁铁矿和赤铁矿集合体与脉石矿物相间排布，且呈条纹状存在于矿石试样，形成条纹状结构。

2.2 矿物结构

矿石中多种矿物颗粒本身的构造特点在矿物的解离中发挥着各自重要的作用[7]，在这种矿石试样中赤铁矿大体体现为自形晶构造，磁铁矿大体体现为半自形晶构造和两种及两种以上矿物间的交互构造等。

2.2.1 自形晶结构

磁铁矿主要通过自形粒状出现，赤铁矿在矿石试样中主要通过片状、板状出现，结晶形态相对更完整，形成自形晶结构。

2.2.2 半自形晶结构

局部磁铁矿和赤铁矿颗粒晶体形态并不完备，部分晶面维持较好，构成半自形晶构造。

2.2.3 交代结构

赤铁矿沿磁铁矿的边界和裂隙组成交代，使得磁铁矿晶边产生了凹陷，呈港湾状结构，组成交代构造。

3 矿石中主要矿物的嵌布特征

3.1 磁铁矿

磁铁矿多数为自形、半自形粒状，少数表现为粒状集合体模式，表现为浸染或星散状排布于脉石内，粒度不一致，些许磁铁矿集合体于脉石内表现为条纹状嵌布（见图2（a）、图2（b））。大部分磁铁矿被赤铁矿沿边部、裂隙及内部交替，形成不混溶连晶颗粒（见图2（c）、图2（d））。磁铁矿及赤铁矿嵌布交互同生，互为围裹，同时浸染状排布于脉石内，少部分细粒赤铁矿顺边界与磁铁矿共生，些许赤铁矿嵌布在磁铁矿集合体内（见图2（c）、图2（d））。褐铁矿颗粒十分细小，部分褐铁矿充填胶结于磁铁矿间（见图2（e））。磁铁矿和黄铁矿有十分紧密的相互嵌布关系，细粒黄铁矿嵌布于磁铁矿集合体中，同时在黄铁矿晶粒中镶嵌也有少量细粒磁铁矿（见图2（f））。部分粗粒磁铁矿的裂隙和孔洞分布较广泛，裂隙和孔洞中充填细脉状、细粒状的脉石矿物（见图2（g）、图2（h））。

图2 磁铁矿的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of magnetite

3.2 赤铁矿

矿石试样中的赤铁矿含量稍低，含有原生赤铁矿及次生赤铁矿，原生赤铁矿多数为自形-半自形的粒状及粒状集合体模式，少部分为自形的板状、片状或针状，表现为星点状排布于脉石内，粒度不一致，些许赤铁矿集合体及脉石矿物固定排序，表现为互相嵌布（见图3（a）、图3（b））。常见赤铁矿和磁铁矿颗粒相互嵌布共生，部分赤铁矿呈条带状沿磁铁矿边缘嵌布，一起分布在脉石中（见图2（c）、图2（d））。次生赤铁矿为磁铁矿氧化蚀变产物，沿边部、裂隙和内部交替磁铁矿，二者形成不混溶连晶颗粒（见图3（c）、图3（d））。些许矿石中的赤铁矿由细脉状褐铁矿顺着粒间填满胶结，少数赤铁矿围裹于褐铁矿内（见图2（e）、图2（f））。

图3 赤铁矿的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of hematite

3.3 褐铁矿

褐铁矿在矿石中含量较少，主要以粒状产出，且颗粒较细小，与磁铁矿、赤铁矿毗连共生（见图4（a）），一些褐铁矿以细脉状的形式呈现，同时填充胶结于磁铁矿及赤铁矿粒间，细粒磁铁矿及赤铁矿围裹于内（见图4（b））。

图4 褐铁矿的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of limonite

3.4 黄铁矿

黄铁矿含量较少，仅在部分标本中观测到。黄铁矿以自形-半自形粒状产出，常镶嵌在赤铁矿、磁铁矿颗粒中（见图2（f））。

3.5 石英

石英在矿石试样中含量相对较高，粒度相对细密，大部分为自形粒状集合体。石英集合体内常嵌布角闪石及辉石等硅酸盐矿物（见图6（a）、图7），粒间常填充形状不规则的碳酸盐矿物，少数细粒石英嵌布于碳酸盐矿物内（见图5（a）、图5（b））。

图5 石英的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of quartz

3.6 角闪石

角闪石以长柱状产出，粒度细小，较分散分布在石英集合体中，且多呈定向排列（见图6（a）、图6（b）），部分角闪石穿插在碳酸盐矿物和绢云母中（见图6（c）、图6（d））。

图6 角闪石的嵌布特征Fig.6 Dissemination characteristics of hornblende

3.7 碳酸盐矿物

碳酸盐矿物在矿石试样中含量较少，粒度分布不均匀，主要以不规则状产出，部分包含细粒石英和角闪石，少数碳酸盐矿物及绢云母紧密同生（见图5（a）、图5（b）、图5（c）、图6（d））。

3.8 辉石

辉石在矿石试样中含量较少，主要以板状、柱状产出，粒度相对较细小，于石英集合体中分散嵌布，石英、角闪石、辉石三种矿物常常相互嵌布共生（见图7）。

图7 辉石产出特征Fig.7 Dissemination characteristics of pyroxene

3.9 绢云母

绢云母集中产于少量围岩中，与碳酸盐矿物有密切的伴生关系，内部穿插有部分角闪石（见图6（d））。

4 主要矿物浸染粒度

矿物浸染粒度对选矿工艺流程的确定有十分重大的影响。矿石中主要回收矿物为磁铁矿和赤铁矿，分别对其嵌布粒度进行测定，结果见表4。

表4 粒度统计结果Table 4 Grain dissemination results

由表4 可知，磁铁矿+0.075 mm粒级中的分布率占比 59.63%，− 0.038 mm 1 2.91%，因此磁铁矿的粒度分布不均，粒度大多数为中粒嵌布。

赤铁矿+0.075 mm 40.39%，− 0.038 mm粒级29.35%，因此赤铁矿的粒度分布不均，粒度相比于磁铁矿更细小，于细粒级中分布率较高。

参考矿物浸染粒度分析发现，该矿石中磁铁矿及赤铁矿的粒度分布不均，可运用阶段磨矿、阶段磁选选别的工艺。

鞍千矿在早期主要为贫赤铁矿石，磁性率较低，主要含铁组分为赤、褐铁矿，FeO 含量1.62%，磁性率仅为6.79%[10]。本文经过上述工艺矿物学研究发现，目前鞍千矿主要含铁组分为磁铁矿，且矿石磁性率高达37.36%，这主要是因为随着矿山开采的逐渐深入，矿石性质发生变化，FeO 含量逐渐增大，磁铁矿含量也随之增加。

5 结论

（1）鞍千矿中的金属矿物主要为磁铁矿，其次是赤铁矿，非金属矿物主要是石英和角闪石。

（2）矿石中磁铁矿和赤铁矿主要为浸染状排布于脉石内，二者间的嵌布关系紧密，交互嵌布，二者互含现象普遍，大多数为磁铁矿由赤铁矿替换，二者混合成不混溶颗粒，所以磁铁矿与赤铁矿间无法解离充分。部分磁铁矿与黄铁矿相互嵌布关系复杂，彼此之间若不进一步解离，将严重影响铁的回收。

（3）有用矿物的粒度分布不均匀，可选择多段磨矿。微细粒赤铁矿（−0.038 mm）含量较高，难以从脉石中解离出来，易损失于尾矿中。

（4）依据工艺矿物学研究的结果，选用磨矿-磁选流程可将大部分磁铁矿回收，但部分细粒级赤铁矿采用传统工艺难以分选到较高品位。