羅布莎某鉻鐵礦工藝礦物學研究及對選礦工藝的影響

徐 鶯 余旭輝

（1.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川成都610041；2.國土資源部釩鈦磁鐵礦綜合利用重點實驗室，四川成都610041；3.成都理工大學地球科學學院，四川成都610059；4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，四川成都610213）

世界鉻鐵礦資源總量超過120億t［1］，我國鉻鐵礦資源匱乏，而且礦石質(zhì)量差，目前我國探明的鉻鐵礦儲量僅占世界總儲量的0.825%［1］。國內(nèi)鉻鐵礦主要集中分布在西藏、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古4個省（區(qū)）內(nèi)，這4個?。▍^(qū)）的保有儲量占到了全國總保有儲量的80%以上［2］。西藏羅布莎鉻鐵礦為具有工業(yè)價值的大型鉻鐵礦床，有2種礦床類型，浸染狀礦石組成的堆晶礦床和致密塊狀礦石及豆狀礦石組成的豆莢狀礦床［3］。為查清該鉻鐵礦礦石性質(zhì)，對其進行了工藝礦物學研究，分析了影響選礦工藝的礦物學因素，為選礦新技術(shù)、新工藝的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學組成

礦石主要化學成分分析結(jié)果見表1。

由表1可知：礦石化學成分以Cr2O3、MgO、Fe2O3為主，其次為 SiO2、Al2O3；Cr2O3為礦石的可利用有價組分，Co、Ni、Mo等元素含量未達到綜合利用最低品位。

1.2 礦石礦物組成

礦石礦物含量測定采用MLA礦物自動分析儀測量，結(jié)果見表2。

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由表2可知：礦石中鉻金屬礦物主要為鉻尖晶石類的鋁-鐵鎂鉻鐵礦（（Mg，F(xiàn)e）（Cr，Al）2O4），含量為78.17%，含微量的鉻鐵礦（FeCr2O4）、鈣鉻榴石；另含有極微量的菱鐵礦、鈣鈦礦、鈮鉭鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦、鈦鐵礦等；脈石礦物以鎂橄欖石為主（10.95%），次為蛇紋石，少量的含鉻綠泥石，微量的石英，以及長石、葉臘石、鈣鋁榴石、透輝石、綠簾石、方解石、石膏、高嶺石等。

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石的構(gòu)造

致密塊狀構(gòu)造：主要由粗粒-偉晶鉻鐵礦（1～5 mm）組成致密塊狀構(gòu)造，鉻鐵礦粒間被脈石礦物充填。

豆狀構(gòu)造：由中粗粒自形—半自形的鉻鐵礦（2～5 mm）組成豆粒，豆狀大小分布均勻，脈石礦物為蛇紋石或者橄欖石等，分布較為均勻。

浸染狀構(gòu)造：礦石中可見少量鋁-鐵鎂鉻鐵礦呈殘碎浸染狀嵌布于脈石中。

2.2 礦石的結(jié)構(gòu)

他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)：鋁-鐵鎂鉻鐵礦、橄欖石主要呈他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出。

碎裂結(jié)構(gòu)：鋁-鐵鎂鉻鐵礦由于脆裂而產(chǎn)生裂隙、裂紋，沿碎裂裂隙常充填脈石礦物。

包含結(jié)構(gòu)：鉻鐵礦晶粒中包裹有脈石礦物，或者在脈石礦物中包裹有近渾圓粒狀的鉻鐵礦。

脈狀、網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)：蛇紋石呈細脈或網(wǎng)脈狀集合體充填于鉻鐵礦的裂隙或粒間。

3 礦石主要礦物嵌布特征

3.1 鋁-鐵鎂鉻鐵礦

鋁-鐵鎂鉻鐵礦是礦石中主要的含鉻金屬礦物，屬鉻尖晶石類礦物。其中Fe可以被Mg，Cr可以被Al完全類質(zhì)同象替代。鋁-鐵鎂鉻鐵礦常呈他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)分布，部分呈渾圓狀結(jié)構(gòu)分布，以集合體形式產(chǎn)出，碎裂結(jié)構(gòu)十分發(fā)育（圖1）。部分鋁-鐵鎂鉻鐵礦呈致密塊狀構(gòu)造產(chǎn)出（圖2），集合體粒度較粗，大者可達3～8 mm，一般0.5～4 mm，僅有極少部分的鋁-鐵鎂鉻鐵礦呈微細粒狀散布在脈石礦物中，粒度在0.02～0.1 mm左右。鋁-鐵鎂鉻鐵礦粒間嵌布鎂橄欖石，二者接觸邊界較為平直，較易單體解離，部分鎂橄欖石蝕變形成網(wǎng)脈狀的蛇紋石，沿著鋁-鐵鎂鉻鐵礦與鎂橄欖石的交界位置充填，也有細脈狀蛇紋石沿著鋁-鐵鎂鉻鐵礦的碎裂裂隙充填發(fā)育。鋁-鐵鎂鉻鐵礦局部發(fā)育細小孔洞，內(nèi)部嵌布微細粒的綠泥石（圖3），這類綠泥石較難解離，是鉻精礦中含有SiO2雜質(zhì)的主要原因。鋁-鐵鎂鉻鐵礦的電子探針分析結(jié)果見表3。

由表3可知，鋁-鐵鎂鉻鐵礦中MgO的平均含量為13.91%，Cr2O3的平均含量為57.59%。鋁-鐵鎂鉻鐵礦為礦石主要回收的鉻礦物，但礦物中夾雜較多的MgO，物理分選無法脫除這部分MgO，選礦過程將進入鉻精礦中，降低鉻精礦品質(zhì)。

3.2 鉻鐵礦

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礦石鉻鐵礦含量極低，僅0.67%，主要賦存于致密塊狀構(gòu)造的礦石中。鉻鐵礦嵌布在鋁-鐵鎂鉻鐵礦內(nèi)部或者碎裂裂隙中，常呈平行短細脈狀沿鋁-鐵鎂鉻鐵礦的裂隙縫分布（圖4），部分鉻鐵礦呈微細粒近渾圓狀、不規(guī)則短脈狀，嵌布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦與蛇紋石接觸邊界之間（圖5）。鉻鐵礦嵌布粒度較細，一般0.002～0.1 mm左右。鉻鐵礦內(nèi)部常嵌布微粒（＜1 μm）的含硅脈石礦物（如綠泥石），難以單體解理。鉻鐵礦的電子探針分析結(jié)果見表4。

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從表4可以看出：鉻鐵礦中除FeO、Cr2O3外，還含有一定量的Al2O3、MgO，這是由于鉻鐵礦中廣泛存在Cr被Al以及Fe被Mg類質(zhì)同象置換的現(xiàn)象；鉻鐵礦中Cr2O3平均含量為65.1%，MgO平均含量為9.44%，F(xiàn)eO平均含量為18.82%，Al2O3平均含量為5.37%。Al2O3、MgO在鉻鐵礦中的平均含量明顯低于其在鋁-鐵鎂鉻鐵礦中含量，Cr2O3在鉻鐵礦中的平均含量則高于其在鋁-鐵鎂鉻鐵礦中含量。

3.3 鈣鉻榴石

鈣鉻榴石（Ca3Cr2［SiO4］3）在礦石中含量僅0.19%，主要呈深綠色-鮮綠色分布，組成中常見Al、Fe替代Cr。鈣鉻榴石呈微細粒狀分布，一般粒度小于0.005 mm，主要沿鋁-鐵鎂鉻鐵礦裂隙嵌布。鈣鉻榴石的微區(qū)能譜成分分析結(jié)果見表5。

表5顯示，鈣鉻榴石中Cr2O3平均含量為31.24%，SiO2平均含量為31.77%、FeO平均含量為3.56%。

3.4 鎂橄欖石

鎂橄欖石（（Mg，F(xiàn)e）2［SiO4］）主要呈半自形—他形粒狀分布，單晶粒度0.02～0.2 mm，常以集合體形式產(chǎn)出，集合體粒度0.5～2 mm。鎂橄欖石主要嵌布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦粒間，接觸邊界較為平直，具脈狀—網(wǎng)脈狀蛇紋石蝕變。鎂橄欖石的電子探針分析結(jié)果見表6。

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表6顯示：鎂橄欖石MgO平均含量為53.23%，SiO2平均含量為43.01%，F(xiàn)eO平均含量為3.70%，有極少量的Cr2O3混入，Cr2O3平均含量為0.02%，但鎂橄欖石不是鉻回收的目標礦物。

3.5 蛇紋石

蛇紋石（Mg6［Si4O10］（OH）8）中常見Mg2+被Fe2+或Al3+替代。蛇紋石為蝕變礦物，主要由鎂橄欖石蝕變而來。蛇紋石常以集合體形式產(chǎn)出，呈網(wǎng)脈狀、細脈狀穿插鎂橄欖石、鋁-鐵鎂鉻鐵礦，一般脈寬幾微米到30微米不等；少量蛇紋石呈不規(guī)則狀分布，小者0.03～0.1 mm，大者0.5～1.5 mm；偶見纖維狀、毛發(fā)狀蛇紋石集合體呈脈狀產(chǎn)出。蛇紋石的電子探針分析結(jié)果見表7。

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表7顯示：蛇紋石的元素組成中，MgO平均含量為41.02%，SiO2平均含量為42.62%，F(xiàn)eO平均含量為0.74%，Al2O3平均含量為0.72%，Cr2O3平均含量為0.16%，但蛇紋石不是鉻回收的目標礦物，其中的鉻屬于合理損失。

3.6 綠泥石

綠泥石主要嵌布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦粒間或其內(nèi)部孔洞中，粒度不均勻，小者可小于0.010 mm，集合體粒度大者有0.04～0.15 mm，細粒綠泥石較難單體解離，而易與鋁-鐵鎂鉻鐵礦一同進入鉻精礦中，是鉻精礦中存在SiO2雜質(zhì)的因素之一。綠泥石的電子探針分析結(jié)果見表8。

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表8顯示，綠泥石中含有一定量的Cr2O3，含量變化較大，平均為3.61%。綠泥石中的Cr2O3在選礦中屬于合理損失，且由于綠泥石在礦石中含量低，其中賦存的Cr2O3占礦石總Cr2O3量的比例極低。

4 鉻、鎂、硅的賦存狀態(tài)

4.1 鉻的賦存狀態(tài)

鉻元素的平衡配分計算結(jié)果見表9。

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由表9可知：鋁-鐵鎂鉻鐵礦是礦石中鉻的主要賦存形式，鉻在其中的配分比為98.62%，鉻鐵礦、鈣鉻榴石、綠泥石中亦含有鉻，但配分比極低；鉻鐵礦的含量極低，鉻在其中的配分比也僅0.96%，但由于鉻鐵礦與鋁-鐵鎂鉻鐵礦的嵌布關(guān)系較為密切，可隨鋁-鐵鎂鉻鐵礦一同回收。在鋁-鐵鎂鉻鐵礦和鉻鐵礦這2種含鉻金屬礦物全部唯一回收的情況下，獲得的鉻精礦Cr2O3品位最高為57.66%，精礦Cr2O3回收率最高為99.58%。

4.2 鎂的賦存狀態(tài)

冶金用鉻礦石精礦對其中的MgO含量上限值有要求，因此對礦石中鎂的賦存狀態(tài)進行分析研究。鎂元素的平衡配分計算結(jié)果見表10。

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由表10可知，礦石MgO含量為20.70%，鋁-鐵鎂鉻鐵礦中MgO含量高達13.91%，MgO在鋁-鐵鎂鉻鐵礦中的配分比達54.28%，29.09%的MgO分布于鎂橄欖石中，10.38%的MgO分布于蛇紋石中，5.93%的MgO分布于綠泥石中，這4種礦物中MgO的總配分比達到99.68%。

由于鋁-鐵鎂鉻鐵礦、鉻鐵礦中均含有MgO，因此鉻精礦中必然存在MgO，在這2種含鉻金屬礦物全部唯一回收的情況下，MgO的含量不會低于13.87%，即降低鉻精礦中MgO含量的下限值約為13.87%。

4.3 硅的賦存狀態(tài)

礦石中硅主要賦存在鎂橄欖石、蛇紋石、綠泥石等脈石礦物中，在這3種脈石礦物中的配分比達到98%。其中約58%的SiO2賦存在鎂橄欖石中，約27%的SiO2賦存在蛇紋石中，約13%的SiO2賦存在綠泥石中。

5 影響選礦指標的礦物學因素分析

5.1 鉻礦物嵌布特征的影響

礦石預回收目標鉻礦物為鉻尖晶石類礦物鋁-鐵鎂鉻鐵礦和鉻鐵礦。

鋁-鐵鎂鉻鐵礦的嵌布粒度較粗，且與嵌布粒度較粗的脈石礦物鎂橄欖石的接觸邊界較平直，較易單體解理。但部分嵌布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦中的微細粒綠泥石以及呈不規(guī)則微細脈狀穿插鋁-鐵鎂鉻鐵礦的蛇紋石較難與鋁-鐵鎂鉻鐵礦單體解理，會影響精礦降硅效果。

鉻鐵礦含量極低（0.67%），嵌布粒度較細，但鉻鐵礦與鋁-鐵鎂鉻鐵礦的嵌布關(guān)系密切，鉻鐵礦通常可以同鋁-鐵鎂鉻鐵礦一起進入鉻精礦中而得以回收。有部分鉻鐵礦以不規(guī)則粒狀嵌布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦與脈石礦物之間，或其內(nèi)部嵌雜微細粒的綠泥石等脈石礦物，這2種嵌布形式的鉻鐵礦單體解離較難，易夾帶脈石進入鉻精礦中。

5.2 鉻的賦存狀態(tài)的影響

鋁-鐵鎂鉻鐵礦中鉻的配分比為98.62%，鉻鐵礦中鉻的配分比為0.96%。在這2種含鉻金屬礦物全部唯一回收的情況下，鉻精礦的最高Cr2O3品位為57.66%，精礦最高回收率99.58%。

5.3 礦石性質(zhì)對降鎂的影響

礦石主要含鉻礦物鋁-鐵鎂鉻鐵礦和鉻鐵礦中均含有較高的MgO（鋁-鐵鎂鉻鐵礦中MgO平均含量為13.91%，鉻鐵礦中MgO平均含量為9.44%）。經(jīng)過平衡配分計算，礦石中54.28%的MgO分布于鋁-鐵鎂鉻鐵礦中。因此，MgO是鉻精礦中的必然存在，且不會低于13.87%，即鉻精礦中MgO降低的下限值為13.87%。

5.4 礦石性質(zhì)對降硅的影響

礦石中硅主要賦存于脈石礦物中，約58%的SiO2賦存于鎂橄欖石中，約27%的SiO2賦存于蛇紋石中，約13%的SiO2賦存于綠泥石中，硅在這3種脈石礦物中的配分比達到約98%。結(jié)合這3種脈石礦物的嵌布特征，均較難與鋁-鐵鎂鉻鐵礦單體解離，即會多以連生體的方式進入鉻精礦中而帶入雜質(zhì)SiO2。

6 結(jié)論

（1）羅布莎某鉻鐵礦屬富鉻鉻鐵礦，Cr2O3含量為46.32%，主要鉻礦物為鉻尖晶石類的鋁-鐵鎂鉻鐵礦。鉻鐵礦含量低，但嵌布于鋁-鎂鐵鉻鐵礦中的鉻鐵礦可隨鋁-鐵鎂鉻鐵礦被一并回收。

（2）鋁-鐵鎂鉻鐵礦與礦石中主要的脈石橄欖石接觸邊界平直，易單體解理，但由橄欖石蝕變形成的脈狀蛇紋石穿插鋁-鐵鎂鉻鐵礦，不易與之單體解離。

（3）平衡配分計算結(jié)果顯示，鉻精礦的理論Cr2O3品位為57.66%，理論回收率99.58%。由于鉻精礦的主要構(gòu)成礦物鋁-鐵鎂鉻鐵礦含較高的MgO，以類質(zhì)同象替代形式賦存，物理分選無法剔除，因此鉻精礦中必然有較高含量的MgO，鉻精礦MgO含量降低下限值約為13.87%。

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