國外某高磷鮞狀鐵礦石工藝礦物學研究

黃武勝 延 黎 吳世超 孫體昌

（1.中鋼設備有限公司，北京100080，2.北京科技大學土木與資源工程學院，北京100083）

鮞狀鐵礦石是一種非常重要的鐵礦石［1-2］，廣泛分布在法國洛林、美國伯明翰、哈薩克斯坦利薩科夫、阿爾及利亞Gara Djebilet以及中國鄂西—湘西北等地區(qū)［3-5］。據統計，歐洲的鮞狀鐵礦石儲量約為1.4億 t，中國儲量約為 100 億 t，巴基斯坦為 6 600萬 t［6-7］。目前，絕大多數高磷鮞狀鐵礦石未能得到有效利用［8-10］。

詳細的工藝礦物學特征研究有助于確定適宜的礦石選礦工藝，一些高磷鐵礦石的工藝礦物學已被報道。我國鄂西地區(qū)高磷鮞狀鐵礦石鐵品位在40%～45%之間，磷含量約為1%，鐵礦物主要為赤鐵礦，通常與鮞綠泥石、磷灰石等脈石礦物形成同心環(huán)帶結構［7，11-12］。楊敏［13］對云南某高磷鐵礦進行了工藝礦物學研究，結果表明，礦石中鐵品位、磷含量分別為43.50%、0.85%，鐵礦物主要以片狀褐鐵礦的形式產出，大部分磷以類質同象的形式分布在褐鐵礦中。濟源新安難處理高磷鐵礦中鐵品位和磷含量分別為50.50%、1.13%，赤鐵礦為主要鐵礦物，呈針狀分布，磷主要以菱磷鋁鍶礬形式出現［14］。綜上所述，不同地區(qū)高磷鐵礦石的鐵品位、磷含量，礦物組成以及嵌布關系，尤其是磷的賦存狀態(tài)明顯不同，因此，需對不同地區(qū)高磷鐵礦石的性質進行深入研究。

國外某高磷鮞狀鐵礦礦床位于撒哈拉西部的某盆地中，該高磷鮞狀鐵礦石賦存于巖層中泥盆紀早期形成的沉積巖里，屬于克林頓型鐵礦，由赤鐵礦—鮞綠泥石—菱鐵礦組成，含磷量高的鮞狀結構形成透鏡狀床層［15］。研究表明，礦床中鐵品位高、儲量大，有很高的經濟價值，但是該高磷鮞狀鐵礦石性質復雜，尤其是磷的賦存狀態(tài)比較復雜且含量較高，未能實現工業(yè)化應用［4］。

本研究采用化學分析、XRD以及SEM-EDS方法研究該高磷鮞狀鐵礦石的化學組成、礦物組成、鐵礦物與含磷礦物的嵌布關系及磷的賦存狀態(tài)，以期為該類型鐵礦石的富集工藝提供詳細的工藝礦物學參數。

1 礦石物質組成

1.1 礦石的化學成分分析

礦石主要化學成分分析結果見表1。

由表1可知，礦石中TFe品位為55.81%，P含量為0.72%，主要脈石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分別為4.95%、5.49%、2.24%；礦石中硫含量較低。

1.2 礦石的礦物組成

采用X射線衍射分析礦石的礦物組成，結果見圖1。

由圖1可知，礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，還有少量菱鐵礦以及針鐵礦；脈石礦物主要為鮞綠泥石和方解石。

礦物定量分析結果表明，赤鐵礦和磁鐵礦含量分別為34%、41%，鮞綠泥石和方解石的含量分別為11%、6%。

1.3 礦石中鐵、磷的物相分析

為了確定鐵和磷的賦存狀態(tài)，對礦石中的鐵和磷進行了化學物相分析，結果分別見表2、表3。

由表2、表3可知，礦石中鐵物相比較復雜，主要以磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤褐鐵礦的形式存在，總分布率達98.37%。礦石中的磷主要以磷灰石和鐵礦物中的磷存在，其中，鐵礦物中的磷分布率達到了47.22%。國內高磷鮞狀赤鐵礦中的磷以膠磷礦或磷灰石的形式存在，鐵礦物中幾乎不含磷，此礦石中磷的存在形式更為復雜。

1.4 鐵礦物的嵌布粒度

為了查清鐵礦物在礦石中的粒度分布特征，對鐵礦物顆粒粒度進行統計分析，結果見表4。

由表4可知，礦石中鐵礦物的嵌布粒度極細，其中+0.074 mm分布率僅為6.07%，而-0.010 mm分布率高達46.44%，為實現鐵礦物與脈石礦物的單體解離需進行細磨，而礦石中含有鮞綠泥石易泥化，會嚴重惡化分選指標，因此需結合選礦試驗確定最佳的磨礦條件。

2 礦石的總體結構

為查明礦石的總體特征，對礦石的微觀結構進行了電子顯微鏡觀察，結果如圖2所示。

由圖2（a）可知，礦石由鮞粒和非鮞粒構成，鮞粒的形狀主要為橢圓形，粒度大多在300 μm以下。鮞粒的內部結構如圖2（b）所示，可以看出鮞粒主要由鮞核和鮞環(huán)組成，鮞粒的環(huán)帶層數少且界限不太明顯，有些鮞粒未出現明顯的鮞核。此外，鮞粒中的鐵礦物粒度極細，部分鐵礦物粒度在10 μm以下。

3 礦石中鐵礦物、磷灰石嵌布特征及共生關系

為了研究鐵礦物和磷灰石的嵌布特征及共生關系，對礦石的典型區(qū)域進行掃描電鏡分析，結果如圖3所示。

由圖3可知，鐵礦物主要以2種形式存在：①大部分鐵礦物構成鮞粒的鮞核或鮞環(huán)，粒度小于20 μm；②少量鐵礦物分布在非鮞粒中。磷灰石主要以4種形式存在：①填充在鮞粒的間隙；②被鐵礦物包裹在鮞粒中；③與鐵礦物緊密結合形成鮞環(huán)；④分布在非鮞粒中，被鐵礦物包裹或在鐵礦物邊沿分布。從整體上看，大多數磷灰石分布在鮞粒中，與鐵礦物嵌布關系緊密。

4 磷的賦存狀態(tài)

4.1 鐵礦物中磷的存在狀態(tài)

為了研究鐵礦物中磷的存在狀態(tài)，對典型區(qū)域進行磷元素面掃描，結果如圖4所示。

由圖4（a）可知，礦物間關系非常復雜，含磷鐵礦物的粒度只有幾個微米且與鮞綠泥石脈石緊密共生。由4（b）可知，磷均勻分布在鐵礦物中，這使得降磷更為困難。

4.2 以其他形式賦存的磷

由磷的物相分析可知，還有少量磷分布在纖磷鈣鋁石中，為了查明纖磷鈣鋁石與其它礦物的嵌布關系，對礦石進行了SEM分析，結果如圖5所示。

由圖5可知，纖磷鈣鋁石主要有兩種分布形式：①出現在鮞粒的鮞核中，周圍散布著微細粒鐵礦物；②在非鮞粒中，以小塊狀的形式被鐵礦物包裹。纖磷鈣鋁石顆粒粒度在20 μm以下，與鐵礦物嵌布關系復雜，難以分選。

5 富集工藝探討

從選礦的工藝看，傳統物理分選工藝難以除去復雜的纖磷鈣鋁石、磷灰石等脈石礦物，因此，獲得的鐵精礦存在鐵品位較低而磷含量較高的問題。即使能通過超細磨使鐵礦物充分單體解離，但鐵礦物中的磷無法除去。

若采用磁化焙燒—磁選的工藝進行降磷研究，由于磁化焙燒溫度低，無法破壞鮞狀結構，磨礦過程也難以實現鐵礦物的充分釋放，此外，低溫焙燒條件下鐵礦物中的磷難以遷移至脈石中，產品無法直接作為煉鐵的原料。

若采用酸浸處理該礦石，由于磷灰石以及纖磷鈣鋁石易溶于酸，以上兩種形式存在的磷能夠被除去，但存在鐵礦物中的磷難以溶于酸，且酸浸會產生廢液，污染環(huán)境。

如果采用直接還原—磁選工藝處理該類鐵礦石，可利用高溫破壞礦石復雜的鮞狀結構并使鐵礦物被還原且長大到一定粒度的金屬鐵，同時，添加劑與鐵礦物中磷結合使磷遷移至脈石相中，可實現提鐵降磷的目標。因此，推薦采用直接還原—磁選工藝處理該類礦石。

6 結 論

（1）礦石中鐵品位高，為55.81%，有害元素磷含量為0.72%，主要脈石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分別為4.95%、5.49%以及2.24%。

（2）礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，還有少量菱鐵礦以及針鐵礦，脈石礦物主要有鮞綠泥石和方解石。鐵主要以磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤褐鐵礦的形式存在，總分布率達98.37%，48.61%的磷存在磷灰石中，47.22%的磷分布于鐵礦物中。

（3）礦石的鮞狀結構不典型，鐵礦物分布在鮞粒和非鮞粒中。大部分鐵礦物與磷灰石等脈石礦物形成鮞環(huán)而嵌布關系復雜，少量鐵礦物形成鮞粒的鮞核，另一部分鐵礦物將小塊狀的磷灰石包裹在非鮞粒中。

（4）磷的存在狀態(tài)有兩種，以獨立礦物存在和存在于鐵礦物中。獨立礦物主要為磷灰石以及少量的纖磷鈣鋁石。大部分磷灰石存在于鮞粒中并被鐵礦物包裹，粒度細且與鐵礦物關系密切，用物理方法難分離；磷在鐵礦物中分布均勻，未發(fā)現含磷的獨立礦物，這種形式的磷無法用物理方法分離；纖磷鈣鋁石主要在非鮞粒中以小塊狀的形式出現被鐵礦物包裹。