安徽某高硫鐵礦石工藝礦物學(xué)研究

郟 威 王忠強(qiáng) 姚燈磊 黃秋菊 蘇 康

（1.安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；3.金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心，安徽 馬鞍山 243000）

我國作為鐵礦資源最大的消費(fèi)國，經(jīng)過數(shù)十年的大規(guī)模開采，高品質(zhì)的鐵礦資源幾乎消耗殆盡，鐵礦資源目前整體呈現(xiàn)貧、細(xì)、雜的特點(diǎn)，但目前國內(nèi)仍有一部分高硫磁鐵礦尚未完全開發(fā)利用［1-3］。安徽某高硫鐵礦選礦工藝采用階段磨礦—浮選—弱磁選—強(qiáng)磁選—重選的工藝流程，其中磨浮工藝為一段粗磨后浮選回收黃鐵礦，浮選尾礦經(jīng)弱磁粗選后再磨再選回收磁鐵礦，弱磁尾礦采用強(qiáng)磁—重選工藝回收赤鐵礦。由于礦石性質(zhì)復(fù)雜難選，造成鐵精礦含硫高，伴生元素銅未能得到較好的回收。硫精礦ES品位約42%，不能作為合格的硫精礦加以利用，只能作為固體廢棄物堆棄，造成環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)。原礦中含Cu約0.02%，在硫精礦中富集到品位約0.25%，沒有進(jìn)行回收，造成了銅資源的浪費(fèi)。磁鐵精礦TFe品位保持65%，但是含硫0.45%～0.50%，甚至更高，磁鐵精礦中S含量超標(biāo)已不能滿足鋼鐵企業(yè)對磁鐵精礦產(chǎn)品的質(zhì)量要求。為得到合格的鐵精礦產(chǎn)品，并充分回收該礦伴生的硫，對該高硫鐵礦石進(jìn)行詳細(xì)的選別試驗(yàn)研究［4］。為給選別試驗(yàn)研究提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)，采用化學(xué)多元素分析、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡EDS分析等手段［5-7］，進(jìn)行了共伴生復(fù)雜難選高硫鐵礦工藝礦物學(xué)研究，旨在查明高硫礦體中的礦石性質(zhì)。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)多元素分析

表1所示為安徽某高硫鐵礦石的化學(xué)多元素分析結(jié)果。

由表1可知：礦石主要有價元素為鐵，鐵品位為38.50%，有害元素S、P含量分別為5.94%和0.81%。

1.2 鐵、硫物相分析

表2所示為礦石的鐵物相分析結(jié)果。

由表2可知：礦石中的鐵主要以磁鐵礦及赤鐵礦形式存在，分布率分別為66.63%和20.04%，少量以黃鐵礦形式存在，分布率為8.87%，其余鐵礦物含量相對較少。

表3所示為礦石的硫物相分析結(jié)果。

由表3可知：礦石中的硫主要以硫化物和硫酸鹽的形式存在，分布率分別為61.38%和38.45%。

1.3 礦物組成及含量

表4所示為礦石的礦物組成及相對含量。

由表4可知：礦石中主要有用鐵礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，含量分別為35.38%和11.02%，硫化物主要為黃鐵礦，含量為6.72%，含銅礦物主要為黃銅礦，含量為0.08%；主要脈石礦物為透輝石和硬石膏，含量分別為13.09%和10.78%，含磷礦物主要為磷灰石，含量為2.42%。

2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石構(gòu)造

礦石的構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。磁鐵礦和假象赤鐵礦多呈致密集合體塊狀產(chǎn)出，硬石膏等脈石礦物沿鐵礦物的裂隙充填交織形成網(wǎng)脈狀，部分黃鐵礦呈細(xì)粒浸染狀嵌布在磁鐵礦中。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)

礦石的結(jié)構(gòu)主要為斑狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)。磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦多呈粗粒斑晶產(chǎn)出形成斑狀結(jié)構(gòu)，部分磁鐵礦被脈石沿裂隙充填形成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)，赤鐵礦大多交代磁鐵礦形成交代殘余結(jié)構(gòu)，黃鐵礦常常包裹大量細(xì)粒脈石礦物形成包含結(jié)構(gòu)［8-10］。主要脈石礦物透輝石和硬石膏一般呈不規(guī)則粒狀集合體嵌布，具粒狀結(jié)構(gòu)。

3 主要礦物的嵌布特征與共生關(guān)系

3.1 磁鐵礦

磁鐵礦是礦石中含量最高的鐵礦物，也是主要目的礦物。磁鐵礦主要呈斑狀形式產(chǎn)出，局部被脈石沿裂隙充填，形成網(wǎng)脈狀，具網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)（圖1），部分集合體嵌布的磁鐵礦局部被氧化為赤鐵礦（圖2），形成半假象赤鐵礦，具交代殘余結(jié)構(gòu)，另有少量磁鐵礦呈細(xì)粒包裹體嵌于黃鐵礦中，兩者緊密共生，不易解離（圖3）。磁鐵礦的嵌布粒度總體呈粗粒分布，主要分布在+0.1 mm粒級。

3.2 赤鐵礦

赤鐵礦是礦石中次要的鐵礦物，也是需回收的目的礦物。赤鐵礦主要呈斑狀嵌布，大多交代磁鐵礦，形成假象或半假象赤鐵礦，并與脈石礦物共生嵌布（圖4）。部分赤鐵礦裂隙被黃鐵礦充填，兩者緊密共生（圖5）。少量赤鐵礦呈不規(guī)則粒狀、細(xì)粒浸染狀、針狀或短柱狀產(chǎn)出。赤鐵礦總體上嵌布粒度極不均勻，細(xì)粒級小于0.01 mm，粗粒級大于0.2 mm，一般分布在0.01～0.1 mm［6］。

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中主要的硫化物。黃鐵礦主要呈斑狀或粒狀集合體產(chǎn)出，其中常常包裹大量細(xì)粒脈石礦物（圖6），細(xì)粒的包裹體會使黃鐵礦的嵌布粒度細(xì)化。部分黃鐵礦呈細(xì)粒浸染狀產(chǎn)出，嵌布粒度主要分布在10 μm左右（圖7）。少量黃鐵礦沿磁鐵礦和赤鐵礦的裂隙充填，形成黃鐵礦細(xì)脈，粒度主要分布在30 μm左右。

3.4 黃銅礦

黃銅礦是礦石中主要的含銅礦物，含量相對較少，嵌布粒度較細(xì)，黃銅礦主要呈他形粒狀嵌于脈石礦物中，粒度主要分布在5～50 μm之間（圖8）。

3.5 斑銅礦

斑銅礦是礦石中次要含銅礦物，微量，主要呈不規(guī)則細(xì)粒狀產(chǎn)出（圖9）。

3.6 透輝石

透輝石是礦石中主要的脈石礦物，主要呈不規(guī)則粒狀集合體嵌布（圖10）。

3.7 硬石膏

硬石膏是脈石礦物中主要的含硫礦物。硬石膏主要呈不規(guī)則粒狀集合體嵌布，其中含有細(xì)粒鐵礦物包裹體（圖11），包裹體的粒度分布在20 μm左右，這部分細(xì)粒的鐵礦物在磨礦過程中難以與硬石膏充分解離。少量硬石膏沿碳酸鹽礦物的裂隙充填，形成細(xì)脈結(jié)構(gòu)。

4 礦石主要金屬礦物粒度分析

表5所示為礦石的主要金屬礦物嵌布粒度。

由表5可知：有用鐵礦物磁鐵礦的嵌布粒度較粗，主要分布在+0.07 mm粒級，分布率為63.39%；赤鐵礦的嵌布粒度較細(xì)，主要分布在-0.07 mm粒級，分布率為61.50%；部分粗粒黃鐵礦包裹了大量細(xì)粒包裹體，這部分細(xì)粒包裹體會導(dǎo)致樣品中黃鐵礦的工藝粒度變細(xì)，黃鐵礦粒度主要分布在-0.07 mm粒級，分布率為66.40%，黃鐵礦在-0.01 mm粒級的分布率為18.87%。

5 鐵、銅、硫元素的賦存狀態(tài)及平衡計算

表6所示為鐵、銅、硫元素在礦石中分布平衡計算。

由表6可知：元素Fe主要賦存在磁鐵礦中，分布率為66.27%，其次分布在赤鐵礦中，分布率為19.85%，因此磁鐵礦和赤鐵礦是回收的主要目的礦物；元素Cu主要分布在黃銅礦中，分布率為81.25%，少量分布在斑銅礦中，分布率為18.75%，由于原生硫化銅（黃銅礦）和次生硫化銅（斑銅礦）與黃鐵礦可浮性相差不大，因此在回收硫精礦時，絕大部分銅礦物進(jìn)入了硫精礦中；元素S則主要分布在黃鐵礦和硬石膏中，分布率分別為56.58%和42.79%。

6 推薦工藝流程

根據(jù)工藝礦物學(xué)研究，黃鐵礦中常常包裹大量細(xì)粒脈石礦物，細(xì)粒包裹體會使黃鐵礦的嵌布粒度細(xì)化，浮選時黃鐵礦主要以富連生體的形式進(jìn)入硫精礦，但若想進(jìn)一步提高硫精礦的品位，應(yīng)對硫精礦再磨，使這部分黃鐵礦完全解離才能進(jìn)一步提高硫精礦品位。Cu主要分布在黃銅礦和斑銅礦中，兩者與黃鐵礦可浮性相差不大，導(dǎo)致絕大部分銅礦物進(jìn)入了硫精礦中，因此需將硫精礦細(xì)磨，經(jīng)1粗3精2掃閉路浮選，通過調(diào)整藥劑用量，可獲得理想Cu品位的銅精礦。磁鐵精礦中的硫主要分布在硫酸鹽礦物石膏中，在磁選過程中夾雜進(jìn)入鐵精礦中，導(dǎo)致鐵精礦中含硫超標(biāo)，因此建議采用淘洗機(jī)對現(xiàn)場二磁精礦進(jìn)行提鐵降硫。自動淘洗磁選機(jī)采用“磁懸浮”選礦技術(shù)，通過磁系的設(shè)計使選別桶內(nèi)工作磁場特殊分布，礦石顆粒在連續(xù)的背景磁場及勵磁、消磁磁場的作用下，以磁鏈形式懸浮下行，實(shí)現(xiàn)磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)完全分離，連生體磁性較弱在背景磁場力及水的沖力切割作用下被強(qiáng)迫分離，可以有效減少機(jī)械夾雜，實(shí)現(xiàn)磁鐵精礦降硫。

7 結(jié) 論

（1）安徽某高硫鐵礦石中主要有價元素Fe、Cu的品位分別為38.50%和0.03%，硫含量為5.94%，可以考慮綜合回收，雜質(zhì)磷含量相對較高，為0.81%。磁鐵礦多呈斑狀形式產(chǎn)出，局部被脈石沿裂隙充填，形成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)。赤鐵礦主要呈斑狀嵌布，大多交代磁鐵礦形成假象礦，具交代殘余結(jié)構(gòu)。黃鐵礦主要呈斑狀或粒狀集合體產(chǎn)出，其中常常包裹大量細(xì)粒脈石礦物。主要脈石礦物透輝石和硬石膏一般呈不規(guī)則粒狀集合體嵌布。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。

（3）磁鐵礦主要分布在+0.07 mm的中粗粒級。赤鐵礦主要呈細(xì)粒分布，由于部分赤鐵礦以半假象礦形式嵌布，兩者在磨礦中無需完全解離，但其他原生赤鐵礦和假象赤鐵礦嵌布粒度主要以細(xì)粒為主。Fe主要賦存在磁鐵礦和赤鐵礦中，分布率分別為66.27%和19.85%，因此磁鐵礦和赤鐵礦是回收的主要目的礦物；要想獲得較好的鐵精礦品位和回收率，對弱磁尾礦應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)磨，同時也要防止過磨導(dǎo)致泥化。

（4）粗粒黃鐵礦中的細(xì)粒包裹體在破碎過程中無需完全分離，浮選時黃鐵礦主要以富連生體的形式進(jìn)入硫精礦，但若想進(jìn)一步提高硫精礦品位，應(yīng)對硫精礦再磨，使這部分包裹體完全解離。黃鐵礦在-0.01 mm粒級的分布率為18.87%，這部分微細(xì)粒黃鐵礦較難回收，對硫精礦回收率將有一定影響。

（5）Cu主要分布在黃銅礦中，分布率為81.25%，由于原生硫化銅（黃銅礦）和次生硫化銅（斑銅礦）和黃鐵礦可浮性相差不大，因此在回收硫精礦時，絕大部分銅礦物進(jìn)入了硫精礦中；S主要分布在黃鐵礦和硬石膏中，分布率分別為56.58%和42.79%。

（6）根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，絕大部分銅礦物將進(jìn)入硫精礦中，因此需將硫精礦細(xì)磨，經(jīng)1粗3精2掃閉路浮選，通過調(diào)整抑制劑和捕收劑用量，可獲得理想Cu品位的銅精礦。磁鐵精礦中的硫主要分布在硫酸鹽礦物石膏中，在磁選過程中夾雜進(jìn)入鐵精礦中，導(dǎo)致鐵精礦中含硫超標(biāo)，因此建議采用淘洗機(jī)對現(xiàn)場二磁精礦進(jìn)行提鐵降硫。