某鐵礦石工藝礦物學研究*

孫德明 王 帥

（1.中鋼集團山東礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

鋼鐵產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)體系中重要的基礎材料，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力的重要標準之一［1-2］。鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)的主要原材料，我國現(xiàn)已探明鐵礦石儲量857.49億t，位居世界第四位［3］。雖然我國鐵礦石總儲量高，但鐵礦石資源稟賦差，伴生組分復雜，這也導致鐵礦石綜合利用難度高，利用率低［4-6］。在當前國際形勢緊張的背景下，為保證我國鋼鐵行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，提高國內(nèi)鐵礦石資源綜合利用率以及鐵礦石自給率，具有重大的戰(zhàn)略意義［7-11］。因此，對某礦石進行工藝礦物學研究，為該礦石的高效利用提供理論依據(jù)。

該鐵礦采礦場原采出礦石全鐵品位39.50%，主要有用礦物為磁鐵礦，可選性強。隨著深部鐵礦的開采，礦石性質發(fā)生了較大的變化，礦石中易選鐵礦石含量降低，難選貧礦石、菱鐵礦和脈石礦物含量增加，礦石的物相組成以及結構構造等特征更為復雜，礦石整體可選性變差。為了實現(xiàn)該礦石的高效開發(fā)利用，通過多種分析方法對該礦石的工藝礦物學特征進行研究。

1 礦石物質組成

1.1 化學成分分析

礦石化學成分分析結果見表1。

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由表1可知，原礦中除鐵外，其他有用元素含量較低，TFe品位37.82%；主要雜質為SiO2、CaO、Al2O3、MgO和S，其含量分別為16.86%，7.93%，3.19%，2.19%，0.98%，礦石中的硫可考慮綜合利用，原礦為半自熔性鐵礦石。

1.2 鐵物相分析

礦石鐵物相分析結果見表2。

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由表2可知，原礦中的主要鐵礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦，鐵分布率分別為45.56%，35.22%，13.66%，為該礦石中需要回收的主要目的礦物；此外還有少量硅酸鐵和硫化鐵。

1.3 礦物組成分析

礦石礦物組成及含量見表3。

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由表3可知，磁鐵礦含量最高，為24.03%；赤鐵礦和菱鐵礦次之，含量分別為19.41%和8.46%；褐鐵礦含量較低。脈石礦物主要為碳酸鹽礦物，含量為16.94%；其次為黏土和石英，含量分別為9.31%和9.10%；其余脈石礦物含量較少。

2 礦石結構與構造

2.1 礦石構造

礦石顏色主要呈灰黑色，部分礦石為灰白色。礦石構造主要為塊狀構造、少量斑狀構造和浸染狀構造。以塊狀構造產(chǎn)出的礦石主要呈灰黑色、致密塊狀，礦石中的主要有用礦物為磁鐵礦和部分赤鐵礦，脈石礦物主要以硅酸鹽礦物為主（圖1（a））；以斑狀構造產(chǎn)出的礦石主要呈黑白相間狀，礦石中主要含鐵礦物為黃鐵礦和磁黃鐵礦（圖1（b））；少量礦石以浸染狀構造產(chǎn)出，黃鐵礦和磁黃鐵礦呈細粒浸染狀嵌于石英和硅酸鹽中（圖1（c））。

2.2 礦石結構

礦石中有用礦物的解離和選別受限于不同礦物顆粒的結構［8］，該礦石的主要結構如下。

（1）粒狀結構。磁鐵礦和赤鐵礦呈自形、半自形或不規(guī)則粒狀分布。

（2）斑狀結構。部分磁鐵礦與脈石交代分割，呈斑狀或不規(guī)則團塊嵌于脈石中。

（3）交代殘余結構主要見于磁鐵礦和長石，磁鐵礦和赤鐵礦局部交代，形成半假象礦，長石與細粒高嶺石交代，兩者呈過渡狀態(tài)。

（4）共晶結構。部分磁鐵礦與褐鐵礦、黃鐵礦交代共生形成共晶結構。

（5）脈狀結構。黃鐵礦和方解石呈次生脈狀互層嵌布于礦石中。

（6）鱗片狀結構。絹云母呈鱗片狀集合體結構。

（7）網(wǎng)狀結構。赤鐵礦包裹細粒脈石呈網(wǎng)狀結構存在。

（8）浸染狀結構。部分細粒磁鐵礦、赤鐵礦呈不均勻浸染狀結構，與脈石礦物嵌布共生。

3 礦石中主要礦物嵌布特征及共生關系

3.1 主要含鐵礦物

3.1.1 磁鐵礦

該礦石中的磁鐵礦主要呈不規(guī)則或近于四方形的粒狀嵌布于礦石中，單晶或組成集合體被脈石膠結（圖2（a））。其次呈斑狀產(chǎn)出，斑晶被脈石交代分割，所以其中含較多脈石包裹體（圖2（b）），有的斑晶還被赤鐵礦由外而內(nèi)交代，并與黃鐵礦共生（圖2（c））。少量磁鐵礦呈浸染狀散布于礦石中，共生的脈石主要為碳酸鹽、石英以及綠泥石，形成磁鐵礦-碳酸鹽、石英、綠泥石組合。

3.1.2 赤鐵礦

赤鐵礦主要呈粒狀、碎屑狀嵌于脈石礦物中（圖3（a）），單晶和集合體均有分布。部分赤鐵礦呈網(wǎng)狀嵌布，網(wǎng)眼中充填石英等脈石礦物（圖3（b）），除此之外還有少量赤鐵礦呈不規(guī)則斑狀、層狀嵌于礦石中（圖3（c））。在氧化條件下，部分磁鐵礦被赤鐵礦沿晶粒邊緣、裂隙交代，形成假象、半假象赤鐵礦（圖3（d））。共生的脈石主要為碳酸鹽、石英、黏土，形成赤鐵礦-碳酸鹽、石英、黏土組合。

3.1.3 菱鐵礦

菱鐵礦主要呈自形、半自形粒狀組成集合體團塊，與方解石、白云石、石英、黏土、長石共生（圖4（a）），形成菱鐵礦-方解石、白云石、石英、黏土組合，其次組成致密粒狀集合體，有時被次生方解石脈穿插。少量呈鮞粒狀嵌布，鮞粒被方解石、石英等膠結（圖4（b））。

3.2 主要脈石礦物

3.2.1 碳酸鹽

礦石中主要的脈石礦物為碳酸鹽礦物，其主要成分為方解石以及少量白云石，由自形、半自形或不規(guī)則粒狀組成集合體嵌布，其中Ca常被Fe呈類質同象替代，所以方解石不同程度含F(xiàn)e，主要與菱鐵礦、綠泥石、磷灰石等礦物共生（圖5（a）），有時呈寬窄不一的脈狀穿插于礦石（圖5（b）），脈寬為0.05～0.30 mm。部分方解石也與石英共生。

3.2.2 石英

礦石中的石英（含蛋白石）呈不規(guī)則粒狀，組成集合體嵌布（圖6（a）），主要與菱鐵礦、方解石緊密共生，有時與絹云母緊密交生（圖6（b））。部分石英呈松散粒狀嵌于鐵礦物中（圖6（c））。蛋白石是含水的隱晶質氧化硅，是SiO2的非晶質體和晶質體的混合物，樣品中蛋白石為無定形的集合體，主要與石英緊密共生。

3.2.3 云 母

礦石中含有的云母主要為絹云母和黑云母，其中絹云母呈細粒鱗片狀集合體，沿鐵礦物或碳酸鹽礦物粒間空隙充填（圖7（a）），有時也與石英互為連晶，部分由交代長石而形成，2種礦物有時呈過渡狀態(tài)。黑云母呈自形晶板柱狀，部分為片狀，在變質作用下顆粒局部被石英交代（圖7（b）），主要與碳酸鹽、石英、黏土共生。

3.2.4 其他脈石礦物

（1）長石。半自形板柱狀，顆粒被絹云母、黏土礦物高嶺石交代，但仍保留了長石的形貌特征（圖8（a）），少量長石呈孤島狀、葉片狀、乳滴狀殘留其中。長石中常含細粒鐵礦物包裹體。

（2）黏土。細粒集合體，與鐵礦物緊密共生（圖8（b）），部分由長石次變而形成，當交代不完全時，仍與長石殘晶共結連晶。

（3）綠泥石。不規(guī)則粒狀、葉片狀，與石英、黏土、碳酸鹽以及鐵礦物共生（圖8（c））。

（4）磷灰石。自形晶柱狀，單晶或集合體嵌布，主要與石英、碳酸鹽共生（圖8（d））。

除以上礦物外還有少量閃石（透閃石、藍閃石）、石榴石、輝石、簾石、金紅石等散布于礦石中。

4 礦石中主要礦物工藝粒度及解離度分析

對該礦石中的主要鐵礦物和脈石礦物進行工藝粒度分析，結果見表4。

由表4可知，礦石中磁鐵礦粒度分布較為均勻，在-0.07 mm的分布率為49.80%。赤鐵礦在-0.07 mm的分布率為57.89%，結晶粒度略小于磁鐵礦，菱鐵礦的結晶粒度比磁鐵礦和赤鐵礦略粗，在-0.07 mm的分布率為43.99%。礦石中石英和長石在-0.07 mm的分布率分別為69.07%和63.34%，結晶粒度均小于鐵礦物，碳酸鹽在-0.07 mm的分布率為40.76%，結晶粒度較鐵礦物要粗得多。

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5 結論

（1）某鐵礦石全鐵品位37.82%，有害元素P、S含量均小于1%，鐵礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦，分布率分別為45.52%、35.22%和13.66%；主要脈石礦物為方解石、石英和黏土。

（2）該礦石塊礦主要具塊狀構造，少量斑狀構造和浸染狀構造。礦石中磁鐵礦和赤鐵礦主要呈粒狀嵌布于脈石礦物中，部分磁鐵礦呈斑狀或不規(guī)則團塊，少量磁鐵礦結晶粒度較細，呈浸染狀散布于礦石中。

（3）礦石中磁鐵礦和赤鐵礦的工藝粒度分布較細，在-0.07 mm的分布率分別為49.80%和57.89%，菱鐵礦的結晶粒度則較粗，在-0.07 mm的分布率為43.99%；石英和硅酸鹽礦物的粒度分布較細，在-0.07 mm的分布率均超過63%，碳酸鹽的礦物粒度較其他礦物要粗得多，在-0.07 mm的分布率為40.76%。