研山铁矿石工艺矿物学研究

韩秀丽 张 韩 刘丽娜 刘 磊 潘苗苗 张龙飞

(1.河北联合大学矿业工程学院;2.河北省矿业开发与安全技术实验室)

研山铁矿区地处河北滦县，属司家营铁矿二期采选工程项目，是冀东铁矿区的重要组成部分。司家营铁矿床属于鞍山式沉积变质铁矿床，矿体南北10 km，以S6勘探线为界被分为南北两区，南区资源储量为14.65亿t，北区资源储量为8.83亿t。研山铁矿属于北矿区，又分为东、西两部分，全部采用露天开采方式开采。随着二期工程的建成投产，司家营铁矿已成为目前亚洲最大铁矿［1］。但二期工程矿石性质与一期工程矿石性质存在差异［2-5］，导致选矿生产指标波动较大，达不到设计目标。本课题对研山铁矿石进行矿物工艺学研究，旨在为司家营铁矿二期工程选矿指标的优化提供基础依据。

1 矿区地质概况

研山铁矿位于新河复式背斜坡西翼、司家营复式向斜东翼，出露地层以太古界、元古界和第四系为主。太古界地层构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质程度较浅，岩性较简单的变粒岩类、片岩类和石英岩类等组成，混合岩化弱而普遍。第四系地层分布广泛，占矿区面积(10 km2)的70%以上;地表出露以亚砂土为主，次为坡积物、残积物;地层走向近南北，倾向西，倾角40°°～50°，矿体内小型褶皱发育。区内断裂构造较发育，主要有北北东向、北北西向和近东西向3组。区内尚未发现大规模的侵入岩体，仅在个别钻孔中见有产状不清、厚度较大的黑云霓辉正长岩。除此之外，还有一些中基性脉岩－变质辉长岩脉等［6］。

2 矿石物质组成

2.1 矿石化学组成

对东、西部混合矿石进行化学多元素分析，结果如表1所示。可见，矿石的铁品位达到工业指标，硫、磷含量较低，脉石以硅酸盐为主。

表1 原矿化学多元素分析结果 %

分别取东、西部矿石样品送河北地矿局第二地质大队进行铁的化学物相分析，结果见表2和表3。

表2 东、西部矿石铁物相分析结果 %

从表2可以看出，东、西部矿石的铁品位都在22%左右，碳酸铁和硫化铁所占比例都较小，但磁性铁和赤(褐)铁的分布率相差较大:东部矿石分别为32.7%和53.52%，而西部矿石分别为10.68%和78.01%。此外，东、西部矿石分别有10.93%和8.41%的铁以硅酸铁形式存在，将使铁回收率受到一定影响。

由于东、西部矿石中磁铁矿和赤(褐)铁矿的比例存在较大差异，因此选矿厂应做好配矿工作，以稳定入选矿石中东、西部矿石的比例。

2.2 矿石中矿物组成

在Axioskop 40型偏/反两用显微镜下观察，东、西部矿石的矿物组成都较简单:铁矿物都以赤铁矿为主，其次为磁铁矿，有少量到微量褐铁矿和黄铁矿，这与铁物相分析结果一致;脉石矿物主要为石英，含量在65%左右，其次为长石、方解石、绿泥石，有微量角闪石。

3 矿石结构构造

矿石以中细粒变晶结构和交代结构为主，伴有包含变晶结构。

中细粒变晶结构中赤铁矿主要呈半自形晶到他形晶镶嵌于石英颗粒中(图1)，矿物颗粒具有明显的定向排列特征(图2、图3)。

图1 赤铁矿镶嵌于石英颗粒中

图2 脉石矿物定向排列

图3 赤铁矿定向排列

交代结构大多表现为假象赤铁矿对磁铁矿的不完全交代，个别表现为全部交代，只保留有磁铁矿的晶形(图4)。

图4 假象赤铁矿交代磁铁矿

包含变晶结构中的铁矿物粒度很细，多数被包裹在他形石英颗粒中。

矿石构造主要是条带状构造和揉皱构造。

条带状构造中铁矿物条带与脉石矿物条带相间排列(图5)，由于部分矿石中脉石矿物条带较宽，初步可判断矿石矿物含量较少。

图5 条带状构造

揉皱构造主要为铁矿物条带和脉石矿物条带的规则弯曲(图6)。

图6 揉皱构造

4 主要矿物赋存特征

(1)赤铁矿。赤铁矿是矿石中主要的含铁矿物，颗粒主要呈半自形晶至他形晶，部分呈磁铁矿的假象和半假象。赤铁矿分布不均匀，嵌布粒度大小不一，一般0.02～0.1 mm，以细粒级为主。细粒赤铁矿多包裹于脉石矿物中(图7);个别样品中赤铁矿粒度相对较粗，与石英、长石等脉石矿物多呈不规则毗连或包裹有不规则脉石矿物颗粒(图8)。

图7 细粒赤铁矿包裹于石英中

图8 石英包裹于粗粒赤铁矿中

(2)磁铁矿。磁铁矿含量较少(个别样品中磁铁矿含量相对较高)，主要呈自形晶，部分被赤铁矿化。磁铁矿除了少数呈细小的单个颗粒外，多数粒度相对较大，一般为0.05～0.20 mm，与石英主要呈规则毗连。

(3)褐铁矿。褐铁矿含量很少，一般呈星点状，部分晶形较好，嵌布粒度以细粒为主，一般为0.02～0.06 mm。

(4)黄铁矿。黄铁矿仅在个别矿块中出现，主要呈浸染状分布在石英中，晶型不规则(图9)。

图9 不规则晶形的黄铁矿

(5)石英。石英为主要脉石矿物，多呈他形粒状，嵌布粒度大小不一，以粗粒为主，一般0.1～0.5 mm，最小0.05 mm，最大达2 mm以上。

(6)长石。长石多出现在细条带里，少数长石分散于石英和方解石颗粒之间。晶形较完好，聚片双晶和格子双晶比较常见。

(7)方解石。方解石主要呈脉状充填状，晶体粗大，部分达到6 mm以上。

从整体上看，主要铁矿物赤铁矿多属于细粒包裹型，但主要脉石矿物石英的粒度较粗，因此宜采用阶段磨选工艺，即在较粗磨矿细度下先抛弃大部分石英。

5 铁矿物粒度特性

5.1 铁矿物嵌布粒度

运用过尺线测法［7］测定东、西部代表性矿石薄片中铁矿物的嵌布粒度，结果如图10所示。

图10 东、西部矿石铁矿物粒度分布

由图10可以看出:东部矿石铁矿物主要分布在0.02～0.16 mm，其中40.02%的铁矿物嵌布粒度为0.04～0.08 mm，68.68%的铁矿物嵌布粒度小于0.08 mm，7.51%的铁矿物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度为0.083 mm;西部矿石铁矿物的嵌布粒度相对比较均匀，其中30.27%的铁矿物嵌布粒度为0.04～0.08 mm，63.30%的铁矿物嵌布粒度小于0.08 mm，13.76%的铁矿物嵌布粒度小于0.02 mm，平均嵌布粒度为0.088 mm。总体来看，矿石中铁矿物嵌布粒度较细，应细磨。

5.2 铁矿物解离性能

将东、西部矿石分别破碎、磨细至－200目占65%、75%、85%、95%后进行铁矿物单体解离度测定，结果见表3;对－200目占75%的磨矿产品进行各粒级铁矿物单体解离度测定，结果见表4。离性能是不一样的，这从另一个方面说明了做好入选矿石配矿工作的必要性。

6 结论

表3 不同细度磨矿产品的铁矿物单体解离度 %

(1)研山铁矿石属于低品位赤铁矿－磁铁矿混合矿石，铁品位在22%左右，但东、西部矿石中赤(褐)铁矿和磁铁矿的比例相差较大，东部矿石分布于赤(褐)铁矿和磁铁矿中的铁分别占53.52%和32.7%，而西部矿石分布于赤(褐)铁矿和磁铁矿中的铁分别占78.01%和10.68%。

(2)研山铁矿石中铁矿物嵌布粒度较细，东、西部矿石铁矿物的平均嵌布粒度分别为0.083 mm和0.088 mm，但主要脉石矿物石英粒度较粗。

(3)由于铁矿物嵌布粒度较细，因此须在较高的磨矿细度下才能达到较好的单体解离，且东、西部矿石中铁矿物的单体解离性能不一致。

(4)根据以上研究结果，研山铁矿要改善选矿指标主要应从以下两方面着手:一是做好东、西部矿石的配矿工作，以保证入选矿石性质的稳定;二是优化磨矿工艺，既使石英等脉石矿物得到尽早抛弃，又使铁矿物能较充分地单体解离。

表4 －200目75%磨矿产品各粒级铁矿物单体解离度

表3表明，虽然随磨矿细度的变细，铁矿物的单体解离度逐渐提高，但磨矿细度为－200目占95%时，东、西部矿石中铁矿物的单体解离度只有81.97%和80.21%;表4表明，东、西部矿石中 －0.03 mm粒级的铁矿物单体解离度才能达到92.70%和91.39%。这与上述主要矿物的赋存特征和铁矿物的嵌布粒度分析结果相符。

从表3还可以看出，东、西部矿石中铁矿物的解

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