罗布莎某铬铁矿工艺矿物学研究及对选矿工艺的影响

徐 莺 余旭辉

（1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川成都610041；2.国土资源部钒钛磁铁矿综合利用重点实验室，四川成都610041；3.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059；4.四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队，四川成都610213）

世界铬铁矿资源总量超过120亿t［1］，我国铬铁矿资源匮乏，而且矿石质量差，目前我国探明的铬铁矿储量仅占世界总储量的0.825%［1］。国内铬铁矿主要集中分布在西藏、新疆、甘肃、内蒙古4个省（区）内，这4个省（区）的保有储量占到了全国总保有储量的80%以上［2］。西藏罗布莎铬铁矿为具有工业价值的大型铬铁矿床，有2种矿床类型，浸染状矿石组成的堆晶矿床和致密块状矿石及豆状矿石组成的豆荚状矿床［3］。为查清该铬铁矿矿石性质，对其进行了工艺矿物学研究，分析了影响选矿工艺的矿物学因素，为选矿新技术、新工艺的研究提供基础数据。

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1 矿石物质组成

1.1 矿石化学组成

矿石主要化学成分分析结果见表1。

由表1可知：矿石化学成分以Cr2O3、MgO、Fe2O3为主，其次为 SiO2、Al2O3；Cr2O3为矿石的可利用有价组分，Co、Ni、Mo等元素含量未达到综合利用最低品位。

1.2 矿石矿物组成

矿石矿物含量测定采用MLA矿物自动分析仪测量，结果见表2。

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由表2可知：矿石中铬金属矿物主要为铬尖晶石类的铝-铁镁铬铁矿（（Mg，Fe）（Cr，Al）2O4），含量为78.17%，含微量的铬铁矿（FeCr2O4）、钙铬榴石；另含有极微量的菱铁矿、钙钛矿、铌钽铁矿、黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、钛铁矿等；脉石矿物以镁橄榄石为主（10.95%），次为蛇纹石，少量的含铬绿泥石，微量的石英，以及长石、叶腊石、钙铝榴石、透辉石、绿帘石、方解石、石膏、高岭石等。

2 矿石的结构构造

2.1 矿石的构造

致密块状构造：主要由粗粒-伟晶铬铁矿（1～5 mm）组成致密块状构造，铬铁矿粒间被脉石矿物充填。

豆状构造：由中粗粒自形—半自形的铬铁矿（2～5 mm）组成豆粒，豆状大小分布均匀，脉石矿物为蛇纹石或者橄榄石等，分布较为均匀。

浸染状构造：矿石中可见少量铝-铁镁铬铁矿呈残碎浸染状嵌布于脉石中。

2.2 矿石的结构

他形—半自形粒状结构：铝-铁镁铬铁矿、橄榄石主要呈他形—半自形粒状结构产出。

碎裂结构：铝-铁镁铬铁矿由于脆裂而产生裂隙、裂纹，沿碎裂裂隙常充填脉石矿物。

包含结构：铬铁矿晶粒中包裹有脉石矿物，或者在脉石矿物中包裹有近浑圆粒状的铬铁矿。

脉状、网脉状结构：蛇纹石呈细脉或网脉状集合体充填于铬铁矿的裂隙或粒间。

3 矿石主要矿物嵌布特征

3.1 铝-铁镁铬铁矿

铝-铁镁铬铁矿是矿石中主要的含铬金属矿物，属铬尖晶石类矿物。其中Fe可以被Mg，Cr可以被Al完全类质同象替代。铝-铁镁铬铁矿常呈他形—半自形粒状结构分布，部分呈浑圆状结构分布，以集合体形式产出，碎裂结构十分发育（图1）。部分铝-铁镁铬铁矿呈致密块状构造产出（图2），集合体粒度较粗，大者可达3～8 mm，一般0.5～4 mm，仅有极少部分的铝-铁镁铬铁矿呈微细粒状散布在脉石矿物中，粒度在0.02～0.1 mm左右。铝-铁镁铬铁矿粒间嵌布镁橄榄石，二者接触边界较为平直，较易单体解离，部分镁橄榄石蚀变形成网脉状的蛇纹石，沿着铝-铁镁铬铁矿与镁橄榄石的交界位置充填，也有细脉状蛇纹石沿着铝-铁镁铬铁矿的碎裂裂隙充填发育。铝-铁镁铬铁矿局部发育细小孔洞，内部嵌布微细粒的绿泥石（图3），这类绿泥石较难解离，是铬精矿中含有SiO2杂质的主要原因。铝-铁镁铬铁矿的电子探针分析结果见表3。

由表3可知，铝-铁镁铬铁矿中MgO的平均含量为13.91%，Cr2O3的平均含量为57.59%。铝-铁镁铬铁矿为矿石主要回收的铬矿物，但矿物中夹杂较多的MgO，物理分选无法脱除这部分MgO，选矿过程将进入铬精矿中，降低铬精矿品质。

3.2 铬铁矿

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矿石铬铁矿含量极低，仅0.67%，主要赋存于致密块状构造的矿石中。铬铁矿嵌布在铝-铁镁铬铁矿内部或者碎裂裂隙中，常呈平行短细脉状沿铝-铁镁铬铁矿的裂隙缝分布（图4），部分铬铁矿呈微细粒近浑圆状、不规则短脉状，嵌布于铝-铁镁铬铁矿与蛇纹石接触边界之间（图5）。铬铁矿嵌布粒度较细，一般0.002～0.1 mm左右。铬铁矿内部常嵌布微粒（＜1 μm）的含硅脉石矿物（如绿泥石），难以单体解理。铬铁矿的电子探针分析结果见表4。

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从表4可以看出：铬铁矿中除FeO、Cr2O3外，还含有一定量的Al2O3、MgO，这是由于铬铁矿中广泛存在Cr被Al以及Fe被Mg类质同象置换的现象；铬铁矿中Cr2O3平均含量为65.1%，MgO平均含量为9.44%，FeO平均含量为18.82%，Al2O3平均含量为5.37%。Al2O3、MgO在铬铁矿中的平均含量明显低于其在铝-铁镁铬铁矿中含量，Cr2O3在铬铁矿中的平均含量则高于其在铝-铁镁铬铁矿中含量。

3.3 钙铬榴石

钙铬榴石（Ca3Cr2［SiO4］3）在矿石中含量仅0.19%，主要呈深绿色-鲜绿色分布，组成中常见Al、Fe替代Cr。钙铬榴石呈微细粒状分布，一般粒度小于0.005 mm，主要沿铝-铁镁铬铁矿裂隙嵌布。钙铬榴石的微区能谱成分分析结果见表5。

表5显示，钙铬榴石中Cr2O3平均含量为31.24%，SiO2平均含量为31.77%、FeO平均含量为3.56%。

3.4 镁橄榄石

镁橄榄石（（Mg，Fe）2［SiO4］）主要呈半自形—他形粒状分布，单晶粒度0.02～0.2 mm，常以集合体形式产出，集合体粒度0.5～2 mm。镁橄榄石主要嵌布于铝-铁镁铬铁矿粒间，接触边界较为平直，具脉状—网脉状蛇纹石蚀变。镁橄榄石的电子探针分析结果见表6。

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表6显示：镁橄榄石MgO平均含量为53.23%，SiO2平均含量为43.01%，FeO平均含量为3.70%，有极少量的Cr2O3混入，Cr2O3平均含量为0.02%，但镁橄榄石不是铬回收的目标矿物。

3.5 蛇纹石

蛇纹石（Mg6［Si4O10］（OH）8）中常见Mg2+被Fe2+或Al3+替代。蛇纹石为蚀变矿物，主要由镁橄榄石蚀变而来。蛇纹石常以集合体形式产出，呈网脉状、细脉状穿插镁橄榄石、铝-铁镁铬铁矿，一般脉宽几微米到30微米不等；少量蛇纹石呈不规则状分布，小者0.03～0.1 mm，大者0.5～1.5 mm；偶见纤维状、毛发状蛇纹石集合体呈脉状产出。蛇纹石的电子探针分析结果见表7。

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表7显示：蛇纹石的元素组成中，MgO平均含量为41.02%，SiO2平均含量为42.62%，FeO平均含量为0.74%，Al2O3平均含量为0.72%，Cr2O3平均含量为0.16%，但蛇纹石不是铬回收的目标矿物，其中的铬属于合理损失。

3.6 绿泥石

绿泥石主要嵌布于铝-铁镁铬铁矿粒间或其内部孔洞中，粒度不均匀，小者可小于0.010 mm，集合体粒度大者有0.04～0.15 mm，细粒绿泥石较难单体解离，而易与铝-铁镁铬铁矿一同进入铬精矿中，是铬精矿中存在SiO2杂质的因素之一。绿泥石的电子探针分析结果见表8。

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表8显示，绿泥石中含有一定量的Cr2O3，含量变化较大，平均为3.61%。绿泥石中的Cr2O3在选矿中属于合理损失，且由于绿泥石在矿石中含量低，其中赋存的Cr2O3占矿石总Cr2O3量的比例极低。

4 铬、镁、硅的赋存状态

4.1 铬的赋存状态

铬元素的平衡配分计算结果见表9。

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由表9可知：铝-铁镁铬铁矿是矿石中铬的主要赋存形式，铬在其中的配分比为98.62%，铬铁矿、钙铬榴石、绿泥石中亦含有铬，但配分比极低；铬铁矿的含量极低，铬在其中的配分比也仅0.96%，但由于铬铁矿与铝-铁镁铬铁矿的嵌布关系较为密切，可随铝-铁镁铬铁矿一同回收。在铝-铁镁铬铁矿和铬铁矿这2种含铬金属矿物全部唯一回收的情况下，获得的铬精矿Cr2O3品位最高为57.66%，精矿Cr2O3回收率最高为99.58%。

4.2 镁的赋存状态

冶金用铬矿石精矿对其中的MgO含量上限值有要求，因此对矿石中镁的赋存状态进行分析研究。镁元素的平衡配分计算结果见表10。

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由表10可知，矿石MgO含量为20.70%，铝-铁镁铬铁矿中MgO含量高达13.91%，MgO在铝-铁镁铬铁矿中的配分比达54.28%，29.09%的MgO分布于镁橄榄石中，10.38%的MgO分布于蛇纹石中，5.93%的MgO分布于绿泥石中，这4种矿物中MgO的总配分比达到99.68%。

由于铝-铁镁铬铁矿、铬铁矿中均含有MgO，因此铬精矿中必然存在MgO，在这2种含铬金属矿物全部唯一回收的情况下，MgO的含量不会低于13.87%，即降低铬精矿中MgO含量的下限值约为13.87%。

4.3 硅的赋存状态

矿石中硅主要赋存在镁橄榄石、蛇纹石、绿泥石等脉石矿物中，在这3种脉石矿物中的配分比达到98%。其中约58%的SiO2赋存在镁橄榄石中，约27%的SiO2赋存在蛇纹石中，约13%的SiO2赋存在绿泥石中。

5 影响选矿指标的矿物学因素分析

5.1 铬矿物嵌布特征的影响

矿石预回收目标铬矿物为铬尖晶石类矿物铝-铁镁铬铁矿和铬铁矿。

铝-铁镁铬铁矿的嵌布粒度较粗，且与嵌布粒度较粗的脉石矿物镁橄榄石的接触边界较平直，较易单体解理。但部分嵌布于铝-铁镁铬铁矿中的微细粒绿泥石以及呈不规则微细脉状穿插铝-铁镁铬铁矿的蛇纹石较难与铝-铁镁铬铁矿单体解理，会影响精矿降硅效果。

铬铁矿含量极低（0.67%），嵌布粒度较细，但铬铁矿与铝-铁镁铬铁矿的嵌布关系密切，铬铁矿通常可以同铝-铁镁铬铁矿一起进入铬精矿中而得以回收。有部分铬铁矿以不规则粒状嵌布于铝-铁镁铬铁矿与脉石矿物之间，或其内部嵌杂微细粒的绿泥石等脉石矿物，这2种嵌布形式的铬铁矿单体解离较难，易夹带脉石进入铬精矿中。

5.2 铬的赋存状态的影响

铝-铁镁铬铁矿中铬的配分比为98.62%，铬铁矿中铬的配分比为0.96%。在这2种含铬金属矿物全部唯一回收的情况下，铬精矿的最高Cr2O3品位为57.66%，精矿最高回收率99.58%。

5.3 矿石性质对降镁的影响

矿石主要含铬矿物铝-铁镁铬铁矿和铬铁矿中均含有较高的MgO（铝-铁镁铬铁矿中MgO平均含量为13.91%，铬铁矿中MgO平均含量为9.44%）。经过平衡配分计算，矿石中54.28%的MgO分布于铝-铁镁铬铁矿中。因此，MgO是铬精矿中的必然存在，且不会低于13.87%，即铬精矿中MgO降低的下限值为13.87%。

5.4 矿石性质对降硅的影响

矿石中硅主要赋存于脉石矿物中，约58%的SiO2赋存于镁橄榄石中，约27%的SiO2赋存于蛇纹石中，约13%的SiO2赋存于绿泥石中，硅在这3种脉石矿物中的配分比达到约98%。结合这3种脉石矿物的嵌布特征，均较难与铝-铁镁铬铁矿单体解离，即会多以连生体的方式进入铬精矿中而带入杂质SiO2。

6 结论

（1）罗布莎某铬铁矿属富铬铬铁矿，Cr2O3含量为46.32%，主要铬矿物为铬尖晶石类的铝-铁镁铬铁矿。铬铁矿含量低，但嵌布于铝-镁铁铬铁矿中的铬铁矿可随铝-铁镁铬铁矿被一并回收。

（2）铝-铁镁铬铁矿与矿石中主要的脉石橄榄石接触边界平直，易单体解理，但由橄榄石蚀变形成的脉状蛇纹石穿插铝-铁镁铬铁矿，不易与之单体解离。

（3）平衡配分计算结果显示，铬精矿的理论Cr2O3品位为57.66%，理论回收率99.58%。由于铬精矿的主要构成矿物铝-铁镁铬铁矿含较高的MgO，以类质同象替代形式赋存，物理分选无法剔除，因此铬精矿中必然有较高含量的MgO，铬精矿MgO含量降低下限值约为13.87%。

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