鞍钢东部尾矿工艺矿物学研究

唐志东 陈国岩 曲孔辉 韩跃新

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.鞍钢矿业集团关宝山矿业有限公司，辽宁鞍山114043）

我国是钢铁生产大国，但铁矿石铁品位低，铁尾矿产出率较高，通常达到60%以上［1］。目前，国内铁矿山尾矿再选综合利用率低，对于铁尾矿的处理方法普遍是堆放于尾矿坝中。这不仅要浪费大量土地，还会消耗大量资金用于尾矿坝的建设和维护，甚至会引发安全事故［2-3］。此外，尾矿中的有害物质，如残留的选矿药剂、重金属等对生态环境造成严重的影响［4-5］。鞍钢矿业集团东部尾矿为齐大山选矿厂（齐选）、齐大山铁矿选矿车间（齐矿）和鞍千矿业公司选矿厂（鞍千）排放的混合尾矿，年排放量2 850万t，属于高硅（SiO2＞65%）、含铁（TFe＞10%）、低硫磷型尾矿［6］，具有较大的潜在回收价值，对该尾矿中铁矿物的再次回收利用，具有显著的经济、社会和环境效益。

无论是对原生矿石还是矿山尾矿，详细的工艺矿物学研究对选矿工艺流程的制定均具有非常重要的作用［7-10］，但目前关于鞍钢东部尾矿工艺矿物学鲜有详尽的研究。本文通过光学显微镜、X射线衍射、化学分析等手段对该尾矿的工艺矿物学特性进行了详细研究，为该尾矿的综合利用提供依据［11，12］。

1 试样的化学组成

试验矿样由鞍钢矿业公司提供，为齐选、齐矿和鞍千3个选厂尾矿的混合样，按照3个选厂尾矿年产量进行配比，得到的试样细度及铁品位情况如表1所示。

?

试样化学成分分析结果见表2。

?

由表2可知，试样主要有价元素Fe品位为10.60%，主要杂质成分为SiO2，含量高达76.22%，有害元素S、P含量很低。因此，试样为高硅、低硫磷型铁尾矿。

为确定试样中铁元素赋存状态，对铁元素进行了物相分析，结果见表3。

?

由表3可知，试样中铁主要以赤（褐）铁、磁性铁的形式存在，是选矿的主要回收对象，这些铁占总铁量的90.11%，其余铁则分布于硅酸铁、碳酸铁、硫化铁等矿物中。

2 试样的矿物组成

试样X射线衍射分析结果见图1，主要矿物组成分析结果如表4所示。

?

由图1和表4可知，试样中主要含铁矿物为赤铁矿和磁铁矿，其次是褐铁矿；主要脉石矿物为石英，其次是绢云母和绿泥石等。

3 试样筛分分析

试样筛分分析结果见表5。

?

由表5可以看出，粒级越细，铁品位越高，表明铁矿物在细粒级有明显的富集现象，-0.037 mm粒级铁品位最高，达17.65%，对应的铁分布率为54.93%。

4 试样结构构造

4.1 试样结构

（1）交代结构。试样中赤铁矿沿磁铁矿的边缘和孔隙交代磁铁矿，形成交代结构。

（2）自形—半自形晶结构。部分包裹在脉石矿物中的赤铁矿、磁铁矿以自形—半自形粒状产出，晶面较完整的形成自形晶结构，仅保持部分晶面完好的形成半自形晶结构。

（3）填隙结构。试样中褐铁矿沿赤铁矿的裂隙、孔洞充填，形成填隙结构。

（4）包含结构。试样中不同铁矿物之间或铁矿物与脉石之间呈现相互包裹的现象，形成包含结构。

4.2 试样构造

（1）片状、网格状构造。试样中部分磁铁矿被赤铁矿沿解理缝交代呈片状、网格状构造。

（2）浸染状构造。试样中部分赤铁矿、磁铁矿以细粒状浸染在脉石矿物中，形成浸染状构造。

（3）脉状穿插构造。试样中铁矿物呈脉状贯穿于脉石矿物中，形成脉状穿插构造。

5 试样主要矿物嵌布特征

5.1 赤铁矿

赤铁矿是试样中的主要金属矿物，含量为9.75%。常见赤铁矿沿磁铁矿的边缘和孔隙交代磁铁矿，有的以片状、格状沿磁铁矿解理分布，与之形成连生颗粒（图2（a）），少量以单体形式存在。在赤铁矿与脉石矿物结合形成的连生体中，较多为沿边界线呈线性弯曲状的毗连型连生体，少量赤铁矿的裂隙和孔洞中充填细粒的脉石矿物形成反包裹型连生体，有的以细粒状包裹、半包裹在脉石矿物中形成包裹型连生体，还有少部分赤铁矿以细脉状充填在脉石矿物中形成细脉型连生体（图2（b））。

5.2 磁铁矿

磁铁矿是试样中的主要磁性矿物，含量为3.94%，多数呈细小粒状嵌布，少量包裹在脉石矿物中的磁铁矿呈自形、半自形粒状分布。磁铁矿单体数量较少，大部分与赤铁矿和脉石矿物结合形成多种类型的连生体，磁铁矿与脉石矿物多形成毗连型连生体，少量磁铁矿包裹在脉石矿物中，形成包裹型连生体（图2（c）、（d））。磁铁矿与褐铁矿结合形成的连生体较少见。

5.3 褐铁矿

试样中褐铁矿含量较少，仅为1.34%，主要呈粒状分布，解离度较低，常与赤铁矿结合形成连生体，沿赤铁矿的裂隙、孔洞充填（图2（d）），有的褐铁矿中包裹细粒的赤铁矿，使得褐铁矿与赤铁矿之间较难解离。

5.4 脉石矿物

脉石矿物主要为非金属矿物，呈粒状，以细粒分布为主，粒度较赤铁矿、磁铁矿略粗。大部分脉石矿物呈单体颗粒形式存在（图2（b）），部分脉石矿物与赤铁矿、磁铁矿等结合形成连生体颗粒。脉石矿物的连生体主要包括与铁矿物毗连结合形成毗连型连生体，少量脉石矿物包裹细粒的铁矿物形成包裹型连生体，另有极少量脉石矿物充填在赤铁矿的孔隙中形成反包裹型连生体。

6 主要矿物浸染粒度及解离度特征

6.1 主要矿物浸染粒度

试样中主要矿物的嵌布粒度见图3。

从图3可以看出，试样中赤铁矿在0.074 mm以上粒级中的分布率仅为4.72%，而在0.037 mm以下粒级中的分布率高达72.40%，可见赤铁矿的嵌布粒度较细；磁铁矿颗粒均分布在0.074 mm以下粒级中，在0.037 mm以下粒级中的分布率高达77.27%，磁铁矿嵌布粒度较赤铁矿更细；脉石矿物石英嵌布粒度明显较铁矿物粗，但仍以细粒为主，0.074 mm以下粒级分布率达61.94%。综合来看，铁矿物粒度不均匀，细粒赤铁矿和磁铁矿含量高，不利于铁矿物的单体解离。

6.2 主要矿物解离度特征

对试样中赤铁矿、磁铁矿和脉石矿物的解离情况进行考察，结果见表6。

注：Ht-赤铁矿，Mt-磁铁矿，Lim-褐铁矿，G-脉石矿物

由表6可知，赤铁矿、磁铁矿、脉石矿物的单体解离度分别为57.55%、42.05%、73.79%，连生体主要为赤铁矿—脉石矿物型连生体、磁铁矿—脉石矿物型连生体、赤铁矿—磁铁矿型连生体和赤铁矿—磁铁矿—脉石矿物型连生体。由主要矿物解离情况考察结果可知，赤铁矿、磁铁矿的单体解离度较低，多以连生体的形式存在，尽管可以利用磁选技术对其进行回收获得铁精矿，但因其连生脉石矿物，所得精矿的铁品位不会太高。若要高效回收其中的铁矿物，必须使铁矿物充分解离，尤其要减少弱磁性铁矿物贫连生体的含量，因此需在预富集工艺中加入磨矿作业。

7 试样预富集方法建议

试样主要铁矿物为赤铁矿和磁铁矿，且赤铁矿和磁铁矿颗粒粒度较细，大部分小于0.037 mm，其中-0.01 mm粒级中赤铁矿和磁铁矿含量均为15%左右，且赤铁矿和磁铁矿单体解离度较低，分别为57.55%和42.05%，这是铁矿物流失的重要原因。因此，欲提高预富集精矿品位，必须进行磨矿以提高铁矿物单体解离度。考虑到东部尾矿全部入磨量过大，投资高，生产成本大，因此，确定了东部尾矿预富集原则流程为磁选预先抛尾—磨矿—弱磁选—强磁选。根据探索试验推荐的预富集流程见图4。

8 结论

（1）鞍钢东部尾矿中主要有价元素铁品位为10.60%，铁主要以赤（褐）铁矿、磁性铁的形式存在，分别占总铁的63.34%和26.77%；主要脉石成分为SiO2，含量高达76.22%，有害元素S、P含量很低。

（2）试样中铁矿物粒度细小，赤铁矿和磁铁矿在-0.037 mm粒级有明显的富集现象，分布率分别为72.40%、77.27%；脉石矿物嵌布粒度较粗，在0.074 mm以下粒级分布率为61.94%。赤铁矿、磁铁矿、脉石矿物的单体解离度分别为57.55%、42.05%、73.79%。

（3）试样铁矿物嵌布粒度不均匀，且与脉石矿物紧密共生，嵌布关系复杂，若要高效回收其中的铁矿物，必须使铁矿物充分解离，因此在预富集工艺中加入磨矿作业。推荐的预富集工艺流程为磁选预先抛尾—磨矿—弱磁选—强磁选。

［1］ 刘 露，郑 卫，李 潘，等.铁尾矿制砖研究与利用现状［J］.四川有色金属，2008，9（3）：36-40.Liu Lu，Zheng Wei，Li Pan，et al.Current situation of utilization and study on iron tailing in brick［J］.Sichuan Nonferrous Metals，2008，9（3）:36-40.

［2］ 张淑会，薛向欣，金在峰.我国铁尾矿的资源现状及其综合利用［J］.材料与冶金学报，2004，3（4）：241-244．Zhang Shuhui，Xue Xiangxin，Jin Zaifeng.Current situation and comprehensive utilization of iron ore tailings resources in our country［J］.Journal of Materials and Metallurgy，2004，3（4）:241-244.

［3］ 徐凤平，周兴龙，胡天喜.我国尾矿资源利用现状及建议［J］.云南冶金，2007，36（4）：25-28.Xu Fengping，Zhou Xinglong，Hu Tianxi.Current situation of using tailing resource in our country and some suggestions［J］.Yunnan Metallurgy，2007，36（4）:25-28.

［4］ 孟跃辉，倪 文，张玉燕.我国尾矿综合利用发展现状及前景［J］.中国矿山工程，2010，39（5）：4-9.Meng Yuehui，Ni Wen，Zhang Yuyan.Current state of ore tailings reusing and its future development in China［J］.China Mine Engineering，2010，39（5）:4-9.

［5］ 李 瑾，倪 文，范敦城，等.齐大山铁尾矿工艺矿物学研究［J］.金属矿山，2014（1）：158-162 Li Jin，Ni Wen，Fan Duncheng，et al.Process mineralogy research on iron tailings from Qidashan［J］.Metal Mine，2014（1）:158-162.

［6］ 宋玉铮.鞍钢矿业集团改写我国传统铁矿尾矿选矿工艺［EB/OL］.Http://www.csteelnews.com/qypd/qyzx/201611/t20161125_319296.html，2016-11-25.Song Yuzheng.Anshan iron and steel mining group rewrite China’s traditional iron ore tailings processing technology［EB/OL］.Http://www.csteelnews.com/qypd/qyzx/201611/t20161125_319296.html，2016-11-25.

［7］Hope G A，Woodsy R，Munce C G.Raman microprobe mineral identification［J］.Minerals Engineering，2001，14（12）:1565-1577．［8］Santos L D，Brandao P R G.Morphological varieties of goethite in iron ores from Minas Gerais，Brazil［J］.Minerals Engineering，2003，16（11）:1285-1289．

［9］ 孙永升，韩跃新，高 鹏，等.高磷鲕状赤铁矿石工艺矿物学研究［J］.东北大学学报:自然科学版，2013，34（12）：1773-1777.Sun Yongsheng，Han Yuexin，Gao Peng，et al.Study on process mineralogy of a high phosphorus oolitic hematite ore［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2013，34（12）:1773-1777.

［10］唐志东，李文博，高 鹏，等.朝阳钒钛磁铁矿工艺矿物学研究［J］.东北大学学报：自然科学版，2017，38（12）：1769-1774.Tang Zhidong，Li Wenbo，Gao Peng，et al.Mineralogical study of vanadium titanium magnetite ore in Chaoyang［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2017，38（12）:1769-1774.

［11］Petit Dominguez M D，Rucandio M I，Galan Saulnier A，et al.Usefulness of geological，mineralogical，chemical and chemometric analytical techniques in exploitation and profitability studies of iron mines and their associated elements［J］.Journal of Geochemical Exploration，2008，98（3）:116-128．

［12］Donskoi E，Suthers S P，Fradd S B，et al.Utilization of optical image analysis and automatic texture classification for iron ore particle characterization［J］.Minerals Engineering，2007，20（5）:461-471．