齐大山含碳酸盐铁矿石工艺矿物学研究

陈洪彬 王建雄 刘志斌 刘 杰 张 毅

（1.鞍山钢铁集团有限公司齐大山选矿厂，辽宁鞍山114043；2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）

由于我国铁矿资源“贫、细、杂”的特点，导致97%以上的铁矿石需要经过复杂的选矿工艺处理，才能达到入炉冶炼的要求。由于铁矿石复杂难选，未开发矿区资源量高达529.2亿t，资源开发利用率不足35%，其中多为复杂难选铁矿石[1，2]。随着我国钢铁工业的快速发展和国内高品质铁矿石资源的快速枯竭，我国铁矿石对外依存度逐年上升，连续5年超过75%，中国钢铁工业的国际话语权和资源安全性进一步降低[3，4]。

齐大山铁矿是鞍钢集团的主要原料基地之一，累计探明储量为17.3亿t，其为沉积变质型铁矿床，铁矿石以假象赤矿石、磁铁矿石和半氧化矿石为主，属难选铁矿石[5]。因此，加强齐大山铁矿石高效利用研究，对保障鞍钢铁矿资源的供给安全，具有重要意义。齐大山铁矿采场按矿石性质划分区域，并对选取各区域的采场样品及采场综合样进行分析，其中FeCO3、CaO、MgO的含量均小于1.5%[5]。但是，随着齐大山铁矿区采掘的不断深入，该矿石的矿物学性质有较大变化。其中，新采掘的含碳酸盐铁矿区，菱铁矿含量已超过5%。因此，对齐大山含碳酸盐铁矿石的矿物质化学性质进行研究，为矿物加工流程提供矿石的物质组成、铁矿物赋存状态、矿物产出形式及嵌布特征等详细信息[6-10]。因此，本文通过化学多元素分析、铁物相分析、X射线衍射、光学显微镜等分析手段，查明了该矿石的工艺矿物学特性，以期能促进齐大山铁矿石的高效利用[11-15]。

1 矿石物质组成

1.1 矿石化学元素分析

齐大山高碳酸盐铁矿的化学多元素分析结果如表1所示。

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由表1可以看出：矿石TFe品位仅27.89%，其中FeO占14.83%；脉石矿物主要为石英、钙镁碳酸盐矿物等；同时，还含有少量对选矿有害的杂质元素，例如P含量0.006%，S含量0.005%。

1.2 矿石矿物组成

矿石XRD分析结果如图1所示，矿石主要矿物为石英、赤铁矿、磁铁矿、针铁矿和菱铁矿。结合化学多元素、XRD和光学显微镜分析，对矿石中主要矿物组成及含量进行测定，结果如表2所示。矿石中主要含铁矿物为菱铁矿、赤铁矿和磁铁矿，其含量分别为14.83%、14.56%和13.57%，此外还含有少量褐铁矿和黄铁矿；脉石矿物主要为石英和白云石，含量分别为47.58%和7.15%，此外还含有少量绿泥石和白云母等。

1.3 矿石铁矿物赋存状态

为确定矿石中铁的赋存状态、含量和分布率，对其进行化学物相分析，结果见表3。

由表3可知，矿石中铁主要赋存于磁铁矿、赤褐铁矿及菱铁矿中，分别占到了38.51%、25.21%和34.06%，三者占全铁97%以上。

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2 矿石结构构造

2.1 矿石构造

（1）块状构造。矿石中80%以上菱铁矿以致密的粒状集合体产出，构成致密块体，形成块状构造。

（2）条纹状构造。矿石中部分赤铁矿和磁铁矿集合体呈条纹状，与脉石矿物相间排列，形成条纹状构造。

（3）浸染状构造。矿石中粗细不等的赤铁矿和磁铁矿颗粒，浸染嵌布在脉石矿物中，且无定向排列，形成浸染状构造。

（4）充填脉状构造。矿石中的菱铁矿以脉状充填在石英集合体中，形成充填脉状构造。

2.2 矿石结构

（1）假象结构。矿石中赤铁矿交代原生磁铁矿生成假象赤铁矿，并保留磁铁矿外形轮廓，形成假象结构。

（2）自形-半自形晶结构。矿石中的磁铁矿以自形粒状产出，结晶外形较完好，部分磁铁矿颗粒晶体不完整，仅保持部分晶面完好，形成自形-半自形晶结构。

（3）交代结构。矿石中赤铁矿沿磁铁矿的边缘和裂隙进行交代，使其晶边出现凹陷，呈港湾状，形成交代结构。

（4）残余结构。矿石中的赤铁矿强烈交代磁铁矿，磁铁矿仅残余少量细小的破布状、岛屿状和不规则状的残余体包裹于赤铁矿中，形成残余结构。

（5）骸晶结构。矿石中部分赤铁矿被脉石矿物沿晶体内部交代形成残骸，赤铁矿晶体仍保留部分自形晶的外形轮廓，形成骸晶结构。

3 矿石主要矿物嵌布特征

3.1 赤铁矿

矿石中的赤铁矿含量较高，可分为原生赤铁矿和次生赤铁矿。大部分赤铁矿为磁铁矿氧化蚀变产物，沿边部、裂隙和内部交代磁铁矿，有的完全交代磁铁矿形成假象赤铁矿，有的假象赤铁矿中包含少量磁铁矿的残余体，还有的呈斑点状、细脉状、网脉状和蛛丝状分布在磁铁矿中。假象赤铁矿多与脉石矿物呈交互嵌布，定向排列，形成条纹状构造，有的呈浸染状分布在脉石中，粒度以细粒嵌布为主。矿石中还有少量原生赤铁矿，原生赤铁矿主要以自形-半自形的粒状及粒状集合体产出；部分原生赤铁矿以纤维状、针状产出，呈浸染状分布在脉石中，粒度较粗大均匀，与磁铁矿嵌布关系密切，常见赤铁矿和磁铁矿颗粒相互嵌布共生，分布在脉石中；有的原生赤铁矿颗粒中嵌布细粒磁铁矿。矿石中部分赤铁矿被脉石矿物侵蚀呈破碎状、不规则状和多孔状，有的赤铁矿被沿内部侵蚀形成骸晶。另有部分赤铁矿被细脉状褐铁矿沿粒间充填（见图2）。

3.2 磁铁矿

磁铁矿与原生赤铁矿嵌布关系密切，常相互嵌布共生，一起呈浸染状分布在脉石中，主要以自形-半自形的粒状及粒状集合体产出，呈浸染状分布在脉石中。部分磁铁矿集合体在脉石中呈条纹状与脉石矿物呈交互嵌布。大部分磁铁矿被赤铁矿沿边部、裂隙及内部交代，有的仅保留少量残余体包裹在赤铁矿中，有的完全氧化蚀变为赤铁矿，并保留磁铁矿的外形轮廓，生成假象赤铁矿。少量细粒磁铁矿嵌布在赤铁矿中（见图3）。

3.3 菱铁矿

菱铁矿在矿石中含量较多，主要以自形-半自形的粒状集合体产出，与白云石、石英呈密切的共生关系，粒度粗大。菱铁矿与白云石密切共生，紧密结合，菱铁矿集合体中常见嵌布细粒白云石（见图4）。菱铁矿与石英相互嵌布，有的菱铁矿呈脉状充填在石英集合体中，一些细粒菱铁矿颗粒嵌布在石英集合体中。

3.4 其他含铁矿物

褐铁矿在矿石中含量少，主要呈细脉状充填在赤铁矿粒间，粒度细小，分布较集中。黄铁矿在矿石中含量少，仅在部分标本中见到。

3.5 石英

石英主要以自形粒状集合体产出，粒度较细小均匀。石英与菱铁矿密切嵌布，石英集合体中充填脉状菱铁矿，石英粒间常充填菱铁矿、白云石，少量绿泥石、白云母等，少量细粒石英嵌布在菱铁矿中（见图5、图6）。

3.6 白云石

白云石以自形-半自形粒状及粒状集合体产出，与菱铁矿相互嵌布共生，一些白云石嵌布在菱铁矿中，有的嵌布在石英粒间（见图4）。

3.7 其他脉石

白云母、绿泥石在矿石中含量较少，呈细粒嵌布于石英中（见图6）。

4 铁矿物嵌布粒度、铁分布率及解离度

矿石中菱铁矿、赤铁矿和磁铁矿为主要回收矿物，对其进行粒度测定，结果见图7（因赤铁矿和磁铁矿相互嵌布，可一起回收，故将赤铁矿和磁铁矿的测定结果合并计）。

由图7可知：菱铁矿在0.15 mm以上粒级分布率为83.38%，在0.075 mm以上粒级累计分布率高达96.06%，可见菱铁矿的粒度以粗粒嵌布为主；氧化铁矿物（赤铁矿+磁铁矿）在0.075 mm以上粒级的累计分布率为26.65%，在0.037 mm以下粒级的分布率高达38.36%，可见氧化铁矿物粒度以细粒嵌布为主。含铁矿物粒度分布不均，极大地增加了该矿石的选别难度。

表4所示为矿石中铁在不同粒级的分布率。

对不同粒级的矿石分别进行铁矿物单体解离度测定，分析结果如图8所示。

由图8可知：+0.150 mm的粒度范围内，铁矿物的解离度均不足6%，特别菱铁矿在+0.15 mm粒级分布率为83.38%，说明绝大多数菱铁矿未单体解离；随着矿石粒度的变细，三种铁矿物的解离度快速升高，尤其是-0.037 mm粒级，大多数铁矿物完成了单体解离。然而，矿石在+0.075 mm粒级时，铁矿物的单体解离度不足50%，需要进一步磨矿才将有用矿物从脉石中解离出来。总的来说，粒度的变细有助于铁矿石的单体解离，为了保证选别指标，磨矿细度应控制在-0.075 mm。

5 小 结

（1）齐大山含碳酸盐铁矿石TFe含量为27.89%，矿石中的铁主要赋存于菱铁矿、赤铁矿和磁铁矿中，此外还有少量赋存于褐铁矿和黄铁矿中，脉石矿物主要为石英和白云石。

（2）赤铁矿多由磁铁矿氧化蚀变生成，沿边部、裂隙和内部交替磁铁矿，有的赤铁矿完全交替磁铁矿形成假象赤铁矿，二者紧密连生，此外，假象赤铁矿多与脉石矿物呈交互嵌布。磁铁矿与原生赤铁矿常相互嵌布共生，呈浸染状分布在脉石中，部分磁铁矿集合体在脉石中呈条纹状与脉石矿物呈交互嵌布。菱铁矿主要以致密的粒状集合体产出，与白云石、石英共生密切，少量的菱铁矿呈脉状充填于石英中。

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（3）不同铁矿物的嵌布粒度特征有明显差异。磁铁矿和赤铁矿在细粒级中分布率较高，在0.037 mm以下粒级中的分布率高达38.36%，易流入尾矿中，影响产品的回收率；菱铁矿粒度粗大，在0.075 mm以上粒级中累计分布率高达96.06%，但常包裹细粒石英、白云石，影响产品铁品位。粒度的变细有助于铁矿石的单体解离，为了保证选别指标，磨矿细度应控制在-0.075 mm。