白云鄂博云母型铁矿石中铁、稀土的赋存状态研究

王维维， 李二斗， 候少春， 郭春雷

1. 包头稀土研究院，白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室，内蒙古 包头 014030；2. 稀土冶金及功能材料国家工程研究中心，内蒙古 包头 014030

白云鄂博矿床是世界上著名的超大型Fe-Nb-REE矿床，矿产资源储量大、种类多，含铁和稀土的矿石有五种类型，已查明铁矿石储量14.68亿t，稀土矿储量1.80亿t[1]。按照包钢“以铁为主，综合利用”的指导方针，采用“弱磁—强磁—浮选”工艺流程从五种混合型矿石中综合回收铁和稀土，不仅铁、稀土精矿的品位和回收率较低，且精矿中的有害元素S、P含量高，从而增加了冶炼过程中添加剂的消耗量，产生大量的放射性废渣，严重污染环境[2-5]。随着不断的开采，高品位铁矿石日趋枯竭，致使整体入选品位下降[6]；同时由于白云鄂博矿“多、贫、细、杂”的特征，致使在现有工艺条件下生产铁精矿的品位和回收率下降，造成资源浪费[7-8]。因此，包钢提出了“精准采矿，分类选矿”的方针以提高铁、稀土的品位和回收率，而查清矿石中铁、稀土的赋存状态是开发工艺流程和提高资源利用率的前提。

目前对白云鄂博矿工艺矿物学研究成果较为丰富，但都以白云鄂博早期铁矿石、选铁尾矿和尾矿库为主。且随着不断的开采，矿石性质已发生变化，需重新对目前开采的矿石分类进行进行系统的工艺矿物学研究[9-11]。本文采用化学分析、物相分析、扫描电镜、MLA矿物自动分析系统等手段对云母型铁矿石中铁、稀土的赋存状态进行了详细研究，为该类型矿石中铁、稀土的合理利用提供理论指导。

1 矿石物质成分

1.1 矿石化学多元素分析

矿石多元素分析结果见表1。表1结果表明，矿石中铁的含量为17.48%，稀土氧化物REO含量较低，为2.46%，是主要的有价元素；Nb2O5含量为0.54%，Sc2O3含量为0.014%，可考虑综合回收；主要的脉石元素为SiO2、CaO、MgO等。

表1 矿石多元素分析结果 /%

1.2 矿石矿物组成

采用MLA工艺矿物学自动分析系统对矿石主要矿物组成及相对含量进行分析，结果见表2。矿石中矿物组成复杂，含铁矿物有磁铁矿(9.18%)、赤铁矿(11.04%)、铌铁矿(1.31%)、黄铁矿(1.19%)、菱铁矿(0.68%)、磁黄铁矿(0.45%)等；稀土矿物以氟碳铈矿和独居石为主，分别为1.40%、0.62%，其中还包含黄河矿(0.02%)、褐帘石(0.83%)等；主要的脉石矿物为云母(43.03%)、长石(10.12%)、绿泥石(8.19%)、辉石(3.25%)、重晶石(3.91%)和闪石(1.28%)等。

表2 矿石的主要矿物组成及相对含量 /%

1.3 铁化学物相分析

铁的化学物相分析结果见表3。由表3可以看出，磁铁矿中铁占41.08%、赤铁矿中铁占44.43%，是主要回收对象；其次为硅酸铁中铁，分布率为8.31%；硫化铁主要存在于黄铁矿和磁黄铁矿中，占4.27%，选矿中需考虑硫化铁中硫影响。

表3 原矿铁化学物相分析结果 /%

1.4 稀土元素赋存状态

对该类矿石中各个矿物中的稀土分布进行了测定，分析结果见表4。从表4可以看出，稀土元素在氟碳铈矿和氟碳钙铈矿中的分布率为47.43%，在独居石中的分布率为43.60%；此外，在磁铁矿和赤铁矿中的分布率为5.26%，这部分稀土元素在铁矿物选别时容易富集在铁精矿中；脉石矿物中的稀土元素含量较低。

表4 稀土在矿物中的分布 /%

2 矿物嵌布特征

2.1 铁矿物

磁铁矿是白云鄂博云母型铁矿石中最主要的铁矿物之一，含量约为10.00%，磁铁矿根据其结晶粒度的大小分为细粒和粗粒两种形态。粗粒磁铁矿多呈半自形至他形粒状变晶结构形式出现，常包裹其它矿物，在云母型矿石中，磁铁矿同时与云母、石英、萤石等共生，细粒磁铁矿呈角砾状集合体与云母共生，单体解离难度较大(图1)；部分磁铁矿以条带状嵌布在云母和萤石裂隙中(图2)。

图1 磁铁矿以半自形至他形粒状，部分呈稠密浸染状

图2 磁铁矿以条带状嵌布在云母和萤石裂隙

赤铁矿磁性较弱，在云母型铁矿石中分布较多，含量约为11.00%，应综合回收。多呈半自形和他型粒状结构，也有部分赤铁矿呈微细粒粒状嵌布在脉石矿物中(图3)。

图3 赤铁矿以他型、微细粒嵌布

图4 独居石以微细粒嵌布在云母中

黄铁矿含量约为1.00%，以他形粒状结构出现，黄铁矿被云母包裹或充填于铌铁矿裂隙中(图4)。铌铁矿是铁、铌和锰的氧化物，主要以他型变晶结构与云母或黄铁矿连生，内部常见有微粒云母或稀土矿物包体(图4、图5)。白云鄂博铌资源丰富，但与铁矿紧密共生，品位较低，提取难度大。

2.2 稀土矿物

云母型铁矿石中稀土含量相对较低，主要是氟碳铈矿和独居石矿物。氟碳铈矿为铈氟碳酸盐矿物，颜色通常为黄色或浅绿色，在云母型铁矿石中主要的嵌布特征为：氟碳铈矿与赤铁矿、黄铁矿连生，氟碳铈矿镶嵌在云母边缘或充填于云母和磁铁矿的裂隙中(图6)，氟碳铈矿呈条带状包裹于铌铁矿中(图5)。

图5 铌铁矿与氟碳铈矿、云母共生

图6 氟碳铈矿与磁铁矿、云母连生

图7 氟碳铈矿与赤铁矿共生

独居石是白云鄂博最常见的稀土矿物之一，但在云母型铁矿石中含量不足1.00%，属磷酸稀土；独居石大多以自形或半自形粒状结构存在，矿物颗粒形态规则、大小不均；独居石与磁铁矿关系密切，以细小粒状充填于磁铁矿和云母的裂隙或被云母包裹(图4)，大颗粒独居石与磁铁矿连生并夹杂闪石(图8)。

图8 磁铁矿与独居石连生

2.3 脉石矿物

主要的脉石矿物为云母，属于铝硅酸盐矿物，白云鄂博主要的造岩矿物之一，最常见的有黑云母，主要由黑云母定向排列而成的片状结构(图3)、斑杂状构造及浸染状构造(图1)，与铁和稀土矿物共生关系密切。

3 主要矿物嵌布粒度及解离特征

3.1 主要矿物嵌布粒度

对矿石中主要矿物粒度组成进行测定，统计结果见表5。表5表明，磁铁矿和赤铁矿的粒度分布不均，在+0.074 mm粒级分布率分别为35.00%和40.22%，在-0.01 mm粒级中的分布率为8.08%和5.39%，这部分微细粒级的铁矿物主要嵌布在脉石矿物中难以回收；氟碳铈矿和独居石嵌布粒度较细，在-0.043 mm粒级分布率分别为85.54%和96.78%。

3.2 主要矿物解离特征

对-0.074 mm占90%磨矿细度(现有工艺条件)下磁铁矿、赤铁矿、氟碳铈矿和独居石的单体解离度进行测定，结果见表6。从表6可以看出，磁铁矿和赤铁矿的单体解离度为51.54%和58.36%，与硅酸盐矿物的连生体分别为39.27%和34.96%；氟碳铈矿和独居石的解离度也仅为52.27%和63.64%，与铁矿物的连生体分别为7.38%和4.02%。

根据以上矿石主要矿物嵌布粒度和赋存关系可知，部分细粒铁矿石和稀土矿物嵌布在脉石矿物中，部分铁矿石中也含有细粒稀土矿物，因此在现有磨矿细度下铁矿物和稀土矿物的单体解离度低，导致部分与铁矿物连生的脉石和稀土矿物进入铁精矿，不仅影响了铁精矿的品位，也造成稀土矿物的损失，从而降低了稀土的回收率。因此，强化细磨和微细粒高效分选是解决现有问题的关键。

表5 主要矿物的粒度分布 /%

表6 主要矿物的单体解离度 /%

4 结 论

(1)白云鄂博云母型铁矿石中TFe品位为17.48%，稀土REO品位为2.46%。矿石中矿物组成复杂，含铁矿物主要是磁铁矿和赤铁矿，含有少量铌铁矿、黄铁矿等，稀土矿物以氟碳铈矿和独居石为主。主要的脉石矿物为云母、长石等。

(2)磁铁矿和赤铁矿多呈半自形至他形粒状变晶结构形式出现，粒度分布不均；氟碳铈矿和独居石呈粒状，嵌布粒度较细，与周边其它矿物镶嵌关系复杂。铁主要赋存在磁铁矿和赤铁矿中，分布率为85.51%；稀土元素主要赋存在氟碳铈矿/氟碳钙铈矿和独居石中，分布率为91.03%。

(3)磨矿细度-0.074 mm占90%下磁铁矿、赤铁矿、氟碳铈矿和独居石的单体解离度仅为51.54%、58.36%、52.27%和63.64%。因此，强化矿石细磨和微细粒高效分选是解决精矿品位和回收率低的有效途径。