齐大山西石砬子赤褐铁矿工艺矿物学研究

刘应志 张淑敏 李艳军，3 袁 帅

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819；2.难采选铁矿石资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 沈阳 110819；3.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳 110819）

铁矿资源是国家发展的重要战略储备资源，是工业发展的支柱。随着我国基建规模的不断扩大，铁矿石需求量也不断增长。但我国铁矿资源不足、质量相对差［1-2］，对外依赖度居高不下，2019年铁矿石及铁精矿进口量达10.68亿t［3-4］。低品位复杂铁矿石是目前我国主要的铁矿资源，深入研究复杂难选铁矿石的高效利用，对缓解国内铁矿石紧缺形势、提高铁矿石自给率具有重要的现实意义［5］。

齐大山西石砬子区赤褐铁矿石构造紧密，呈细粒镶嵌，不利于铁矿石选别，极大影响选矿效果［6-11］。因此，本文通过化学多元素分析、XRD分析、铁物相分析等分析手段，研究齐大山西石砬子赤褐铁矿的工艺矿物学特性，为西石砬子赤褐铁矿的高效开发利用提供理论支持。

1 矿石的物质组成

1.1 矿石的化学组成

矿石化学多元素分析结果见表1。

由表1可知，矿石TFe品位27.88%，FeO含量1.38%；主要脉石成分SiO2含量达55.65%；P、S等有害元素含量很低，分别为0.01%、0.01%，CaO和MgO含量较低。

1.2 矿物组成

采用X射线衍射分析仪对矿样进行矿物组成分析，结果如图1所示；通过光学显微镜对矿石光片和薄片进行主要矿物组成及含量鉴定，结果如表2所示。

由图1可知，矿石中主要矿物为石英和赤铁矿。

由表2可知，矿石矿物组成较简单，金属矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，含量分别为28.71%和8.51%，褐铁矿少量、黄铁矿微量；非金属矿物主要为石英，含量为62.46%，此外，还有少量绿泥石和白云母。

1.3 铁物相组成

为探明矿石中铁矿物的具体物相组成、含量及分布率，对矿石进行了铁物相分析，结果如表3所示。

由表3可知，矿石中的铁主要赋存于赤褐铁矿中，分布率高达78.59%；以磁性铁形式存在的铁分布率为15.84%；以碳酸铁、硫化铁及硅酸铁形式存在的铁合计仅占铁总量的5.57%。

2 矿石结构及构造

2.1 矿石结构

矿石主要有4种结构类型，包括自形—半自形晶结构、假象结构、残余结构及交代结构。

（1）自形—半自形晶结构。矿石中的赤铁矿早期结晶环境无脉石矿物干扰，以自形板状、粒状结构产出，呈完好结晶外形；部分赤铁矿受结晶分异作用不明显，受脉石矿物影响，颗粒晶体仅保持部分完整的晶面，形成自形—半自形晶结构。

（2）假象结构。矿石中的部分赤铁矿受伟晶岩作用，交代前期生成的磁铁矿受氧化侵蚀作用，保留磁铁矿的外形轮廓，生成假象赤铁矿，形成假象结构。

（3）残余结构。矿石中的磁铁矿成矿晚期受到赤铁矿的入侵，被赤铁矿强烈交代，磁铁矿残余一些较细小的破布状和不规则状的残余体，被赤铁矿包裹，形成残余结构。

（4）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。

2.2 矿石构造

受岩浆分异、熔离及热液填充作用等影响，矿石主要呈条纹状构造和浸染状构造。矿石中赤铁矿在脉石中定向排布，部分赤铁矿与磁铁矿共生构成紧密集合体，形成条纹状构造；次生赤铁矿与磁铁矿以粗细不等的颗粒无定向排列，褐铁矿与赤铁矿交代以细颗粒浸染分布在脉石中形成浸染构造。

3 主要矿物产出特征

3.1 金属矿物

3.1.1 赤铁矿

矿石中的铁主要以赤铁矿的形式存在，部分原生赤铁矿主要以板状、粒状及集合体产出，以中细粒嵌布为主（图2（a）～（c））。

部分磁铁矿氧化蚀变生成的假象赤铁矿保留磁铁矿的晶型轮廓，以粒状产出，原生赤铁矿与假象赤铁矿相互嵌布构成集合体颗粒，赤铁矿与磁铁矿呈相互嵌布的共生关系，结合较紧密；赤铁矿沿磁铁矿边部、裂隙和内部交代磁铁矿，完全交代磁铁矿形成假象赤铁矿；假象赤铁矿中包含少量磁铁矿的残余体，呈斑点状、细脉状、网脉状和蛛丝状分布在磁铁矿中，二者形成保持原本晶型形态的连晶颗粒（图2（d）～（f））。

矿石中部分赤铁矿被褐铁矿交代，褐铁矿沿赤铁矿边部与粒间和内部充填，少量细粒赤铁矿包裹在褐铁矿中（图2（g）、（h））。赤铁矿多与脉石矿物呈交互嵌布，定向排列或形成无规则、无方向性散状集合体，呈条纹状与浸染状构造，赤铁矿颗粒粗细不均匀，以中粒分布在脉石中（图2（i））。

3.1.2 磁铁矿

磁铁矿主要以自形、半自形粒状及粒状集合体形式产出，以中粒嵌布为主，呈无规则星散浸染状分布于脉石中（图3（a））；受到伟晶岩及热液填充的成矿作用，大部分磁铁矿被赤铁矿沿边部、裂隙及内部交代（图3（b）），形成独立晶型形态的连晶颗粒，部分磁铁矿受到赤铁矿交代作用，仅保留少量残余体包裹在赤铁矿中（图3（c）），部分则完全氧化蚀变为具有磁铁矿外形轮廓的赤铁矿，生成假象赤铁矿；磁铁矿与原生赤铁矿嵌布关系密切（图3（d）），相互嵌布共生，呈浸染状分布在脉石中，少量细粒磁铁矿嵌布在赤铁矿中（图3（e））。

3.1.3 褐铁矿

褐铁矿在矿石中含量较少，因受到岩浆冷却结晶先后顺序的影响，结晶析出晚于其他矿物，因此褐铁矿以他形粒状、不规则状和脉状产出为主，结晶体析出后充填在赤铁矿边部、粒间和内部，形成细脉状，受赤铁矿交代与填充作用影响，褐铁矿边部部分填充赤铁矿，少量褐铁矿包裹细粒赤铁矿，见图4。

3.2 非金属矿物

3.2.1石英

石英为主要脉石矿物，在矿石中含量最多，主要以自形粒状集合体产出，嵌布粒度细小且均匀。石英粒间嵌布有少量细粒绿泥石、白云母，见图5。

3.2.2 绿泥石

绿泥石含量极少，多以片状产出，主要以细粒嵌布在石英集合体中，见图5（b）。

3.2.3 白云母

白云母含量次于绿泥石，呈片状产出，粒度较细，嵌布在石英集合体中，见图5（c）。

4 主要铁矿物嵌布粒度

矿物的嵌布粒度对选矿效果有较大的影响，对矿石中主要回收矿物赤铁矿和磁铁矿进行粒度测定，结果见表4（由于磁铁矿含量较低，且一般与赤铁矿呈不混溶连晶颗粒形式存在，可一起回收，故将赤铁矿和磁铁矿的含量测定结果合并计算）。

由表4可知，赤铁矿、磁铁矿在+0.074 mm粒级的累计分布率为56.53%，0.074～0.038 mm粒级的分布率为23.25%，-0.038 mm粒级的分布率为20.22%，可见主要铁矿物粒度分布不均匀，以中粒嵌布为主，在细粒级中分布率也较高。

5 结 论

（1）齐大山西石砬子赤褐铁矿TFe品位27.88%，主要脉石成分SiO2含量为55.65%；矿石CaO和MgO含量较低，P、S元素含量很低。

（2）矿石中金属矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，其次为少量褐铁矿与微量黄铁矿；非金属矿物主要为石英，此外，还有极少的绿泥石和白云母；矿石中的铁主要为赤褐铁，其次为磁性铁，以碳酸铁、硫化铁及硅酸铁形式存在的铁合计仅占铁总量的5.57%。

（3）矿石结构为自形—半自形晶结构、假象结构、残余结构及交代结构；矿石构造主要为条纹状构造和浸染状构造。

（4）矿石中原生赤铁矿与磁铁矿相互嵌布，磁铁矿氧化蚀变生成假象赤铁矿，次生赤铁矿呈斑点状、细脉状、网脉状和蛛丝状分布在磁铁矿中，赤铁矿与磁铁矿呈不混溶连晶颗粒形式存在，二者彼此难以解离，可一起回收。矿石中少量褐铁矿呈细脉状填充在赤铁矿粒间及内部，与赤铁矿的嵌布关系复杂。

（5）石英主要以自形粒状集合体产出，嵌布粒度细小且均匀，粒间嵌布有少量细粒绿泥石、白云母。

（6）磁铁矿和赤铁矿以中粒嵌布为主，细粒级含量也较高，-0.038 mm粒级分布率高达20.22%，较难完全单体解离，易流失于尾矿中，回收难度大。