承德黑山铁矿工艺矿物学研究

张太林 刘立伟 王恬君 张 昆

（1.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司；2.华北理工大学矿业工程学院）

黑山铁矿位于河北省承德市，属于典型的大庙式铁矿床，地处我国唯一的元古宙岩体型斜长岩，岩石类型齐全，由85%的谢长岩、11%的灰长岩和苏长岩、4%的花岗岩、纹长二长岩组成，赋存丰富的钒钛磁铁矿-磷灰石矿床，是我北方著名的钒钛基地［1-3］。钒钛磁铁矿储量居全国第3位，仅次于四川攀枝花地区，其有价元素丰富，如铁、钒、钛和磷等，是世界公认的紧缺资源，开采加工利用价值极大［4］。通过对河北承德黑山铁矿进行工艺矿物学研究，系统的分析黑山铁矿的矿石特性，为高效综合开发利用黑山铁矿提供矿物学依据，对其有价元素的分选和现有铁矿石处理工艺流程的改进提供工艺矿物学基础。

1 黑山铁矿化学组成

1.1 化学元素分析

将代表性铁矿石碎磨至粒度小于0.075 mm，混匀缩分出50 g进行化学成分分析，结果见表1。

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由表1可知，该矿全铁品位21.51%，FeO品位16.77%，TiO2品位4.71%，V2O5品位0.21%，SiO2含量35.39%，CaO含 量5.71%，其 有 害 元 素P2O5品 位0.23%。因为（ωCaO+ωMgO）/（ωSiO2+ωAl2O3）=0.18，所以矿石显酸性。

1.2 化学物相分析

铁矿中铁元素主要以氧化物（如赤铁矿、磁铁矿、鲕状赤铁矿和镜铁矿等）、碳酸盐（如菱铁矿）、氢氧化物（针铁矿和褐铁矿等）和硫化物（如黄铁矿和雌黄铁矿）形式存在。钛主要赋存于磁铁矿（钛磁铁矿）、钛铁矿和金红石中［5］。矿石铁、钛物相分析结果见表2、表3。

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由表2可知，黑山铁矿中有70.98%的铁富集在磁铁矿和钛铁矿中，其中磁铁矿中的铁经磨矿—磁选工艺即可回收，铁矿物的理论回收率为61.73%；有9.25%的铁分布于钛铁矿中，随非磁性产品进入磁选尾矿中，这是黑山铁矿铁回收率低的主要原因之一。

由表3可知，黑山铁矿有20.57%的钛存在于磁性铁中，这部分钛不能通过碎磨工艺实现含钛和含铁矿物的单体解离，在磨矿—磁选工艺中伴随磁性铁矿物一同进入铁精矿产品中，不能通过传统的选矿工艺分离，这也是黑山铁矿磁精矿品位偏低，含钛量高的主要原因。黑山铁矿的钛主要赋存在钛铁矿中，钛铁矿在磨矿—磁选工艺中随非磁性产品进入磁选尾矿中，钛铁矿可通过浮选进行回收，钛的理论回收率为60.63%，另有9.93%的钛存在于金红石中。

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2 矿石的矿物组成及含量

将黑山铁矿石通过光学显微镜用目测和计算的方法进行矿物统计，分析结果见表4。

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由表4可知，黑山铁矿中的有价矿物主要为磁铁矿和钛铁矿，含量分别为23.07%和4.65%，其余含铁矿物由高到低分别为菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄铁矿，因其含量较低，不具有回收价值。脉石矿物主要为斜长石和绿泥石，含量分别为38.57%和15.32%。有害元素磷主要赋存于磷灰石中，含量为1.34%，石英含量较低，仅为4.26%。

3 矿石的结构构造

3.1 黑山铁矿矿石构造

黑山铁矿矿石主要呈深灰黑色或暗绿黑色，极少部分呈灰白色或浅肉红色，致密较坚硬，属岩浆岩型含钛磁铁矿矿石，由于受后期热液作用影响，蚀变现象强烈，矿石中的脉石矿物和矿石矿物均受到不同程度和形式的交代作用［6-7］。矿石中磁铁矿和钛铁矿呈不均匀粒状无规则排列于脉石矿物中，呈侵染状构造［8］。

3.2 黑山铁矿矿石结构

该矿石的结构主要有自形—半自形晶粒状结构、他形晶粒状结构、交代结构、包含结构、压碎结构、揉皱结构、固溶体分离结构等［9］。

（1）自形、半自形晶粒状结构。矿石中部分磁铁矿、钛铁矿和黄铁矿结晶较好，呈自形、半自形晶粒状（图1）。

（2）他形晶粒状结构。矿石中部分磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿呈不规则粒状或集合体形态分布（图2）。

（3）交代结构。因黑山铁矿石受蚀变作用的影响，交代结构较为发育，主要表现为脉石矿物间的交代，如绢（白）云母、碳酸盐矿物、绿泥石、帘石等沿斜长石边缘或双晶缝进行交代，使得斜长石较脏浊或边缘呈圆弧状（图3）；脉石矿物对金属矿物的交代主要表现为绿泥石对磁铁矿的交代，其中绿泥石沿磁铁矿颗粒边缘、颗粒裂隙或结晶方向进行交代，使得磁铁矿颗粒边缘成圆滑弧状（图4）。金属矿物间的交代可见白铁矿沿黄铁矿边缘进行浸蚀交代（图5）。

（4）包含结构。矿石中金属矿物包含脉石矿物颗粒，如磁铁矿中包含磷灰石（图6）；一种金属矿物包含另一种金属矿物，如黄铁矿中包含黄铜矿（图7）；脉石矿物中包含有金属矿物颗粒，如细小微粒状的磁铁矿或钛铁矿包于脉石矿物中（图8、图9）。

（5）压碎结构。磁铁矿、钛铁矿或黄铁矿受地质应力作用，发生碎裂并产生裂隙，但位移不大，可以拼接，沿裂隙多被绿泥石等脉石矿物充填（图10）。

（6）揉皱结构。矿石受应力作用后，金属矿物如磁铁矿和钛铁矿产生塑性变形，并弯曲成微型褶曲（图11）；脉石矿物如斜长石发生韧性变形，其聚片双晶产生弯曲甚至断裂（图12）。

（7）固溶体分离结构。多见于磁铁矿中，钛铁矿呈细长的片晶或钛铁晶石呈极细的叶片状在磁铁矿中沿一定方向平行定向分布（图13）。

（8）浸染状构造。在脉石矿物的基质内分布着磁铁矿和钛铁矿等金属矿物，其分布无方向性。当金属矿物含量在5%～25%时，为稀疏浸染状构造；当金属矿物含量在25～50%时，为稠密浸染状构造。

（9）块状构造。矿石中的磁铁矿和钛铁矿含量在50%以上，脉石矿物较少，金属矿物彼此组成致密的集合体，彼此相连，分布无方向性。

4 主要矿物的产出特征

4.1 有价矿物

黑山铁矿中主要有价矿物为磁铁矿、钛铁矿和磷灰石，其他有价矿物含量较少，可利用价值不大。

（1）磁铁矿呈自形、他形晶粒状，显均质性，颗粒内裂隙、孔洞较发育，在其中常充填有脉石矿物，如绿泥石、碳酸盐矿物或磷灰石等（图4）。沿其结晶方向{111}和{100}常见钛铁矿或钛铁晶石的固溶体分离呈格子状、细片状或叶片状分布，多数为粗大的颗粒，呈单颗粒或集合体分布，大小为1～20 mm（图14）。极少数粒度细小，为脉石矿物蚀变后析出或强烈交代磁铁矿后的残留，粒度为0.01～0.2 mm（图8）。

（2）钛铁矿具显著非均质性，按其形态、大小和分布状态可分为3种，其一呈半自形、他形粒状或板状晶体，以单颗粒或集合体形式出现，大小在0.2～5 mm，这类钛铁矿常与磁铁矿紧密连生或沿磁铁矿边缘环绕分布（图10）；其二呈片晶状出溶于磁铁矿中，构成固溶体分离结构，片晶呈长板条状，长度多在0.4～6 mm，宽度较大的在0.04～0.2 mm，宽度较小的在0.01～0.001 mm，这种较细小的片晶状钛铁矿不易与磁铁矿分离（图14）；其三呈细小他形粒状，分布于脉石矿物中，此类钛铁矿多为脉石矿物蚀变过程中析出或交代后的残留（图9）。

（3）黄铁矿呈自形—他形晶粒状，具淡黄色反射色，显均质性，无内反射，粒度粗细不等，在0.01～0.6 mm，多零散分布于脉石矿物粒间，少见与磁铁矿或钛铁矿等连生，偶见与白铁矿交生、连生或被其沿边缘浸蚀交代（图15）。

（4）黄铜矿呈他形晶粒状，具铜黄色反射色，显均质性，无内反射，粒度为0.01～0.5 mm，多分布于脉石矿物粒间，少见与其他金属矿物呈连生或包裹关系（图15）。

4.2 脉石矿物

矿石中与矿石矿物密切相关的脉石矿物主要为斜长石、磷灰石和次生蚀变矿物，矿石矿物常与脉石矿物紧密连生、包裹或被其不同程度的交代。

（1）斜长石呈半自形、他形板条状，粒度在（0.4×0.2）～（6×2）mm，最大可达10 mm×3.5 mm左右，聚片双晶发育，部分受应力作用影响发生韧性变形或碎裂，多伴随不同程度、类型的蚀变现象，蚀变强烈时几乎全部被次生蚀变矿物覆盖，按其蚀变类型可分为钠黝帘石化、绿帘石化、碳酸盐化、绿泥石化、绢（白）云母化、黏土化，且通常至少同时伴随2种或以上类型的蚀变现象（图16）。

（2）磷灰石多呈不规则粒状，裂隙较为发育，表面常伴有浑浊物，且含较多呈带状分布的尘点状杂质，颗粒粗大，在1～8 mm，边缘多呈港湾状或弧形弯曲，与次生蚀变矿物或金属矿物连生或互相包裹。

（3）绿泥石呈细小鳞片状集合体，多沿磁铁矿边缘或裂隙对其进行不同程度的交代。

（4）碳酸盐矿物呈半自形、他形粒状或粒状集合体，分布于其他矿物粒间或粒中，交代斜长石或磁铁矿等。

5 结论

（1）黑山铁矿中的有价矿物主要为磁铁矿和钛铁矿，含量分别为23.07%和4.65%。磁铁矿呈自形、他形晶粒状结构，多数为粗大的颗粒，呈单颗粒或集合体分布，粒度在1～20 mm。部分钛铁矿呈片晶状出溶于磁铁矿中，构成固溶体分离结构，片晶呈长板条状，很难通过碎磨工艺实现这部分钛铁矿和磁铁矿间的单体解离，这是黑山铁矿磁选精矿全铁品位偏低、钛品位偏高的主要原因之一。

（2）承德黑山铁矿全铁品位为21.51%，其中磁性铁品位为13.28%，可通过碎磨—磁选工艺将其中的磁性铁矿物回收，其理论回收率为61.73%。钛主要分布于钛铁矿中，经过碎磨—磁选工艺后，钛铁矿随非磁性矿物进入磁选尾矿中，通过全浮选流程可回收利用，其理论回收率为60.63%。