南芬选矿厂处理土场回收矿石工艺矿物学研究

李庚辉 肖启飞

（本溪钢铁（集团）有限责任公司南芬选矿厂）

南芬选矿厂是本钢主要铁精矿供应基地，位于辽宁省本溪市南约25 km 的南芬区郭家堡，厂区靠近G304公路、沈丹铁路和沈丹高速公路，交通便利。南芬选矿厂于1915年开始筹建，1918年建成投产，厂区占地面积728 万m2，固定资产原值20.1 亿元，固定资产净值9.9 亿元。选厂矿石原料全部来源于南芬露天铁矿，设计原矿处理能力1 300 万t，其中处理磁铁矿石1 200 万t，采用单一湿式磁选工艺；处理赤铁矿石100 万t，采用弱强磁—阴离子反浮选工艺。最终精矿通过24 km 国铁运输到板材原料厂，尾矿经四级泵站经8 km 管路输送到卧龙沟尾矿库。尾矿库设计库容2.6 亿m3，目前已使用1.28 亿m3，设计坝高140 m，目前坝高105.5 m，还能服役17 a。

2022 年预计土场回收矿石比例由13%增加到30%，为保证南芬选矿厂完成产量指标，需对土场回收矿石进行工艺矿物学研究，探索最优选别流程。

1 土场回收矿石工艺矿物学研究

1.1 矿石化学成分

矿石X荧光光谱半定量分析、化学多元素分析及铁物相分析结果见表1～表3。

由表1～表3 可知：①矿石中可供选矿回收的元素是铁，铁品位29.18%，矿石TFe 与FeO 比值为2.50，碱性系数为0.07［1］。②为达到富集回收铁矿物的目的，需选矿排除或降低的脉石组分主要是SiO2，其含量高达51.20%，其次为Al2O3、MgO 和CaO，四者合计56.11%；有害杂质P 含量较低，但S 含量较高，为0.20%，因此选矿过程中需关注硫的富集趋势。③矿石中铁的赋存一是以磁铁矿的形式存在，分布率高达73.20%，即为采用弱磁选工艺分选矿石中铁矿物时铁的最大理论回收率；二是以赤（褐）铁矿形式产出的高价氧化铁，分布率为18.68%，以该种形式存在的铁在弱磁选过程中绝大部分将会排入尾矿中；此外，还有少量铁赋存于碳酸盐和硅酸盐矿物中，分布率分别为2.84%和4.25%。综合化学成分特点，土场回收矿石属低磷含硫酸性原生磁铁矿矿石。

1.2 矿物组成及含量

矿石肉眼下显灰黑色，具星散稠密浸染状构造，结构较为致密。经镜下鉴定、X射线衍射分析和扫描电镜分析综合研究查明，矿石中的铁矿物主要是磁铁矿，其次为赤铁矿，少量褐铁矿和菱铁矿；金属硫化物为黄铁矿，但其含量较低；脉石矿物主要为石英，其次是长石、云母、白云石、方解石、闪石、辉石、绿泥石、滑石和少量石榴石、磷灰石以及碳硅石，其他微量矿物尚见黄铜矿、自然铁、榍石、帘石、电气石、高岭石、钛铁矿和锆石等［2］。矿石中主要矿物的含量见表4。

2 重要矿物的产出形式

2.1 磁铁矿

选矿富集回收铁的主要目的矿物广泛分布于绝大部分矿块中，多呈自形、半自形等轴粒状，部分为长轴状、长条状或不规则状，晶体粒度变化较大，少数粗者可至0.6 mm 左右，细小者小于0.02 mm，一般介于0.03～0.35 mm。矿石中的磁铁矿主要以浸染状的形式充填于以石英为主的脉石粒间，但根据浸染的密集程度可分为中等稠密浸染状和稀疏星散浸染状2 种类型，部分矿块中定向排列的特征较为明显，且过渡为宽度0.1～2.0 mm不等的浸染条带状。磁铁矿与脉石之间的接触界线通常较为规则，仅少量被脉石穿切或包裹微细粒脉石从而构成复杂的接触关系，随着浸染密度的降低，磁铁矿不仅分散程度增高、粒度明显变细，而且与脉石之间的嵌布关系更趋复杂（图1）。磁铁矿与黄铁矿、磷灰石等嵌布关系并不密切，仅偶见磁铁矿与黄铁矿、磷灰石相互包裹［3］。

矿石中约20%的磁铁矿因氧化作用或交代作用发生假象赤铁矿化，其特征是不规则状的赤铁矿沿其表面、边缘、裂隙及孔洞发生交代，随着交代程度的增强，部分晶粒可由半假象赤铁矿（颗粒中磁铁矿的体积含量大于50%）逐渐发育为全交代假象赤铁矿，不过仍保留了原磁铁矿等轴粒状的晶体外形，部分全交代假象赤铁矿中存在粒度小于0.01 mm 的微细磁铁矿残余体零星分布，假象赤铁矿粒度一般为0.01～0.30 mm，粗粒者可达约0.80 mm。

总体来看，矿石中部分磁铁矿由于粒度微细，与脉石交生关系较为复杂，即使通过细磨仍存在部分与脉石以连生体形式进入弱磁精矿中，这也将成为影响弱磁铁精矿品位的最主要因素。此外，部分磁铁矿因发生假象赤铁矿化，磨矿后视氧化程度和解离状况的不同会进入弱磁精矿或尾矿。

2.2 赤铁矿

赤铁矿是矿石中另一种最重要的铁矿物，仅分布于部分矿石中，多为粒状或不规则状，少量板片状、叶片状。根据赤铁矿的晶体形态以及与磁铁矿嵌连的密切程度，可将矿石中赤铁矿的产出形式大致归纳为2种。

（1）假象赤铁矿呈不规则状沿磁铁矿的边缘、粒间及孔洞充填交代，随着交代程度的增强，少量可呈原磁铁矿等轴粒状的晶体外形产出，但晶体中仍可见磁铁矿细小的残余分布，二者之间的接触界线多为不规则状，粒度一般为0.01～0.30 mm，部分粗者可达约0.80 mm。

（2）形态较规则的板片状、叶片状镜铁矿呈星散浸染状嵌布在脉石中，粒度一般为0.03～0.15 mm，通常较为平直规整，镶嵌关系不复杂。

上述2 种产出形式的赤铁矿中，数量上以第1 种为主，二者矿物含量比约为80∶20。显然，第1种形式的赤铁矿与磁铁矿紧密交生，如果磨矿后仍与磁铁矿连生，则分选中将随同磁铁矿一起进入弱磁选铁精矿，而第2 种形式的赤铁矿含量较低，形态多为较规则的板片状，通过适度磨矿大部分可获得解离。

2.3 褐铁矿

褐铁矿含量较低，多呈不规则状或细脉状沿磁铁矿粒间、裂隙充填分布，少量呈粒状零星嵌布在脉石中，晶体粒度一般为0.01～0.20 mm，个别粗者达0.50 mm。总体看来，分布在磁铁矿边缘或常与磁铁矿构成复杂的交生关系，即使细磨也难以解离，预计大部分褐铁矿将跟随磁铁矿进入弱磁选精矿。

2.4 菱铁矿

菱铁矿多为较规则的粒状，少量不规则状，以透射光下微带淡黄褐色而有别于白云石，常构成集合体产出，粗者粒度可至0.25 mm 左右，晶体粒度0.02～0.15 mm。部分菱铁矿以零散浸染状沿石英、白云石等各种脉石粒间充填分布，部分与磁铁矿交生关系密切，其中有的沿磁铁矿边缘、粒间充填分布，而有的集合体中可包裹微细粒磁铁矿。不难看出，大部分菱铁矿将损失于弱磁尾矿中，仅少量与磁铁矿紧密交生的将可能以连生体形式随同磁铁矿进入弱磁精矿中。

2.5 黄铁矿

黄铁矿是矿石中的主要金属硫化物，含量较低，常呈自形—半自形粒状，少量呈不规则状，多以星散浸染状形式嵌布在脉石中，局部可见微细粒磁铁矿包裹在黄铁矿中，从而与磁铁矿构成较为复杂的镶嵌关系，晶体粒度一般0.02～0.3 mm，少量粗者可达0.6 mm 左右。总体来看，黄铁矿含量较低，仅少数与磁铁矿紧密镶嵌，预计与磁铁矿以连生体形式进入铁精矿的黄铁矿所占比例十分有限［4］。

3 铁矿物嵌布粒度研究

对铁矿物的嵌布粒度进行测定统计，统计结果见表5。

由表5可知，矿石中的铁矿物属不均匀中细粒嵌布的范畴，+0.21 mm 中粒铁矿物分布率达38.72%。单纯从嵌布粒度来看，欲使约90%的磁铁矿获得解离，应选择-0.052 mm 磨矿细度较为适宜，此时-0.045 mm 约占90%，但考虑到矿石中云母、滑石、闪石和绿泥石等针柱状、片状属性有利于磨矿过程中磁铁矿的解离，故实际磨矿细度可在上述推荐细度的基础上适当放粗。

4 影响选矿的主要矿物学因素分析

（1）矿石中部分磁铁矿粒度细小，与脉石镶嵌关系较为复杂，即使细磨也将难以与脉石解离，这将对铁精矿品位产生一定影响。

（2）矿石中的赤铁矿主要为假象赤铁矿，常与磁铁矿紧密交生，磨矿后视氧化程度和解离状况的不同会进入弱磁精矿或尾矿，从而会影响铁回收率。若采用强磁选工艺回收矿石中假象赤铁矿时，比磁化系数与其较为相近的菱铁矿、白云石、闪石、滑石、辉石及石榴石等含铁脉石亦有可能进入强磁选铁产品中，从而影响假象赤铁矿的回收效果［5］。

5 结 语

（1）土场矿石属低磷含硫酸性原生磁铁矿矿石，矿石中赋存在磁性铁矿物中的铁占73.20%，而赋存在赤（褐）铁矿中的铁占18.68%，还有少量铁赋存于碳酸盐和硅酸盐矿物中，分布率分别为2.84%和4.25%。

（2）矿石中的铁矿物主要是磁铁矿，其次为赤铁矿，少量褐铁矿和菱铁矿；脉石矿物主要为石英，其次是长石、云母、（铁）白云石、方解石、闪石、辉石、绿泥石、滑石和少量石榴石等；金属硫化物为黄铁矿，但含量较低。

（3）磁铁矿多呈自形、半自形等轴粒状，部分为长轴状、长条状或不规则状，以中等稠密浸染状和稀疏星散浸染状2种形式产出，约20%的磁铁矿因氧化作用或交代作用发生不同程度的假象赤铁矿化。总体来看，矿石中的磁铁矿与脉石嵌布关系并不十分复杂，仅部分粒度微细，与脉石交生关系复杂。

（4）赤铁矿分2种，主要为磁铁矿次生变化产物，呈不规则状或星点状沿磁铁矿边缘、粒间及孔洞充填交代；少量的为形态较规则的板片状、叶片状镜铁矿，呈星散浸染状嵌布在脉石中。

（5）嵌布粒度结果显示，矿石中的磁铁矿属不均匀中细粒嵌布特征。欲使约90%的磁铁矿获得解离，处理区内矿石时以选择约-0.045 mm90%的磨矿细度较为适宜。但考虑到矿石中云母、滑石、闪石和绿泥石等针柱状、片状属性有利于磨矿过程中磁铁矿的解离，故实际磨矿过程中可在上述推荐细度的基础上适当放粗。

（6）影响选矿效果的主要矿物学因素一是部分磁铁矿粒度细小、与脉石镶嵌关系较为复杂，即使细磨也难以与脉石解离，是影响铁精矿品位的主要因素；二是部分磁铁矿发生假象赤铁矿化，磨矿后呈单体产出的假象赤铁矿在弱磁选过程中因磁性较低而易排入尾矿，从而影响铁回收率。