赤城县陈家窑磁铁矿矿物学特征

苗春祥

(河北省地质矿产勘查开发局第三地质大队 张家口 075000)

我国重要的海相沉积赤铁矿矿床—“宣龙式”铁矿床主要产出于冀西北中元古界串岭沟组底部地层,矿石矿物以鲕状、肾状赤铁矿为主,典型矿床分布在河北宣化、龙关、庞家堡、赤城一带。宣龙式铁矿严格受地层控制,厚度变化不大,产状较缓,沿走向及倾向相对稳定,便于开采,矿床规模较大,品位较高。

宣龙式赤铁矿局部后受岩浆作用,在低温缺氧富含有机碳的还原环境中赤铁矿被还原成磁铁矿。矿石矿物组成、结构构造、化学成分、矿石类型、矿石工艺矿物学特征随之发生变化,赤城县陈家窑铁矿为典型的宣龙式磁铁矿矿床。

1 矿石特征

1.1 矿物组成

矿石中主要矿石矿物为磁铁矿,次之为赤铁矿及菱铁矿,局部偶见黄铁矿;脉石矿物以石英、绿泥石为主,含少量黑云母、白云石和绢云母等。采用在显微镜下对矿石中的矿物进行观察及镜下光学鉴定,并用直线法测定各矿物的百分含量。由鉴定结果可知,矿石中主要的铁矿物为磁铁矿,少量赤铁矿及其它铁矿物;脉石矿物有石英、绿泥石、透闪石等(表1)。

表1 矿石矿物含量

1.2 矿物结构构造

矿石呈黑色,致密坚硬,密度较大,具强磁性,矿石结构为鲕状、肾状及细粒状,磁铁矿矿物为它形晶粒状结构。矿石以块状构造为主,浅灰白色脉石矿物呈细脉或条带,将黑色磁铁矿分隔成若干块状,见少量节理裂隙,节理面被长英质矿物充填,局部含黄铁矿。

(1)鲕状磁铁矿镜下鉴定特征

磁铁矿呈它形晶粒状,多以脉石矿物颗粒为中心,环绕形成同心环状;鲕粒多呈椭圆形,直径多在0.7～2 mm之间,部分鲕粒的环带分布密集,数个环带连成一片,使得环带间的间隙模糊甚至消失不见,偶见鲕粒不完整,局部呈现类似揉皱现象。鲕粒在矿石中均匀密集分布,鲕粒间被磁铁矿胶结充填(图1右)。

光片:左为肾状磁铁矿 62.5×(-),右为鲕状磁铁矿 62.5×(+);脉石矿物粒间(深灰色)被磁铁矿充填环绕(灰白色)

(2)肾状磁铁矿镜下鉴定特征

矿物呈它形晶粒状,多连生呈块状集合体,分布密集,颗粒间镶嵌紧密,颗粒间边界不易分辨。脉石矿物呈半自形圆粒状,局部呈条带或细脉状,粒间被磁铁矿充填环绕,脉石矿物中偶见断续定向排列的磁铁矿颗粒(图1左)。

2 化学成分

2.1 矿石化学成分

矿石类型较为单一,矿石的化学成分主要为铁。在铁矿勘查工作过程中,为查明铁矿石有用有益有害组分的含量及其分布状况,将各层铁矿石样品副样进行组合,将组合样按贫铁矿(TFe<50%)和富铁(TFe≥50%)矿进行统计分析。

由贫铁矿矿石的组合样分析结果可知:TFe和mFe含量变化范围较大,TFe为24.28%～41.77%,平均值为32.56%;mFe为16.52%～34.44%,平均值为26.03%。造渣矿物SiO2含量大,大部分含量大于工业指标(18%)。个别样品S元素含量较高,大部分样品S含量小于工业指标(0.3%);P的含量较低,均小于工业指标(0.25%);Cu元素含量均小于伴生组分综合评价指标(0.1%～0.2%);Pb、Zn、As元素含量指标均小于工业指标, 达不到伴生有用组分的工业要求。

由富铁矿矿石的组合样分析结果可知:TFe和mFe含量变化范围不大,TFe为50.38%～60.88%,平均值为53.53%;mFe为40.90%～55.64%,平均值为48.32%。造渣矿物SiO2含量较低,平均含量小于工业指标(18%);S元素总体平均含量小于工业指标(0.3%);P的含量较低,均小于工业指标(0.25%);Cu、Pb、Zn、Mn元素含量指标均小于工业指标,达不到伴生有用组分的工业要求;Sn元素含量偏高,均大于工业指标(0.08%),在冶炼过程中应去除;As元素含量较低,均小于工业指标(0.07%)。

2.2 矿石物相特征

矿石中具有工业利用价值的铁矿物为磁铁矿。硅铁矿、赤铁矿、硫铁矿和菱铁矿等矿质量分数区间分别为:0.18%～4.63%、1.11%～5.7%、0.036%～2.69%和0.25%～4.38%,含量变化幅度总体较小,仅有个别硫铁矿含量有畸变现象。赤铁矿、菱铁矿与磁铁矿总体上呈近似负相关关系,其它矿物与磁铁矿之间无明显关联性。

根据铁矿石物相统计分析结果可知:勘查区铁矿石矿物成分简单,主要铁矿物为磁铁矿。按需选铁矿(贫铁矿)选矿工艺要求(磁性铁对全铁占有率/%),勘查区铁矿石大部分为磁性铁矿石(ω(mFe)/ω(TFe)≥85%,ωmFe/ω(TFe-siFe-oFe-sfFe-cFe) ≥85%),少量为弱磁性铁(ω(mFe)/ω(TFe)<85%,ωmFe/ω(TFe-siFe-oFe-sfFe-cFe)<85%)。

3 矿层围岩和夹石

3.1 矿层围岩

矿层顶板围岩为黑色页岩,底板围岩为石英砂岩(局部为页岩),与矿层之间呈突变接触关系,矿体界线明显,肉眼可以确定。黑色含钾页岩层理明显,局部富含黄铁矿;石英砂岩少量节理裂隙内发育黄铁矿。

3.2 夹石

矿体(层)0～Ⅴ层之间为夹石,夹石厚薄不一。另外,个别单矿层之间夹薄层夹石,夹石岩性为黑色页岩和石英砂岩。

4 工艺矿物学及选冶特征

4.1 矿物嵌布及选冶特征

(1)磁铁矿嵌布特征

磁铁矿作为主要矿物,呈细小的他形粒状晶粒,主要分布在鲕粒外层,粒度一般在0.01～0.03 mm之间,粒间常与细小的石英、透闪石、绿泥石接触毗连,磁铁矿集合体常与透闪石、绿泥石及石英胶结,形成鲕粒结构的外层,由于鲕粒核心矿物成分不同,形成石英磁铁矿和透闪石绿泥石磁铁矿两种矿石,其中石英磁铁矿为主要类型。

(2)其它矿物嵌布特征

赤铁矿为热变质还原不完全残留体,位于磁铁矿边缘,分布状态和磁铁矿一起形成鲕粒外层,颗粒极细,粒径在0.01～0.03 mm之间,毗连关系与磁铁矿相同。

石英以两种形式存在:第一种分布在鲕粒核部,石英多为单晶,部分为复晶,他形粒状,被磁铁矿包围胶结,粒径在0.05～0.07 mm之间;第二种分布在鲕粒外层,石英与磁铁矿、透闪石、绿泥石毗连,粒径小于0.03 mm,较第一种石英粒径小。

绿泥石以两种形式存在:第一种分布在鲕粒核部,与透闪石毗连镶嵌,形成透闪石绿泥石磁铁矿;第二种分布在鲕粒外层,绿泥石与磁铁矿、透闪石、石英毗连,均匀散布,无定向性,呈不规则细片状,粒度较细,小于0.03 mm。

透闪石的分布:透闪石大部分赋存于鲕粒核部,少量分布在鲕粒外层。核部透闪石常与绿泥石嵌布毗连;鲕粒外层透闪石常与磁铁矿嵌布毗连,矿物呈针状或束状,矿物颗粒直径较小,长0.05～0.07 mm,宽约0.01 mm。

4.2 矿物选冶特征

根据矿物成分、粒度及嵌布特征可知,矿石属于极细粒矿石,磁铁矿与石英、绿泥石、透闪石毗连嵌布,接触关系复杂多变,要求选冶磨矿细度达到极细。透闪石、绿泥石含量较高,二者合计在10%左右,磨矿时易泥化,不利于选矿。鲕粒核部石英、透闪石、绿泥石集合体被磁铁矿包裹,只有将鲕粒破坏,才能将矿物解离,磨矿难度很大。综上所述,陈家窑铁矿石属于比较难选的矿物。

5 结论

铁矿石由赤铁矿被还原而来,矿石结构构造变化不大,但矿石矿物组成和化学成分也还是有了一定幅度变化。在矿石还原过程中,部分矿体形成了富铁矿,同时部分杂质元素也发生了富集。

铁矿石中透闪石、绿泥石含量较高,磨矿时容易产生泥化,给选矿带来不利影响。鲕粒结构矿石,属极细粒矿石,磁铁矿与石英、绿泥石、透闪石嵌布毗连,呈曲线式复杂接触关系,难以解离,要求磨矿粒度细。

部分铁矿石有害元素S、F含量偏高,应对选矿后的铁精粉经过相关工艺剔除。根据铁矿石矿物学相关特点,在矿石选冶过程中需选择相适应的工艺,以提高铁精矿质量。