張劍廷 李志明

(1.遼寧東大礦冶工程技術(shù)有限公司,遼寧 朝陽 122000;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110819)

礦產(chǎn)資源是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化的重要物質(zhì) 基礎(chǔ)[1-2],鐵礦石是礦產(chǎn)資源的重要組成部分[3-4],全球鐵礦石的供需區(qū)域不匹配導(dǎo)致了全球鐵礦石貿(mào)易的興起,因此鐵礦石又是世界第二大商品[5-7]。我國優(yōu)質(zhì)鐵礦資源匱乏[8-10],結(jié)合當(dāng)前國際形勢以及世界鐵礦石價格,我國充分利用國外鐵礦石資源仍具必要性與合理性[11-14]。本文將馬來西亞某褐鐵礦作為研究對象,詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究對于資源的高效開發(fā)利用具有重要指導(dǎo)作用[15-16],但關(guān)于該褐鐵礦的工藝礦物學(xué)尚未有詳盡的研究;本文通過光學(xué)顯微鏡、X射線衍射、化學(xué)分析等手段對該礦石的工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)研究,包括礦石的物質(zhì)組成、元素賦存狀態(tài)、主要礦物產(chǎn)出特征、礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、粒度組成、物理性質(zhì)等。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)成分

為確定礦石的化學(xué)組成,對其進(jìn)行了化學(xué)組成分析,結(jié)果如表1所示。

表1 原礦化學(xué)組成分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis results of raw ore %

表1表明,礦石中鐵為主要回收成分,TFe含量為49.66%,FeO含量小于0.10%;主要雜質(zhì)成分為SiO2和Al2O3,含量分別為6.23%和5.33%;此外礦石中還有少量的CaO,含量為0.11%。有害元素P、S含量較低,分別為 0.074%、0.159%,燒失量為12.55%。

1.2 礦物組成

為查明礦石主要礦物組成,試樣經(jīng)樹脂膠團(tuán)礦磨制成光片和薄片,通過光學(xué)顯微鏡鑒定并分析,礦石礦物組成及含量如表2所示。

表2 礦石礦物組成分析結(jié)果Table 2 Analysis results of mineral composition of the ore %

表2表明:礦石由鐵礦物及脈石礦物組成,伴生和共生關(guān)系較為復(fù)雜。鐵礦物主要為褐鐵礦(針鐵礦、纖鐵礦),含量約65.0%,其次為赤鐵礦,含量約10%;磁鐵礦和假相赤鐵礦含量約5.0%。脈石礦物以石英和高嶺石(高嶺土)等為主,另可見少量長石、鐵鋁尖晶石等礦物。

2 鐵的化學(xué)物相分析

為進(jìn)一步明確鐵元素的賦存狀態(tài)及含量,進(jìn)行了鐵化學(xué)物相分析,結(jié)果見表3。礦石中的鐵主要以褐鐵礦(針鐵礦)的形式存在,鐵品位為47.75%,鐵的分布率為96.15%;磁性鐵中鐵的含量僅為1.25%,鐵分布率為2.52%;部分鐵賦存于硅酸鐵中,鐵含量為0.10%,鐵分布率0.20%;碳酸鐵中鐵的品位為0.49%,鐵的分布率為0.99%;硫化鐵中鐵的含量為0.07%,鐵分布率為0.14%。礦石中主要回收對象為褐鐵礦。

表3 礦石鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 3 Iron chemical phase analysis results of the ore %

3 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 礦石的構(gòu)造

結(jié)合光學(xué)顯微鏡與礦石破碎后原礦樣觀察,可以發(fā)現(xiàn)礦石構(gòu)造主要有塊狀、土狀、層狀(或結(jié)核狀、鮞狀)、凝膠狀、蜂窩狀、網(wǎng)脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等。

3.2 礦物的結(jié)構(gòu)

礦石中各礦物顆粒的自身形態(tài)特征對礦物的解離有重要的影響,礦石中鐵礦物多呈不規(guī)則粒狀、板狀和交代氧化假象結(jié)構(gòu),嵌布粒度極不均勻,少部分最大嵌布集合體粒度可達(dá)1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之間。脈石礦物粒度較細(xì),多呈包裹體與鐵礦物連生。

4 礦石主要礦物產(chǎn)出特征

4.1 褐鐵礦的產(chǎn)出特征

褐鐵礦是礦石的主礦物相,是金屬鐵的主要載體礦物,含量達(dá)65%。其產(chǎn)出狀態(tài)復(fù)雜多樣,主要以凝膠狀、層狀(或結(jié)核狀、鮞狀)、蜂窩狀、網(wǎng)脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等形式與脈石連生,連接界面大多不規(guī)則,呈齒狀交錯分布。層狀褐鐵礦多與脈石交替分布(圖1);鮞狀褐鐵礦殼核中心均包裹有石英或鐵鋁尖晶石(圖1);蜂窩狀、網(wǎng)脈狀、樹枝狀、放射狀褐鐵礦沿脈石礦物裂隙、晶間隙分布,還有的褐鐵礦經(jīng)風(fēng)化蝕變后微孔較發(fā)育,其孔中又嵌布微細(xì)的二氧化硅、黏土等泥質(zhì)混合礦物(圖1)。

圖1 褐鐵礦的產(chǎn)出特征Fig.1 Embedded characteristics of limonite

4.2 赤鐵礦的產(chǎn)出特征

赤鐵礦是礦石次要的鐵元素載體礦物,含量較褐鐵礦少。赤鐵礦多以半自形和他形粒狀產(chǎn)出,粒度相對較粗且均勻。赤鐵礦風(fēng)化蝕變程度較深,常分布在褐鐵礦中,有的被褐鐵礦沿粒間充填膠結(jié),并被褐鐵礦交代,風(fēng)化蝕變?yōu)楹骤F礦(圖2)。

圖2 赤鐵礦的嵌布特征Fig.2 Embedded characteristics of hematite

4.3 磁鐵礦的產(chǎn)出特征

磁鐵礦也是礦石中鐵元素的載體礦物,含量較少。磁鐵礦多以半自形和他形粒狀產(chǎn)出,粒度相對其他鐵礦物較粗,最大可達(dá)1mm左右。完整未被氧化的磁鐵礦少見,大多沿裂隙、晶間隙氧化但保留其晶型成假象赤鐵礦,有的呈氧化殘余被假象赤鐵礦包裹(圖3)。

圖3 磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Embedded characteristics of magnetite

4.4 非金屬礦物的產(chǎn)出特征

石英多以他形粒狀分散產(chǎn)出,粒度較細(xì)小均勻。石英常以細(xì)粒狀散布于褐鐵礦中呈褐鐵礦包體,集中產(chǎn)出者較少。高嶺石呈微晶或隱晶質(zhì)產(chǎn)出,大多風(fēng)化蝕變?yōu)橥翣畹母昏F高嶺土等黏土礦物,與褐鐵礦連生密切(圖4)。

圖4 褐鐵礦的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of limonite

5 粒度組成分析

對礦石進(jìn)行了粒度組成特性分析,結(jié)果如表4所示。

表4 礦石粒度組成分析結(jié)果Table 4 Particle size composition analysis results of the ore

由表4可知,礦石0.28 mm以上粒級含量較高,Fe的分布率可達(dá)51.41%;礦石中鐵礦物在各個粒級中分布較均勻,鐵品位均在50%左右;另外Al2O3在各粒級中含量均較高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在對后續(xù)鐵精礦的質(zhì)量具有一定的影響。

6 物理性質(zhì)分析

為進(jìn)一步探明礦石的流態(tài)化特性,對其進(jìn)行了物理性質(zhì)參數(shù)測定,結(jié)果如表5所示。

表5 原礦物理性質(zhì)參數(shù)Table 5 Physical property parameters of the ore

由表5可知,礦石松散密度為1 250 kg/m3,堆實密度為1 490 kg/m3,真密度為3 390 kg/m3,堆積角為 32.38°,摩擦角為 28.33°。

7 礦石處理工藝建議

礦石中鐵礦物以褐鐵礦為主,還含有少量赤鐵礦,脈石礦物主要為石英。礦石中部分鐵礦物嵌布粒度微細(xì),磨、選難度大,采用傳統(tǒng)的磨礦—磁選工藝,部分鐵礦物流失進(jìn)入尾礦,導(dǎo)致精礦回收率偏低。對于此類鐵礦資源,采用選冶聯(lián)合工藝才能實現(xiàn)其高效利用已是業(yè)界的共識,其中磁化焙燒—磁選是最為有效的處理技術(shù)[17],因此推薦懸浮磁化焙燒—磁選作為實現(xiàn)該鐵礦資源高效開發(fā)利用的新技術(shù)。

8 結(jié) 論

(1)馬來西亞某褐鐵礦鐵品位為49.66%,主要雜質(zhì)成分為 SiO2和 Al2O3,含量分別為6.23%和5.33%;礦石中還有少量的CaO,含量為0.11%,有害元素P、S含量較低,分別為0.074%、0.159%,燒失量為12.55%。

(2)礦石中的鐵主要以褐鐵礦的形式存在,非金屬礦物主要為石英,其次為高嶺石等。褐鐵礦主要以凝膠狀、層狀(或結(jié)核狀、鮞狀)、蜂窩狀、網(wǎng)脈狀、樹枝狀、包裹狀、浸染狀等形式與脈石連生,連接界面大多不規(guī)則,呈齒狀交錯分布。礦石中鐵礦物多呈不規(guī)則粒狀、板狀和交代氧化假象結(jié)構(gòu),嵌布粒度極不均勻,很少部分最大嵌布集合體粒度可達(dá)1 mm左右,部分在0.03 mm以下,多分布于0.02～0.05 mm之間。脈石礦物粒度較細(xì),多呈包裹體與鐵礦物連生。

(3)粒度組成分析結(jié)果表明,樣品中0.28 mm以上粒級含量較高,Fe的分布率可達(dá)51.41%;礦石中部分鐵礦物在各個粒級中分布較均勻,鐵品位均在50%左右;另外各粒級中Al2O3的含量較高,品位在5.0%以上,Al2O3的存在對后續(xù)鐵精礦的質(zhì)量會有一定的影響。

(4)物理性質(zhì)參數(shù)測定結(jié)果表明,礦樣松散密度為1 250 kg/m3,堆實密度為1 490 kg/m3,真密度為3 390 kg/m3,堆積角為 32.38°,摩擦角為 28.33°。

(5)基于以上工藝礦物學(xué)及探索試驗結(jié)果,推薦采用懸浮磁化焙燒技術(shù)處理該類馬來西亞褐鐵礦。