工艺矿物学研究对选矿工艺的重要作用——以宁乡式鲕状赤铁矿为例

摘要：对鄂西宁乡式某矿区的矿样进行了详细的工艺矿物研究，结合宁乡式铁矿特性，不再单一的以某种矿物为目标，而是将可有效选别的集合体(鲡粒)和粒状赤铁矿作为单位，将选矿的选别日标进行了重新的归类和划分，并详细研究了各选别目标的工艺特性及其对选矿工艺的影响，为甄别合适的选矿工艺、确定最终的优质选矿流程提供了重要的依据。关键词：宁乡式铁矿;集合体;工艺特性;工艺矿物学 doi：10.3969/j.issn.1000—6532.2015.01.Oll 中图分类号：TD989;P577 文献标志码：A文章编号：1000—6532(2015)叭一0045—06 宁乡式鲕状赤铁矿是中国重要的铁矿类型，但却因矿石磷高难降、铁贫难以富集而未能开发，目前许多研究单位已进行了这类铁矿的选矿试验，但由于对矿石工艺矿物学研究不够充分，使试验工作带有一定的盲目性，均未能获得重大突破。此次对该类矿石进行了详尽的工艺矿物学研究，并再此基础上进行了选矿工艺对比，试验结果表明对于TFe品位48.5%左右的鄂西官店酸性鲕状赤铁矿，无需采用焙烧一磁选一脱磷等旧工艺，仅采用低成本的重选脱泥一反浮选脱磷脱硅就能获得较理想的选矿结果。该流程结构简单，生产成本较低，工艺运行连续稳定，易于工业化，使得宁乡式铁矿的综合利用取得了重大突破。在选矿工艺确定之初，如何甄别最适合的工艺，如何选择最优质高效的流程，矿石的工艺特性是最关键的指标和参考，矿石的工艺矿物学研究将对整个研究过程起到重要的指导作用。本文将以宁乡式鲕状赤铁矿的工艺矿物学研究为基础，结合选矿工艺的选择对鲕状赤铁矿的工艺特性进行详细介绍，佐证工艺矿物学研究对选矿工艺确定的重要作用。

1 地质背景和矿区特色宁乡式铁矿广泛分布于我国南部的鄂、湘、赣、川、滇、黔、桂诸省以及甘南地区。探明的该类铁矿储量为37.2亿t(含表外储量)，占全国沉积铁矿探明储量的73.5%。预计资源量可达上百亿吨‘引。含矿建造主要赋存于中上泥盆统，而以上泥盆统为主。可划分出7个成矿区，其中最重要的是鄂西一湘西北成矿区，也是本文研究的靶区。该成矿区位于鄂西宜昌、恩施地区及湘西北的澧县、慈利、桑植、永顺一带，成矿区向西北延伸至重庆巫山境内，总面积为5万km2，截至2010年底已查明资源储量收稿日期：2014—08—15;改回日期：2014一10—15 作者简介：李潇雨(198l一)，女，工程师，主要从事工艺矿物学研究工作。万方数据 ·46· 矿产综合利用 20.02亿t，占全国宁乡式铁矿的一半以上，尚有潜在资源量20亿t以上，是我国目前尚未开发的重要鲕状赤铁矿矿集区。区内有3个主要含矿层：写经寺组底部赤铁矿层、黄家磴组顶部赤铁矿层和写经寺组顶部鲕绿泥石铁矿层。 2矿物组成和含量概况经化学分析矿区内3个主要含矿层的概况为：主要为高磷低硫酸性矿石;全铁与二氧化矽成反比，与P成正比;含铁品位在30%～45%的含硫较高 (一般0.162%～0.150%);矿层中除含有上述主要化学成份外，普遍含有Ca、Mg、Al、Mn、Cu、Pb、Zn、 V、Ti、Zr、Cr、BeO、Ni部分含Co、Ba、Yb但含量均低。矿石中的矿物组成情况见表1。表l矿石的矿物组成 Table l Mineml composition of ores 整个矿区的矿物特征如下： (1)含铁矿物以鲕绿泥石为主，占整个含铁矿物中60%一80%。(2)一般言之，富矿(TFe>45%) 中，鲕状赤铁矿的含量占整个矿物含量60%～ 80%。(3)非含铁矿物主要为石英与黏土。(4)鲕绿泥石(褐铁矿)：与赤铁矿物均具有含量增减上的递变关系，从鲕绿泥石变为鲕状赤铁矿的事实，可作佐证。宁乡式某矿区原矿化学项分析结果见表2，铁物相分析结果见表3，中主要矿物的含量见表4。表2宁乡式某矿区原矿化学项分析结果/% Table 2 Chemical analysis results of a Njngxiang-type ore TFe Fe0 P S Si02 A1203 堑：≥! !：堕 !：垄 Q：堑! 至塑：!垒 鱼：鱼! Ca0 M90 K20 N820 H20+ 2 46 0 6l O 21 O 057 3.38 表3宁乡式某矿区矿铁物相分析结果 Table 3 Analysis results of iron phase of a Ningxiang-type ore 术磁性铁：磁铁矿，磁黄铁矿;氧化铁：赤铁矿，褐铁矿。表4宁乡式某矿区主要矿物定量表 Table 4 Quantitative table of main minerals of a Ningxiang—type ore 矿物 含量/% 矿物含量/%磁铁矿 O.2l 方解石 1.76 赤铁矿 11.56 白云石 0.36 赤褐铁矿(含少量黏土矿物) 63.03 石英 8.32 面绿泥石(含风化生成的黏土矿物)5.89 长石 O.18 胶磷矿 6.88 黄铁矿 0.1l 菱铁矿 1.58 合计 100.00 黑云母 0.12 注：鲕绿泥石、赤褐铁矿中有少量黏土矿物(以高岭土、绢云母为主，因与鲡绿泥石紧密共生，合并统计) 3 矿物工艺特性介绍 3.1确定选别目标宁乡式鲕状赤铁矿主要是由鲡粒(可划分为鲕状赤铁矿、鲕状赤褐铁矿、鲕状绿泥石三大类)、岩屑和胶结物三组分构成，其主要矿物为赤褐铁矿、铁绿泥石、胶磷矿、石英等。 3.1.1硅的赋存状态和分布规律石英是矿石中主要的含硅矿物，其次是鲕绿泥石。石英的矿物量为8.32%，化学分析结果显示矿石中SiO：含量为20.14%，石英中硅的分布率为 41.3l%。石英粒度适中，推荐反浮选工艺选别。

3.1.2磷的赋存状态和分布规律胶磷矿是矿石中唯一的含磷矿物，多为隐晶质胶状。其矿物含量6.88%，经计算可知胶磷矿中磷含量约占矿石中总磷的99%。胶磷矿粒度适宜反浮选。 3.1.3泥级的物质组成矿石在破磨中产生的泥级(一0.038 mm)，对矿石的磁选和浮选影响较大，根据矿石中矿物的组成和各矿物之间的嵌布特征分析，易泥化的成份为贫铁鲕粒、赤褐铁矿。如果以赤褐铁矿为主要选别对万方数据第1期 李潇雨等：工艺矿物学研究对选矿工艺的重要作用——以宁乡式鲡状赤铁矿为例 。47· 象，由于其集合体粒度较粗，可以粗磨，以减少泥级的产率。 3.1.4铁的赋存状态和分布规律矿石中主要含Fe的矿物为赤褐铁矿和铁绿泥石，他们多以极绌粒度存在于鲕粒中，单品颗粒的大小70%～80%低于机械选矿有效粒径，以单个矿物为选别目标设计选矿工艺流程已失去其实际意义。从预计的选矿工艺中有效取舍成份集合体的分选设想，结合宁乡式铁矿特性，不再单一的以某种矿物为目标，而是将可有效选别的矿物集合体(鲕粒) 和粒状赤铁矿作为单位，将选别目标进行了重新的归类和划分。表5宁乡式铁矿选别目标 Table 5 Separation object of a Ningxiang—type imn ore 3.2主要选别目标嵌布特征某地宁乡式铁矿的构造主要为：块状构造(富矿石)、纹层构造、粒状构造、砾状构造、鲕状构造等，以鲕状构造最为典型。鲕粒具有典型的鲕状构造，它通常由赤褐铁矿、赤铁矿、鲕绿泥石、黏土矿物、胶磷矿和石英(多为核心)等矿物组成。这些矿物粒度微细，常呈同心圆状层层包裹构成鲕粒。鲕粒形状各异，多以球状和椭球状存在，其粒度为0.1～1.0 mm，常见0.5 mm左右。鲕粒环带数差异巨大，从10～50环均有分布，且各环带厚度不等、疏密相间。其中胶磷矿和方解石的环带最薄(0.x 斗m)，而赤铁矿环带一般较厚(35～70¨m)，且由核心向外层有密集的趋势;环带中的赤铁矿并非纯净矿物，是由针状晶体交织成絮状鳞片相互连接构成，鳞片的孑L隙中多充填了黏土矿物和少量胶磷矿。 3.2.1 矿石中单晶赤铁矿和鲕状赤铁矿嵌布特征一部分赤铁矿以赤铁矿单品和鲕状赤铁矿存在。虽然其集合体粒度变化范围可从0.002～O.5 mm，但仅20%可达O.074 mm以上，大部分集合体粒度细微。这部分赤铁矿较纯，在矿石中占 l 1.56%。对选矿工艺的影响：赤铁矿平均含 TFe71.94%，单晶赤铁矿和鲕状赤铁矿虽然粒度细微，且在矿石中含量不高，但由于其含铁量高，矿物相对较纯净，且粒度尚在浮选和磁选的有效范围内，所以对提高铁精矿品位将有重要作用。 3.2.2鲕状赤褐铁矿的嵌布特征原始化学沉积的赤铁矿(约占赤铁矿总量的 63%)、鲕绿泥石和少量胶磷矿组成矿石中的主要成分一鲕粒。鲕粒中的赤铁矿和鲕绿泥石粒度微细、嵌布紧密，宁乡式铁矿中的鲕粒形成后，未经大规模的地壳运动和后期岩浆改造，基本保持了形成时的状态。万方数据 ·48· 矿产综合利用矿床在长期的地质年代里，矿石中的铁矿物，主要是赤铁矿和铁绿泥石，经风化，形成了与上述矿物紧密共生的褐铁矿和黏土矿物，赤铁矿和褐铁矿不可分离，本文称赤褐铁矿更符合其工艺特征。经MLA和探针分析此类矿物含铁、氧、氢，含铁较之赤铁矿低。 3.2.2.1 赤褐铁矿的平均含铁量赤褐铁矿大多赋存于鲕粒中，鲕粒大多具有石英核，鲕粒集合体(富铁鲕粒和贫铁鲕粒)其含铁量经能谱多点测算，其铁的分布率占全矿样TFe的 76.77%，按其矿物量63.03%计算，赤褐铁矿平均含铁量为56.40%(磨矿细度一O.074 mm50%～ 60%)。继续细磨，赤褐铁矿平均含铁量会适产提高(60%以内)，但铁的回收率损失较大。上述结果说明，以占63.03%矿物量的赤褐铁矿为选别对象，其理论铁精矿品位可达56.40%～ 60.00%。 3.2.2.2赤褐铁矿在鲕粒中的嵌布特性赤褐铁矿以鲕粒形式出现占全矿样的50%以上，所以，赤褐铁矿在鲕粒中的形态、单品和集合体粒度、和其它矿物如石英、胶磷矿、鲡绿泥石等矿物的嵌布特性对选矿工艺影响很大。

(1)鲕粒中赤褐铁矿的赋存状态赤褐铁矿在鲕粒中多与褐铁矿、绿泥石、黏土矿物、胶磷矿和方解石等矿物紧密嵌布，粒度变化范嗣 0.x～100“m，其中以赤铁矿为主，粒度大于20肛m 的颗粒可达20%。鲕粒中各种矿物由于颗粒微细、嵌布复杂，传统鉴定手段难以准确定性定量，我们利用MLA矿石自动分析仪(以下简称MLA)，对铁矿石进行了多次测试。 (2)在MLA分析图中可以看出一部分赤褐铁矿颗粒以n汕m粒度与铁绿泥石、黏土(云母类)、胶磷矿紧密相嵌。.(3)鲕粒中铁的含量变化：显微镜下观察鲕粒中由赤铁矿和褐铁矿组成的铁矿物分布不均匀;实体镜下部份鲕粒较坚硬，颜色黑褐，部分鲕粒松散，颜色黄褐。 (4)鲕状赤褐铁矿中含铁矿物主要是赤铁矿、褐铁矿、黏土矿物、铁绿泥石。 3.2.2.3对选矿工艺的影响以赤褐铁矿为主体的鲕粒是选铁主要对象，由于鲕粒粒度较粗(>0.1 mm的约为90%)，所以可以通过降低磨矿细度的手段达到减少泥级产率、控制铁流失的目的。 3.2.3鲕状绿泥石鲕状绿泥石粒度微细，通常为细小鳞片状的集合体，常呈绿、灰绿、深绿和黑绿色，与胶磷矿、黏土矿物和赤铁矿形成鲕粒，在矿石中的鲕绿泥石含铁量已近20%。 3.2.4鲕粒其他组分的嵌布特征 3.2.4.1 石英极少部分石英作为鲕粒的核心出现，大部分为岩屑。镜下所见为它形、细粒状。石英是主要的含硅矿物，其粒度适中，适宜反浮选。 3.2.4.2胶磷矿 (1)部分胶磷矿作为鲕粒的环带，也有部分作为岩屑出现。矿石中99%以上的P分布在胶磷矿中，电子探针分析结果表明，块状胶磷矿中含P：0， 30.02%、caO 45.89%，环带状胶磷矿含P2 05 41.18%、CaO 38.90%，并对以赤铁矿为主的鲕粒进行了能谱面扫描，发现磷和钙的位置基本吻合，而与铁元素相间隔，佐证了胶磷矿与赤铁矿呈紧密嵌布的连生体分布。 (2)对选矿T艺的影响：矿石中的胶磷矿所以重要，是因为常规的铁矿资源，矿石中的磷和硫是作为有害杂质需要去除的，如在矿石机械选矿阶段不去除，直接人炉用托马斯法炼铁，磷可进人渣成为钢渣磷肥，两者均需重视矿石中磷的赋存状态的研究。 3.2.4.3菱铁矿菱铁矿在矿石中含量较少，多具有结核状、胶装、鲕状结构，常与赤褐铁矿、鲕绿泥石等矿物共生。碳酸盐：矿区方解石和白云石含量甚微，主要赋存于胶结物和岩屑中，只有极少量作为赤铁矿鲕粒的核心或环带出现。万方数据第l期 李潇雨等：工艺矿物学研究对选矿丁艺的重要作用——以宁乡式鲕状赤铁矿为例 ·49· 3.2.5其他矿物嵌布特征 3.2.5.1 磁铁矿：矿石中磁铁矿含量小于1%，对铁的回收影响很小。 3.2.5.2黏土矿物：绿泥石、高岭石、伊利石等矿物统称黏土矿物，其含量甚微，多以极细粒(0.1～x¨肌)分布在含磷质黏土岩屑的胶结物中或鲕粒环带中。 4 工艺粒度统计在矿石中挑选了有代表性的矿块，统计了鲕粒、胶结物、岩屑、胶磷矿、石英等成份的原生粒度，以分析这些组成矿石各类集合体的粒度。矿样中鲕粒、胶结物、岩屑、石英、胶磷矿T艺粒度总统计见表6。表6主要组分粒度统计 Table 6 Panicle size of main components 对选矿工艺的影响：从上述统计表可以看出，组成矿石的鲕粒、胶结物、岩屑等组分，其原生工艺粒度大部份在机械选矿的可选范围内。表7主要矿物原生工艺粒度 Table 7 Technical particle size of main minerals 对选矿工艺的影响：从上述统计表可以看出，组成矿石的胶磷矿、石英其原生粒度大部份在机械选矿的可选范围内。 5 矿石的工艺特性及对选矿工艺影响 5.1 铁精矿理论精矿品位预测铁的金属量平衡见表8。表8铁的金属量平衡表 Tab】e 8 Balance tahle of meta】vohlme of irnn 类别 矿物量/%磊娶主葚金属分量分布率/%矿石中赤褐铁矿虽然粒度细微，但因其集合体粒度较粗，易于选别，故其将是铁精矿的主要组分之一，而矿石中另一主要含铁矿物是赤铁矿，综合考虑赤褐铁矿和赤铁矿的含铁量，铁精矿的理论品位在 60%左右较为适宜。 5.2矿石性质对铁回收率的影响矿石中铁的工业矿物是赤铁矿、赤褐铁矿、磁铁矿和菱铁矿，其他含铁矿物有黑云母、鲕绿泥石等。对铁精矿品位和铁的回收率影响因素超过90%的矿物是赤铁矿和赤褐铁矿。褐铁矿由于脱水程度不等其含铁量是一变数，而含铁量低于45%的赤褐铁矿大多进入尾矿，是影响铁回收率的主要因素之一。而矿石中赤铁矿矿物量量低(11.56%)，但因其含铁量高，应作为提高铁精矿品位的积极因素考虑。 6 结 论在详细的工艺矿物学研究基础上，选矿研发了低成本的选择性絮凝一强磁脱泥一反浮选工艺，该 -T艺的特点是：以鲕粒和粒状赤铁矿为选别目标，在选择性絮凝和强磁脱泥阶段，先有效地脱出矿浆中的微细泥级物料和部分已单体解离的脉石矿物，这一阶段不能有效脱出磨矿产品中的磷(多以鲕粒中万方数据 ·50。 矿产综合利用 2015年的胶磷矿环带存在)，故反浮选阶段就重点脱出胶 利用途径[J].矿产综合利用，198l(z1)：34—36 磷矿和石英(多以鲕粒环带、核心存在)，最终得到 [3]成清书.矿石可选性研究[M].北京：冶金工业出版社，理想的铁精矿产品(TFe54.95%)。工艺矿物学研 1989· 究贯穿了宁乡式铁矿选矿工艺甄别和建立的始终， [4]王婧，周满赓，李潇雨·巫山桃花鲕状赤铁矿：[艺矿物学对该类难选矿的技术突破起到了重要的指导作用。参考文献研究[J].矿产综合利用，2013(2)：54—57 [5]龙运波，张裕书.某高磷鲕状赤铁矿选矿试验研究[J] 矿产综合利用，20ll(1)：3—5 [1]张裕书，丁亚卓，龚文琪.宁乡式鲡状赤铁矿选矿研究进 [6]张裕书，丁亚卓，龚文琪.宁乡式鲡状赤铁矿选矿研究进展[J].金属矿山，2叭0(8)：92—96 [2]李英堂.我国宁乡式鲕状赤铁矿的工艺矿物学特征及其展[J].金属矿山，20lo(8)：92～96

7rhe hIlp0此mce 0f PrDcess Mineralo留I沁earch on Mineral Processing Tecllllolo留 Take Ningxiang-type oolitic Hematite as Example I—i Xiaoyu，Zhou Mangeng，Wang Jing ‘ (Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，CAGS，Research Center of Multipurpose Utilization of metal Mineral Resources of China Geological Survey，Key Laboratory of Multipurpose Utilization of Vanadium·titanium Magnetite of Ministry of Land and Resources，Chengdu，Sichuan，China) Abstract：Carrying out panicular mineml pmcessing research on ore samples of some Ningxiang.type mine in the west of Hubei pmVince，combined with characters of Ningydang—type iron ore，taking e艉ctively selectable aggregates (oolitic)and granular hematite as a unit rather than focus on some sin羽e mineral，re。classifying the mineral sorting objects，and detailedly studying the characteristics of various sorting process objects and their impact on mineral pr0. cessing，whjch proVides an imponant basis to discem sui￡able mineral pmcessing and detemline the 6nal optimal mineral process. Keywords：Ning)(iang—type iron ore;Aggregate;TechnoIo百caI Characteristic;Pmcess Mineralo (上接60页) The Mealling of Process Mineralo on Appraising Refractory Minerals Wang Bei，Shan Yong，Zhao Peiliang，Wang Deying (ne Minis町of Land and Resources Kunming MineraJ Resources Surveillance Testing Centre， Kunming，Yunnan，China) Abstract：The research of process mineralog)r is helpful to recognize the texture and stllJcture of the mineral ores. mineral composition，dissemination chamcteristics，etc.It is useful to 6nd out the occurrence state of bene6cial and hazardous elements in the ore and the mineral symbio“c relationship.Also，it can thoroughly investigate high content of hamlful elements in concentmtes and the reasons of the high loss mte of objective elements in tailings.Meam whi王e，it can i11ustrate the reasons of the beyond concentrating.It heIps mineral pmcessing technical staff members to 6nd the suitable solution and the interpretation of the feasibility of bene6ciation process scheme. Keywords：Process mineralog)r;Research of mineml processing technology;Texture;Stmcture;Fine gmin;Isomo卜 phism;Refractory ore 万方数据