鞍鋼東部尾礦工藝礦物學(xué)研究

唐志東 陳國巖 曲孔輝 韓躍新

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819；2.鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)關(guān)寶山礦業(yè)有限公司，遼寧鞍山114043）

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，但鐵礦石鐵品位低，鐵尾礦產(chǎn)出率較高，通常達(dá)到60%以上［1］。目前，國內(nèi)鐵礦山尾礦再選綜合利用率低，對(duì)于鐵尾礦的處理方法普遍是堆放于尾礦壩中。這不僅要浪費(fèi)大量土地，還會(huì)消耗大量資金用于尾礦壩的建設(shè)和維護(hù)，甚至?xí)l(fā)安全事故［2-3］。此外，尾礦中的有害物質(zhì)，如殘留的選礦藥劑、重金屬等對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響［4-5］。鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)東部尾礦為齊大山選礦廠（齊選）、齊大山鐵礦選礦車間（齊礦）和鞍千礦業(yè)公司選礦廠（鞍千）排放的混合尾礦，年排放量2 850萬t，屬于高硅（SiO2＞65%）、含鐵（TFe＞10%）、低硫磷型尾礦［6］，具有較大的潛在回收價(jià)值，對(duì)該尾礦中鐵礦物的再次回收利用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

無論是對(duì)原生礦石還是礦山尾礦，詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究對(duì)選礦工藝流程的制定均具有非常重要的作用［7-10］，但目前關(guān)于鞍鋼東部尾礦工藝礦物學(xué)鮮有詳盡的研究。本文通過光學(xué)顯微鏡、X射線衍射、化學(xué)分析等手段對(duì)該尾礦的工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，為該尾礦的綜合利用提供依據(jù)［11，12］。

1 試樣的化學(xué)組成

試驗(yàn)礦樣由鞍鋼礦業(yè)公司提供，為齊選、齊礦和鞍千3個(gè)選廠尾礦的混合樣，按照3個(gè)選廠尾礦年產(chǎn)量進(jìn)行配比，得到的試樣細(xì)度及鐵品位情況如表1所示。

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試樣化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

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由表2可知，試樣主要有價(jià)元素Fe品位為10.60%，主要雜質(zhì)成分為SiO2，含量高達(dá)76.22%，有害元素S、P含量很低。因此，試樣為高硅、低硫磷型鐵尾礦。

為確定試樣中鐵元素賦存狀態(tài)，對(duì)鐵元素進(jìn)行了物相分析，結(jié)果見表3。

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由表3可知，試樣中鐵主要以赤（褐）鐵、磁性鐵的形式存在，是選礦的主要回收對(duì)象，這些鐵占總鐵量的90.11%，其余鐵則分布于硅酸鐵、碳酸鐵、硫化鐵等礦物中。

2 試樣的礦物組成

試樣X射線衍射分析結(jié)果見圖1，主要礦物組成分析結(jié)果如表4所示。

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由圖1和表4可知，試樣中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，其次是褐鐵礦；主要脈石礦物為石英，其次是絹云母和綠泥石等。

3 試樣篩分分析

試樣篩分分析結(jié)果見表5。

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由表5可以看出，粒級(jí)越細(xì)，鐵品位越高，表明鐵礦物在細(xì)粒級(jí)有明顯的富集現(xiàn)象，-0.037 mm粒級(jí)鐵品位最高，達(dá)17.65%，對(duì)應(yīng)的鐵分布率為54.93%。

4 試樣結(jié)構(gòu)構(gòu)造

4.1 試樣結(jié)構(gòu)

（1）交代結(jié)構(gòu)。試樣中赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和孔隙交代磁鐵礦，形成交代結(jié)構(gòu)。

（2）自形—半自形晶結(jié)構(gòu)。部分包裹在脈石礦物中的赤鐵礦、磁鐵礦以自形—半自形粒狀產(chǎn)出，晶面較完整的形成自形晶結(jié)構(gòu)，僅保持部分晶面完好的形成半自形晶結(jié)構(gòu)。

（3）填隙結(jié)構(gòu)。試樣中褐鐵礦沿赤鐵礦的裂隙、孔洞充填，形成填隙結(jié)構(gòu)。

（4）包含結(jié)構(gòu)。試樣中不同鐵礦物之間或鐵礦物與脈石之間呈現(xiàn)相互包裹的現(xiàn)象，形成包含結(jié)構(gòu)。

4.2 試樣構(gòu)造

（1）片狀、網(wǎng)格狀構(gòu)造。試樣中部分磁鐵礦被赤鐵礦沿解理縫交代呈片狀、網(wǎng)格狀構(gòu)造。

（2）浸染狀構(gòu)造。試樣中部分赤鐵礦、磁鐵礦以細(xì)粒狀浸染在脈石礦物中，形成浸染狀構(gòu)造。

（3）脈狀穿插構(gòu)造。試樣中鐵礦物呈脈狀貫穿于脈石礦物中，形成脈狀穿插構(gòu)造。

5 試樣主要礦物嵌布特征

5.1 赤鐵礦

赤鐵礦是試樣中的主要金屬礦物，含量為9.75%。常見赤鐵礦沿磁鐵礦的邊緣和孔隙交代磁鐵礦，有的以片狀、格狀沿磁鐵礦解理分布，與之形成連生顆粒（圖2（a）），少量以單體形式存在。在赤鐵礦與脈石礦物結(jié)合形成的連生體中，較多為沿邊界線呈線性彎曲狀的毗連型連生體，少量赤鐵礦的裂隙和孔洞中充填細(xì)粒的脈石礦物形成反包裹型連生體，有的以細(xì)粒狀包裹、半包裹在脈石礦物中形成包裹型連生體，還有少部分赤鐵礦以細(xì)脈狀充填在脈石礦物中形成細(xì)脈型連生體（圖2（b））。

5.2 磁鐵礦

磁鐵礦是試樣中的主要磁性礦物，含量為3.94%，多數(shù)呈細(xì)小粒狀嵌布，少量包裹在脈石礦物中的磁鐵礦呈自形、半自形粒狀分布。磁鐵礦單體數(shù)量較少，大部分與赤鐵礦和脈石礦物結(jié)合形成多種類型的連生體，磁鐵礦與脈石礦物多形成毗連型連生體，少量磁鐵礦包裹在脈石礦物中，形成包裹型連生體（圖2（c）、（d））。磁鐵礦與褐鐵礦結(jié)合形成的連生體較少見。

5.3 褐鐵礦

試樣中褐鐵礦含量較少，僅為1.34%，主要呈粒狀分布，解離度較低，常與赤鐵礦結(jié)合形成連生體，沿赤鐵礦的裂隙、孔洞充填（圖2（d）），有的褐鐵礦中包裹細(xì)粒的赤鐵礦，使得褐鐵礦與赤鐵礦之間較難解離。

5.4 脈石礦物

脈石礦物主要為非金屬礦物，呈粒狀，以細(xì)粒分布為主，粒度較赤鐵礦、磁鐵礦略粗。大部分脈石礦物呈單體顆粒形式存在（圖2（b）），部分脈石礦物與赤鐵礦、磁鐵礦等結(jié)合形成連生體顆粒。脈石礦物的連生體主要包括與鐵礦物毗連結(jié)合形成毗連型連生體，少量脈石礦物包裹細(xì)粒的鐵礦物形成包裹型連生體，另有極少量脈石礦物充填在赤鐵礦的孔隙中形成反包裹型連生體。

6 主要礦物浸染粒度及解離度特征

6.1 主要礦物浸染粒度

試樣中主要礦物的嵌布粒度見圖3。

從圖3可以看出，試樣中赤鐵礦在0.074 mm以上粒級(jí)中的分布率僅為4.72%，而在0.037 mm以下粒級(jí)中的分布率高達(dá)72.40%，可見赤鐵礦的嵌布粒度較細(xì)；磁鐵礦顆粒均分布在0.074 mm以下粒級(jí)中，在0.037 mm以下粒級(jí)中的分布率高達(dá)77.27%，磁鐵礦嵌布粒度較赤鐵礦更細(xì)；脈石礦物石英嵌布粒度明顯較鐵礦物粗，但仍以細(xì)粒為主，0.074 mm以下粒級(jí)分布率達(dá)61.94%。綜合來看，鐵礦物粒度不均勻，細(xì)粒赤鐵礦和磁鐵礦含量高，不利于鐵礦物的單體解離。

6.2 主要礦物解離度特征

對(duì)試樣中赤鐵礦、磁鐵礦和脈石礦物的解離情況進(jìn)行考察，結(jié)果見表6。

注：Ht-赤鐵礦，Mt-磁鐵礦，Lim-褐鐵礦，G-脈石礦物

由表6可知，赤鐵礦、磁鐵礦、脈石礦物的單體解離度分別為57.55%、42.05%、73.79%，連生體主要為赤鐵礦—脈石礦物型連生體、磁鐵礦—脈石礦物型連生體、赤鐵礦—磁鐵礦型連生體和赤鐵礦—磁鐵礦—脈石礦物型連生體。由主要礦物解離情況考察結(jié)果可知，赤鐵礦、磁鐵礦的單體解離度較低，多以連生體的形式存在，盡管可以利用磁選技術(shù)對(duì)其進(jìn)行回收獲得鐵精礦，但因其連生脈石礦物，所得精礦的鐵品位不會(huì)太高。若要高效回收其中的鐵礦物，必須使鐵礦物充分解離，尤其要減少弱磁性鐵礦物貧連生體的含量，因此需在預(yù)富集工藝中加入磨礦作業(yè)。

7 試樣預(yù)富集方法建議

試樣主要鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，且赤鐵礦和磁鐵礦顆粒粒度較細(xì)，大部分小于0.037 mm，其中-0.01 mm粒級(jí)中赤鐵礦和磁鐵礦含量均為15%左右，且赤鐵礦和磁鐵礦單體解離度較低，分別為57.55%和42.05%，這是鐵礦物流失的重要原因。因此，欲提高預(yù)富集精礦品位，必須進(jìn)行磨礦以提高鐵礦物單體解離度?？紤]到東部尾礦全部入磨量過大，投資高，生產(chǎn)成本大，因此，確定了東部尾礦預(yù)富集原則流程為磁選預(yù)先拋尾—磨礦—弱磁選—強(qiáng)磁選。根據(jù)探索試驗(yàn)推薦的預(yù)富集流程見圖4。

8 結(jié)論

（1）鞍鋼東部尾礦中主要有價(jià)元素鐵品位為10.60%，鐵主要以赤（褐）鐵礦、磁性鐵的形式存在，分別占總鐵的63.34%和26.77%；主要脈石成分為SiO2，含量高達(dá)76.22%，有害元素S、P含量很低。

（2）試樣中鐵礦物粒度細(xì)小，赤鐵礦和磁鐵礦在-0.037 mm粒級(jí)有明顯的富集現(xiàn)象，分布率分別為72.40%、77.27%；脈石礦物嵌布粒度較粗，在0.074 mm以下粒級(jí)分布率為61.94%。赤鐵礦、磁鐵礦、脈石礦物的單體解離度分別為57.55%、42.05%、73.79%。

（3）試樣鐵礦物嵌布粒度不均勻，且與脈石礦物緊密共生，嵌布關(guān)系復(fù)雜，若要高效回收其中的鐵礦物，必須使鐵礦物充分解離，因此在預(yù)富集工藝中加入磨礦作業(yè)。推薦的預(yù)富集工藝流程為磁選預(yù)先拋尾—磨礦—弱磁選—強(qiáng)磁選。

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