海南石碌铁矿石工艺矿物学研究_韩文杰.pdf

收稿日期2020-04-30 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51774069， 51974067） 。 作者简介韩文杰 （1994） ， 男， 博士研究生。 海南石碌铁矿石工艺矿物学研究 韩文杰 1， 2 李艳军 1， 2 李文博 1， 2 朱一民 1， 21 （1. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳110819； 2. 难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程 研究中心， 辽宁 沈阳 110819） 摘要随着矿山开采年限的增加， 近年来海南石碌铁矿的品质有所下降， 该矿目前采用的选别工艺可获得 铁品位约62.5、 铁回收率仅为65的精矿， 造成铁矿资源的浪费， 经济效益一般， 亟需依据该矿山新采出矿石的 禀赋特征研发创新性和颠覆性技术， 形成高效开发利用方案， 为海南石碌铁矿的高效开发与利用提供技术支撑。 通过化学分析、 X射线衍射分析、 光学显微镜等分析手段对海南石碌铁矿进行了工艺矿物学研究。结果显示 矿石 TFe品位40.53， 铁主要以赤铁矿形式存在， 其次为磁铁矿； 有害元素S含量较高， 为1.32， 主要赋存于黄铁矿中； 主要脉石矿物为石英。矿石结构主要表现为赤铁矿和磁铁矿的自形晶结构， 磁铁矿和黄铁矿的半自形晶结构， 两 种及两种以上矿物之间交代结构、 包含结构等。矿石主要呈浸染状构造、 块状构造和条纹状构造产出。矿石中赤 铁矿和磁铁矿嵌布密切， 较难解离， 同时部分磁铁矿与赤铁矿中分布细粒脉石矿物， 难以分离。黄铁矿粒度细小， 与磁铁矿和赤铁矿嵌布密切， 易混入精矿， 影响精矿质量。根据矿石工艺矿物学研究结果， 依据当前难选铁矿石高 效选别新技术研究进展和矿石禀赋特征提出了脱硫预富集焙烧细磨磁选的工艺流程。 关键词海南石碌铁矿石工艺矿物学赤铁矿磁铁矿粒度选矿工艺 中图分类号TD912文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -08-107-07 DOI10.19614/ki.jsks.202008018 Processing Mineralogical Genetic Characterization of Hainan Shilu Iron Ore Han Wenjie1， 2Li Yanjun1， 2Li Wenbo1， 2Zhu Yimin1， 22 （1. School of Resource and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China； 2. National-local Joint Engineering Research Center of High-efficient Exploitation Technology for Refractory Iron Ore Resources， Shenyang 110819， China） AbstractWith the increase of mining years，the quality of Hainan Shilu iron ore has declined in recent years，and the sorting process currently used by Hainan Mining Company can obtain an iron concentrate grade of about 62．5，and the iron recovery rate is only 65． It causes the waste of iron ore resources and the economic benefits are average． There is an ur⁃ gent need to develop innovative and subversive technologies based on the endowment characteristics of the resource，to an efficient development and utilization plan，and to provide technical support for the efficient development and utilization of Hainan Shilu iron ore． The chemical mineralogy，X-ray diffraction analysis，and optical microscope were used to study the process mineralogy of the Shilu iron ore in Hainan in order to provide basis for the beneficiation of alternative s． The results show that the TFe grade of the ore is 40．53，mainly in the of hematite，followed by magnetite；the content of harmful element S is higher，1．32，which is mainly present in pyrite；the main gangue mineral is quartz． The ore mainly shows the automorphic crystal structure of hematite and magnetite，the semi-automorphic crystal structure of magnetite and pyrite，the metasomatic structure and inclusion structure between two or more minerals． The ore is mainly in the of dis⁃ seminated structure，massive structure and striped structure． The hematite and magnetite in the ore are closely embedded and are more difficult to dissociate． At the same time，the distribution of fine-grained gangue minerals in some magnetite and hematite distributions is difficult to separate． The particle size of pyrite is fine， and it is closely embedded with magnetite and hematite． It is easy to mix into concentrate and affect the quality of concentrate． Based on the process mineralogy results of 总第 530 期 2020 年第 8 期 金属矿山 METAL MINE Series No． 530 August2020 107 ChaoXing 金属矿山2020年第8期总第530期 the ore，and based on the current research progress of new technologies for high-efficiency separation of refractory iron ore and the endowment characteristics of the ore，a desulfurization-pre-enrichment-roasting-fine grinding magnetic separation process is proposed． KeywordsHainan Shilu iron ore， Process mineralogy， Hematite， Magnetite， Size， Beneficiation process 矿产资源事关国事民生， 是经济建设与社会发 展的重要生产资料。截至2017年底， 我国已发现矿 产资源173种， 涉及国防、 医疗、 工农、 能源、 化工等在 内的所有与人类生活有关的领域都与矿产资源有着 直接或间接的联系 ［1-3］。在现代社会钢筋水泥的都市 文明中 ［4］， 铁矿资源是经济、 国防等领域的重要资 源 ［5］。由于我国铁矿石资源先天不足， 与其他铁矿资 源大国相比选铁工艺复杂， 大大增加了入炉炼铁前 的成本。但是国内铁矿是我国钢铁产业发展资源安 全保障的压舱石和调节器， 必须保证一定的底线供 应能力 ［6］。海南石碌铁矿是我国重要的铁矿石基地 之一， 是我国较早实现机械化开采的大型露天矿 床 ［7］。但是随着开采年限的增加， 近年来海南石碌铁 矿石品质下降， 现有工艺仅可获得铁品位约62.5、 铁回收率仅为65的精矿。造成铁矿资源的极大浪 费， 经济效益一般。因此， 亟需依据该资源的禀赋特 征研发创新性和颠覆性技术， 形成高效开发利用方 案， 为海南石碌铁矿的高效开发与利用提供技术支 撑。故针对海南石碌铁矿石进行工艺矿物学研究， 以期寻找新的高效选别手段。 1矿石的物质组成 1. 1矿石化学组成 为了探明矿石的化学成分对其进行了化学多元 素分析， 结果见表1。矿石的主要有用元素是铁， 原 矿TFe品位为40.53； 原矿中SiO2的含量较高， 达到 了30.30； 其余杂质Al2O3、 CaO的含量也较高， 分别 达到 2.83 和 2.60； 矿石中有害元素硫的含量较 高， 达到1.32， 磷的含量较低， 仅为0.026。 1. 2矿石矿物组成 为了进一步探究矿石的矿物组成， 对原矿进行 了XRD定性分析， 结果见图1。 从图 1 可以看出 矿石的主要金属矿物为赤铁 矿， 其次为磁铁矿， 另外还含有少量黄铁矿； 脉石矿 物主要为石英。根据原矿XRD图谱分析结果再结合 MLA矿物组成分析仪及显微镜下观察分析海南石碌 铁矿的主要矿物组成， 矿石的矿物组成结果见表2。 矿石赤铁矿和磁铁矿含量分别为41.74和12.11， 另有少量褐铁矿； 矿石中金属硫化物主要为黄铁矿， 含量为1.85， 另外含有少量黄铜矿和微量方铅矿、 闪锌矿、 毒砂等； 矿石中的非金属矿物主要为石英， 含量为22.54， 其脉石矿物有绢云母、 辉石、 碳酸盐 矿物、 白云母、 绿帘石、 绿泥石和角闪石等。 1. 3铁的物相分析 为了探明海南石碌铁矿中铁的赋存状态， 对其 进行了铁化学物相分析， 结果见表3。 由表3可知， 矿石中主要铁矿物为赤铁矿， 分布 率为73.56， 其次为磁性铁矿物 （如磁铁矿或磁赤铁 矿） ， 分布率为21.69， 硫化铁矿物、 硅酸铁矿物及碳 酸铁矿物中铁含量相对较少， 分布率分别为2.46、 108 ChaoXing 2020年第8期韩文杰等 海南石碌铁矿石工艺矿物学研究 1.32和0.97。其中赤铁矿和磁性铁矿是主要回收 目标， 而硅酸铁矿物难以回收。 2矿石结构及构造 2. 1矿石结构 矿石中各矿物颗粒的自身形态特征对矿物的解 离有重要的影响， 矿石中主要表现为赤铁矿和磁铁 矿的自形晶结构， 磁铁矿和黄铁矿的半自形晶结构， 两种及两种以上矿物之间交代结构、 包含结构等。 自形晶结构 矿石中的赤铁矿以自形的片状、 鳞 片状和薄板状产出， 磁铁矿以完整的自形粒状产出， 结晶外形较完好， 形成自形晶结构。 半自形晶结构 矿石中部分磁铁矿和黄铁矿颗 粒晶体不完整， 仅保持部分晶面完好， 形成半自形晶 结构。 交代结构 矿石中赤铁矿沿磁铁矿的边缘和裂 隙进行交代， 使其晶边出现凹陷， 呈港湾状， 形成交 代结构。 包含结构 矿石中金属矿物之间或金属矿物与 脉石之间常呈相互包裹的现象， 形成包含结构。 2. 2矿石构造 矿石主要呈浸染状构造、 块状构造和条纹状构 造。矿石中的赤铁矿和磁铁矿以粗细不等的颗粒浸 染嵌布在脉石矿物中， 且无定向排列， 形成浸染状构 造； 矿石中的磁铁矿、 赤铁矿以集合体产出， 构成致密 集合体， 其中金属矿物含量在80以上， 形成块状构 造； 矿石中部分赤铁矿集合体厚度较薄， 与脉石矿物 交互嵌布呈多组相间排列的条纹， 形成条纹状构造。 3矿石主要矿物产出特征 3. 1赤铁矿 矿石中赤铁矿 （Ht） 是主要回收矿物之一， 含量 最多。显微镜下观察赤铁矿的产出特征， 结果见图 2。赤铁矿的主要产出形式有 自形片状、 板状和粒 状及集合体等。赤铁矿一般呈浸染状充填在脉石矿 物中， 与脉石矿物交互嵌布， 定向排列， 形成条纹状 构造。粒度以中粒嵌布为主， 集合体的颗粒较大一 些， 另外还有少量以针状、 细脉状的形式产出， 其粒 度较小。 赤铁矿与磁铁矿的嵌布关系见图3。赤铁矿与 磁铁矿的嵌布关系密切， 常见赤铁矿和磁铁矿颗粒 相互嵌布共生， 二者集合体交互排列， 一起分布在脉 石中， 赤铁矿集合体中常嵌布粒状的磁铁矿， 有的赤 铁矿为磁铁矿氧化蚀变产物， 嵌布在磁铁矿颗粒中 并交代磁铁矿。 赤铁矿与黄铁矿的嵌布关系见图4。少量的赤 铁矿嵌布在黄铁矿的孔隙和边部， 赤铁矿颗粒中亦 会有黄铁矿的嵌布。这部分矿石在机械破碎中难以 完全解离， 可能会有赤铁矿黄铁矿连生颗粒产生 从而影响选别效果。 3. 2磁铁矿 矿石中铁矿物磁铁矿含量仅次于赤铁矿， 也是 回收目标之一。磁铁矿的产出特征见图5， 磁铁矿粒 度以中粗粒嵌布为主。磁铁矿主要以自形半自形 粒状或粒状集合体产出， 还有在脉石中定向排列， 呈 拉长粒状， 少量以他形粒状和板状产出。他形粒状 颗粒细小， 孔洞中还会充填脉石矿物。磁铁矿常与 赤铁矿相互嵌布 （图3） ， 交互排列， 有的磁铁矿被赤 铁矿交代， 磁铁矿颗粒中嵌布细粒状、 不规则状的赤 铁矿， 有的细粒残余体包裹在赤铁矿中。磁铁矿和 黄铁矿也会有相互嵌布， 有时磁铁矿颗粒间有黄铁 矿嵌布， 黄铁矿孔隙中也会充填磁铁矿 （图6） 。 109 ChaoXing 金属矿山2020年第8期总第530期 3. 3黄铁矿 黄铁矿是有害元素硫的主要赋存矿物， 在矿石 中含量较少， 在磁铁矿、 赤铁矿、 脉石中均有分布 （图 4、 图 6、 图 7） 。黄铁矿主要以自形半自形粒状产 出。部分黄铁矿粒度较粗， 以粒状集合体产出， 呈致 密块状， 其孔隙间有黄铜矿产出。 3. 4黄铜矿 黄铜矿也是有害元素硫的赋存矿物， 但是它含 量很少。黄铜矿的产出特征见图8， 黄铜矿主要分布 在黄铁矿粒间或黄铁矿周围的脉石中， 以他形粒状 产出。 3. 5非金属矿 矿石中的主要脉石矿物为石英， 石英的产出特 征见图9。矿石中石英以细粒嵌布为主； 分布极不均 匀； 主要以自行粒状集合体产出。石英的粒间常有 绢云母、 碳酸盐矿物和绿泥石填充； 同时， 绢云母和 110 ChaoXing 2020年第8期韩文杰等 海南石碌铁矿石工艺矿物学研究 碳酸盐矿物的集合体间也存在细粒级石英嵌布。 绢云母的含量次于石英。绢云母的产出特征 见图 10， 绢云母在矿石中的分布比较集中， 以片 状、 鳞片状及集合体的形式产出， 粒度细小， 主要嵌 布在石英粒间。同时绢云母集合体中分布细粒石 英。 绿泥石在矿石中含量较少， 多以细粒状和片状 产出， 粒度细小， 分布在石英集合体中。绿泥石的嵌 布特征见图11。 碳酸盐矿物在矿石中含量较少。碳酸盐矿物的 嵌布特征见图12， 碳酸盐矿物以他形粒状和不规则 状产出， 粒度细小， 主要嵌布在石英粒间。 4有用矿物结晶粒度分布特征 海南石碌铁矿石中的主要回收成分为赤铁矿和 磁铁矿， 对其结晶粒度进行统计分析， 结果见表4。 由表4可知， 赤铁矿和磁铁矿在0.074mm粒级 中的分布率分别为55.60和65.49， -0.037mm粒级 中的分布率分别为 18.59 和 18.58。可见赤铁矿 的粒度分布不均匀， 粒度以中粒嵌布为主； 而磁铁矿 在0.15 mm粒级中的分布率高达50.57， 可见磁铁 矿的粒度极不均匀， 结合表中数据可知磁铁矿在粗 粒级和细粒级中分布率均较高。 111 ChaoXing 金属矿山2020年第8期总第530期 5推荐工艺流程 由工艺矿物学研究可知， 海南石碌铁矿石矿物 组成复杂、 铁品位较低、 硅铝杂质含量高， 属典型的 复杂难选铁矿石。目前采取的工艺为 地采铁矿石 （铁品位 40左右） 经破碎筛分分级后， 分为 3个粒 级 10～40 mm、 10～0.5 mm 和-0.5 mm。其中 10～ 40 mm 粒级铁矿石采用跳汰预选， 可获得块矿产品 （铁品位约54） 、 中矿 （铁品位40左右） ， 同时预先 抛出部分尾矿 （铁品位18左右） 干堆。跳汰预选中 矿与10～0.5 mm粒级铁矿石合并为贫矿选厂原矿， 胶带输送到贫矿选厂进行选别， 贫矿选矿工艺为原 矿破碎磨矿磁选浮选过滤或原矿破碎 磨矿磁选重选 （离心机） 离心尾矿磨矿 磁选重选 （离心机） 过滤。0.5 mm以下粒级矿石 经泵输送至磁选车间进行选别， 工艺流程为原矿 磨矿弱磁强磁粗选精选扫选。该工艺流程 复杂， 同时所获精矿品质不高 （铁精矿品位约为 62.5） ， 回收率也仅为 65。该工艺需先对矿石进 行分级处理， 其中10～40 mm粒级铁矿石抛出的尾矿 品位还有18， 这部分尾矿还有回收的可能， 且该步 骤使工艺变得复杂， 流程较多， 近一步加剧了铁资源 的浪费。现有工艺为重磁浮联合选别工艺， 囊括了 传统选别手段， 因矿石性质比较复杂， 得到的铁精矿 品质不高， 还造成了资源的浪费。 因此， 需依据该资源的禀赋特征研发创新性和 颠覆性技术， 形成高效开发利用方案。近年来， 国内 相关研究单位围绕微细粒矿、 菱铁矿、 褐铁矿、 鲕状 赤铁矿等复杂难选铁矿资源的高效开发与利用， 开 展了大量的基础研究和技术开发工作， 基本达成了 采用选冶联合工艺才能实现该类铁矿资源高效利用 的共识， 其中磁化焙烧是处理该类矿石最有效技 术 ［9］。该矿石的主要待回收铁矿物为赤铁矿， 还含有 少量磁铁矿。据研究， 少量磁铁矿可以诱导赤铁矿 的磁化还原 ［10］。因此， 该物料适合进行磁化焙烧处 理从而高效回收铁矿物。根据工艺矿物学研究， 矿 石有害元素S含量较高， 主要赋从在黄铁矿中， 若进 入焙烧炉中会生成SO2造成环境污染。故需先脱除 有害元素S， 拟采取浮选手段， 进行脱硫； 同时考虑到 入炉物料太多， 可先进行弱磁强磁预富集处理脱 去一部分脉石矿物减少入炉物料量， 提高磁化焙烧 效率； 采用磁选法选别得到的焙烧物料， 从工艺矿物 学研究得知还有相当一部分铁矿物结晶粒度较细并 且嵌布在石英中， 因此在磁选前需对物料细磨使铁 矿物与脉石矿物解离， 从而提高铁精矿品质。 综上所述， 矿石主要回收铁矿物为赤铁矿， 其次 112 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 为磁铁矿， 有害元素 S含量较高且其赋存矿物黄铁 矿、 黄铜矿与赤铁矿、 磁铁矿嵌布关系密切， 造成有 害元素S难以分离、 铁精矿产品S含量超标及一部分 铁矿物在脱硫作业中流失等问题。还有相当一部分 铁矿物结晶粒度较细并且嵌布在石英中， 造成这部 分矿物难以回收。因此采用常规流程难以高效回收 铁矿物， 因此提出了脱硫预富集焙烧细磨磁 选的工艺流程。提出的新工艺与现有工艺相比流程 简单， 不需要分级处理分别选别， 删减了重选流程， 这大大缩减了选别流程， 同时该流程清洁高效且原 破碎、 磨矿、 磁选等车间可以继续利用， 只需搭建焙 烧车间。 6结论 （1） 海南石碌铁矿石TFe品位为40.53， 铁矿物 以赤铁矿为主， 还有少量磁铁矿， 铁在赤铁矿中分布 率为73.56、 在磁铁矿中分布率为21.69。主要有 害元素为S， 含量为1.32， 主要的硫化物为黄铁矿。 脉石矿物主要为石英， 其次为绢云母、 辉石、 碳酸盐 矿物等。 （2） 矿石中赤铁矿、 磁铁矿的嵌布关系较为密 切， 二者相互嵌布， 细粒赤铁矿嵌布在磁铁矿中， 并 交代磁铁矿， 彼此较难解离。矿石中赤铁矿呈稠密 浸染状， 粒间嵌布细粒的脉石矿物， 部分磁铁矿中分 布细粒的脉石矿物， 这部分脉石矿物较难从铁矿物 中解离出来， 将会影响铁精矿品位。矿石中含有少 量黄铁矿， 且黄铁矿粒度较细小， 并与赤铁矿和磁铁 矿嵌布关系密切， 常嵌布在赤铁矿、 磁铁矿粒间和集 合体中， 难以解离出来， 易混入铁精矿中， 影响精矿 品位和质量。 （3） 矿石中赤铁矿和磁铁矿的嵌布粒度不均 匀， 在-0.037 mm 粒级中分布率分别为 18.59 和 18.58， 这部分铁矿物主要以针状、 细粒状、 细脉状、 他形粒状和不规则状分布在脉石中， 难以单体解离， 易损失在尾矿中， 因此为得到较好的工艺指标需对 矿石进行合理细磨。 （4） 根据工艺矿物学分析， 结合现场原工艺流 程， 提出了脱硫预富集焙烧细磨磁选的工艺 流程。 参 考 文 献 朱训． 21世纪中国矿业城市形势与发展战略思考 ［J］ ． 中国矿 业， 2002 （1） 1-9． Zhu Xun． The situation and development strategy of Chinese min⁃ ing industrial cities in the 21st 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2020年第8期韩文杰等 海南石碌铁矿石工艺矿物学研究 113 ChaoXing