近北庄磁铁矿的矿物特征.pdf

第5 9 卷第1 期 2 0 07 年2 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 9 ．N o ．1 F e b r u a r y 2007 近北庄磁铁矿的矿物特征 刘慧卓，唐跃刚，赵峰华 中国矿业大学 北京 资源与地球科学系，北京10 0 0 8 3 摘要采用x 射线衍射、X 射线荧光光谱、电感耦合等离子质谱以及显微硬度等方法表征河北近北庄铁矿磁铁矿的矿物组 成、化学成分和显微硬度。结果表明，磁铁矿为沉积变质型，主要物相为磁铁矿、石英、假象赤铁矿、褐铁矿、磁黄铁矿、铬铁矿等。 F e 2 0 3 和F e O 含量范围分别为6 2 ．2 6 ％～7 0 ．3 4 ％和3 3 ．1 3 ％～2 6 ．5 7 ％，均值分别为6 5 ．2 1 ％和3 0 ．6 ％，其中F e 2 0 3 与F e O 总和均 大于9 5 ％。其他主要成分C a O ，S i 0 2 ，A 1 2 0 3 ，K 2 0 ，P 2 0 5 ，M g O 和T i 0 2 的平均含量分别为2 ．2 8 ％，1 ．7 7 ％，0 ．5 1 ％，0 ．5 1 ％，0 ．4 5 ％， 0 ．2 0 ％和0 ．1 2 ％。磁铁矿的显微硬度变化范围为5 1 5 ～5 5 0k g ／r n m 2 ，平均5 2 8 k g ／r a m 2 。 关键词工艺矿物学；磁铁矿；矿物组成；化学成分；近北庄 中图分类号P 5 7 8 ．1 2 ；T D 9 1 2 ；T D 9 5 1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 1 0 0 9 8 0 5 磁铁矿是重要的矿物原料，河北赤城近北庄磁 铁矿是河北宣化地区具有重要工业价值的中型铁矿 床，前人曾从矿床学的角度对近北庄铁矿进行过初 步研究L l 叫J ，通过对近北庄铁矿的磁铁矿样品的矿 物学组成、化学组成以及显微硬度特征的进一步研 究，为磁铁矿的应用提供基础数据。 1矿床概况 近北庄铁矿位于河北省赤城县，西迄黄草梁与 黄田铁矿相连，东自龙家沟，面积约1 2 k m 2 。该铁矿 产于太古界谷嘴子组地层上段，岩石建造属斜长片 麻岩一角闪岩，岩性组合为黑云角闪斜长片麻岩、角 闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、含石榴石斜长角闪 岩、含石榴石角闪辉石岩、石榴石黑云角闪变粒岩、 黑云母片岩和石榴石浅粒岩、磁铁石英岩、角闪辉石 磁铁石英岩等，这些岩石大部分均已混合岩化。矿 体呈层状、似层状透镜体、扁豆状多层平行产出，矿 石以条带状构造为主。矿石成分简单，金属矿物主 要为磁铁矿和假象赤铁矿，并有少量褐铁矿、黄铁 矿、磁黄铁矿。非金属矿物以石英为主，其次为角闪 石、辉石、黑云母、石榴子石、绿泥石及少量方解石斜 长石等。 2 样品采集和分析方法 磁铁矿样品于2 0 0 6 年采自河北近北庄铁矿的 收稿日期2 0 0 6 一1 0 ～3 l 作者简介刘慧卓 1 9 6 9 一 ，女，河北邯郸市人，博士生，主要从事 地球化学等方面的研究。 I 号矿体的3 号勘探线上，在不同位置采取了1 0 个 样品。采用X 射线衍射、P W 一2 4 0 4 型X 射线荧光光 谱法和E L E M E N TI 型电感耦合等离子质谱测定样 品的矿物组成和化学成分。X 射线衍射样品先粉 碎，用去离子水浸泡，加双氧水去除有机质，加稀盐 酸去除碳酸盐，反复清洗。静置8 h 夏天 后，取上 部的悬浮液，制备自然风干样 N 片 ，乙二醇饱和样 E 片 ，T 5 5 0 。C 加热样 T 片 ，然后再上机测定。X 射线荧光光谱样品先用无水四硼酸锂溶剂熔融 样 与熔剂的比为1 8 ，在熔样机上于1 1 5 0 ℃～1 2 5 0 ℃ 制成玻璃片，然后再上机测定。电感耦合等离子质 谱测定时，称取0 ．1 0 0 0 0 ．0 0 0 1 9 样品于聚四氟乙烯 密闭溶样罐中，加1 m L 硝酸 1 1 ，3 m L 氢氟酸混 均后加盖密闭，于微波炉上1 0 0 0 W 预热1 ．0 m i n ，冷 却后转移到自动控温电热板上1 6 0 ℃消解4 8 h ，待消 解完全后，冷却至室温，开启密闭盖，蒸至近干。加 1 m L 高氯酸，蒸至白烟冒尽，冷却后，加2 m L 硝酸， 于自动控温电热板上加热使盐类溶解，蒸至近干。 加1 ．5 m L 硝酸，加盖旋紧密闭，于自动控温电热板 上1 6 0 ℃加热溶解1 2 h 后，冷却至室温，开启密闭 盖，加盖摇匀，于自动控温电热板上8 0 ℃保温1 0 h 。 冷却后，开启封闭盖，将溶液转移至5 0 m L 容量瓶， 用硝酸溶液清洗溶样罐，清洗液合并到该容量瓶中， 再用硝酸溶液稀释至刻度，摇匀得到试样溶液，然后 上机测定。 3矿物特征 3 ．1 矿物组成 采集的磁铁矿样品为灰黑色，具棱角的不规则 万方数据 第1 期 刘慧卓等近北庄磁铁矿的矿物特征9 9 块状或略带方形，矿石以条带状构造为主，片麻状、 块状构造次之；以它形．半自形粒状为主，粒度一般 为0 ．0 1 ～1 r a m ，呈粒状变晶结构，彼此间不规则弯 曲镶嵌。样品的X 射线衍射测定表明，所采集的样 品的主要物相为磁铁矿、石英、假象赤铁矿、褐铁矿、 磁黄铁矿、铬铁矿等，见图l 和表1 。 表1 近北庄铁矿磁铁矿物相和类型 T a b l e1P h a s ea n dt y p eo fm a g n e t i t ei nJ i n b e i z h u a n g I r o nO r e - d e p o s i t 3 ．2 主要化学成分 蓬爵 k ．| Z ．／‘厶』∥∥。、～．．I ．、0 1 ． 在不同地质条件下形成的不同成因类型的磁铁 矿，F e 及其他主要元素的含量均存在较大差异[ 5 1 ， 根据有关磁铁矿中化学成分T i 0 2 ，A 1 2 0 3 ，M n O ， M g O 等标型组分的对比可以发现M 一1 1J ，河北近北 庄磁铁矿属于沉积变质型磁铁矿，见表2 。从表3 中所列的数据可知，磁铁矿中F e 2 0 3 和F e O 的含量 变化范围不大，F e 2 0 3 含量6 2 ．2 6 ％～7 0 ．3 4 ％，平均 6 5 ．2 1 ％，F e O 含量3 3 ．1 3 ％～2 6 ．5 7 ％，平均 3 0 ．6 ％，F e z 0 3 与F e O 的总和均大于9 5 ％，F e 2 0 3 和 F e O 的平均含量均低于磁铁矿中F e 2 0 3 和F e O 的 理论值 F e z 0 36 8 ．9 4 ％，F e O3 1 ．0 6 ％ ，但相差不 大。一般而言，早期结晶的岩体磁铁矿中以F e 2 0 3 含量较低为特征，晚期岩体磁铁矿则F e z O ，含量偏 高，F e O 含量偏低，单一铁矿或铁主铜次的矿床中 F e z 0 3 和F e O 的含量均低于其理论值，只有铜主铁 次的矿床中的磁铁矿或与其有成因联系的侵入岩体 磁铁矿中的F e 2 0 3 含量才高于理论值[ 1 2 _ 18 J 。近北 庄铁矿磁铁矿中F e 2 0 ，和F e O 含量与有关文献的 上述结论一致。 图1 样品的X 射线衍射谱图 F i g ．1X R Dp a t t e r n so fm a g n e t i t es a m p l e s 万方数据 1 0 0有色金属第5 9 卷 表2 不同成因类型磁铁矿某些成份对比 T a b l e2C o m p a r i s o no fs o m eo o m t m e n t si nd i f f e r e n tm a g n e t i t e 样品中除F e 外，其他主要成分有C a O ，S i 0 2 ， 础2 0 3 ，K 2 0 ，P 2 0 5 ，M g O 和T i 0 2 ，平均含量分别为 2 ．2 8 ％，1 ．7 7 ％，0 ．5 1 ％，0 ．5 1 ％，0 ．4 5 ％，0 ．2 0 ％和 0 ．1 2 ％，见表3 。除了S i 主要以石英的形式存在以 外，其他元素主要以类质同象的形式存在。 3 ．3 微量元素含量 表4 表明，近北庄磁铁矿样品中C u ，S n ，Z n ， M n ，S e ，C o ，M o ，V ，S r ，N i 等微量元素均有一定含 量，其中某些元素含量还较高，如z n 平均含量为 4 6 ．5 6 9 9 ／g ，M n 平均含量为5 3 0 9 9 ／g ，S r 平均含量 为6 7 ．9 8 p g ／g ，V 平均含量为3 7 ．2 5 弘g ／g 。然而C u ， S e ，C o ，M o ，N i 等元素的平均含量较低，分别为 4 ．9 9 ，0 ．1 9 3 ，5 ．6 3 ，1 ．9 7 ，7 ．8 3 弘g ／g 。 表3近北庄铁矿磁铁矿主要元素含量／％ T a b l e3C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fm a g n e t i t ei nJ i n b e i z h u a n gI r o nO r e - d e p o s i t ／％ 1 T v , w F e 2 0 3 w F e O 表4 近北庄铁矿磁铁矿化学成分／ t t g g _ 1 T a b l e 4C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fm a g n e t i t ei nJ i n b e i z h u a n gI r o nO r e ．d e p o s i t ／ t l g g 一1 万方数据 第1 期刘慧卓等近北庄磁铁矿的矿物特征1 0 1 1 R E E L a C e P r N d S m E u G d T b D y H o E r T m Y b L u Y 3 ．4 显微硬度 近北庄铁矿的磁铁矿显微硬度变化范围为5 1 5 ～5 5 0 k g ／m m 2 ，平均值为5 2 8 k g ／m m 2 。不同成因的 磁铁矿具有不同的硬度，近北庄磁铁矿硬度和其他 类型的矿床相比如表5 所示，本区磁铁矿的硬度较 低，与火山沉积型、变质矿床型磁铁矿的硬度比较接 近，较岩浆矿床、热液矿床和硅卡岩矿床低。磁铁矿 的硬度与类质同象元素有关，一般随M g ，A 1 ，T i 含 量的增加而增加，由于本区磁铁矿中舢2 0 3 ，T i 0 2 含 量相对偏高，见表3 ，使得磁铁矿的硬度也相应有所 增加。 表5 不同成因磁铁矿的硬度 T a b l e5M i c r o h a r d n e s so fd i f f e r e n tt y p e so fm a g n e t i t e 铁矿床类型 显微硬度／ k g m m l 变化范围平均值 参考文献 4结论 近北庄铁矿属于沉积变质型铁矿，主要物相为 磁铁矿、石英、假象赤铁矿、褐铁矿、磁黄铁矿、铬铁 矿等，其中F e 含量非常高，F e 2 0 3 与F e O 总和均大 于9 5 ％，其他主要成分有C a O ，S i 0 2 ，A 1 2 0 3 ，K 2 0 ， P 2 0 5 ，M g O 和T i 0 2 ，平均含量分别为2 ．2 8 ％， 1 ．7 7 ％，0 ．5 1 ％，0 ．5 1 ％，0 ．4 5 ％，0 ．2 0 ％和0 ．1 2 ％。 磁铁矿中Z n ，M n ，S r ，V 等微量元素平均含量较高， 但C u ，S e ，C o ，M o ，N i 等元素的平均含量较低。总稀 土元素 R E E 含量很低，含量范围为1 ．8 9 ～ 2 ．7 5 9 9 ／g ，平均2 ．3 4 p g ／g 。有害元素A s ，P b ，C d ， B e ，T l ，U ，T h ，S b 等有毒或有害元素的平均含量较 低，分别为4 ．8 9 ，1 ．3 8 ，0 ．0 3 8 ，1 ．2 3 ，0 ．0 2 4 5 ，0 ．0 6 7 ， 0 ．2 5 3 ，0 ．1 4 p g ／g 。然而C r 的平均含量较高 1 6 9 ．9 7 弘g ／g ，对其中C r 存在的天然价态和矿物形 态还需要进行深入的研究。 [ 1 ] 董稼祥．中国冶金矿山的发展[ J ] ．中国矿业，1 9 9 9 ，8 2 2 0 2 2 ． [ 2 ] 张立申，王卫东．圆筒筛在一次磨矿分级中的应用[ J ] ．河北冶金，2 0 0 0 ， 4 3 4 3 6 ． [ 3 ] 焦玉书，周伟．世界铁矿资源开发利用和我国进口铁矿石的发展态势[ J ] ．中国冶金，2 0 0 4 ， 1 1 1 3 一1 8 ． [ 4 ] 谢志勇，曹丽华，李新华．宣钢竖炉球团使用巴西精矿的试验研究[ J ] ．烧结球团，2 0 0 2 ，2 7 4 3 3 3 6 ． [ 5 ] 王顺金．论磁铁矿的标型特征．矿物学岩石学论丛[ M ] ．武汉中国地质大学出版社，1 9 8 7 1 3 9 1 5 4 ． [ 6 ] 陈光远，黎美华，汪雪芳，等．弓长岭铁矿成因矿物学专辑[ J ] ．矿物岩石，1 9 8 4 ，4 2 7 4 1 0 9 ． [ 7 ] M o r t o nAC ，C l a o r e - L o n gJC ，H a l l s w o r t hCR ．Z i r z o na g ea n dh e a v ym i n e r a l0 np r o v e n a n c eo fN o r t hS e aC a r b o n i f e r o u ss a n d s t o n e s 【JJ ．M a r i n ea n dP e t r o l e u mG e o l o g y ，2 0 0 1 ，1 8 3 1 9 3 3 7 ． 万方数据 1 0 2有色金属第5 9 卷 [ 8 ] 陈光远，孙岱生，殷辉安．成因矿物学与找矿矿物学[ M ] ．重庆重庆出版社，1 9 8 7 2 3 4 2 3 5 ． [ 9 ] 杨守业，李从先，朱金初，等．长江与黄河沉积物中磁铁矿成分标型意义[ J ] ．地球化学，2 0 0 0 ，2 9 5 4 8 0 4 8 4 ． [ 1 0 ] 切尔舍内娃且B ．磁铁矿的标型特点在矿产普查和评价中的应用[ J ] ．国外地质科技，1 9 8 2 ， 3 3 6 4 5 ． [ 1 1 ] 汤蔡联．符山铁矿磁铁矿的标型特征及其实际意义[ J ] ．河北地质情报，1 9 9 0 ， 4 3 2 3 6 ． [ 1 2 ] 王濮，潘兆橹，翁玲宝，等．系统矿物学[ M ] ．北京地质出版社，1 9 8 2 4 8 8 4 9 1 ． [ 1 3 ] 杨群慧，林振宏，张富元，等．南海东部表层沉积物中普通角闪石河磁铁矿的特征及其成因[ J ] ． [ 1 4 ] 薛君治，自学让，陈武．成因矿物学 M ] ．北京中国地质大学出版社，1 9 9 0 1 1 6 1 ． [ 1 5 ] S e h n e i d e r m a njS ．D e t r i t a io p a q u eo x i d e sa Sp r o v e n a n c ei n d i c a t o r si nR i v e rN l i es e d i m e n t s [ J ] ．J o u r n a lo fS e d i m e n t a r yR e s e s r e h ，1 9 9 5 ，A 6 5 4 6 6 8 6 7 4 ． [ 1 6 ] G a n s s l o s e rM a r t i n ．D e t r i t a lc h r o m i a ns p i n e l si nR h e m o h e r c y n i a ng r e y w a c k ea n ds a n d s t o n e s G i v e t i a nV i s e a n ，V a r i s c i c l e s ，G e t ． m a n y a si n d i c a t o r so fu l t r a m a f i cs o u r c er o c k s [ J ] ．G e o l o g yM a g a z i n e ，1 9 9 9 ，1 3 6 4 4 3 7 4 5 9 ． [ 1 7M o r t o nAC ．An e wa p p r o c ht Op r o v e n a n c es t u d i e s e l e c t r o nm i c r o p r o b ea n a l y s i so fd e t r i t a lg a r n e t sf r o mM i d d l eJ u r a s s i cs a n d s t o n e so ft h en o r t h e r nN o r t hS e a [ J ] ．S e d i m e n t o l o g y ，1 9 8 5 ，3 2 5 5 3 5 6 6 ． [ 1 8 ] 高学民，林振宏，刘岚，等．冲绳海槽中部表层沉积物的成因矿物学研究[ J ] ．青岛海洋大学学报，2 0 0 0 ，3 0 1 1 6 5 1 7 2 ． [ 1 9 ] 贾群子．从磁铁矿的标型特征论天湖铁矿的成因[ J ] ．西北地质，1 9 9 1 ，1 2 1 1 9 2 5 ． [ 2 0 ] 徐国风，邵洁莲．黄铁矿标型特征及其实际意义[ J ] ．地质论评，1 9 8 0 ， 6 5 4 1 5 4 6 ． 【2 1 ] 赵一鸣，林文蔚，毕承思，等．中国夕卡岩矿床[ M ] ．北京地质出版社，1 9 9 0 1 3 5 4 ． M i n e r a l o g i c a lC h a r a c t e r i s t i c so fM a g n e t i t eO r ef r o mJ i n b e i z h u a n gI r o nO r e - d e p o s i t L 儿，H u i z h u o ，T A N GY u e - g a n g ，Z H A OF e n g - h u a D e p a r t r m e n to fR e s o u r c ea n dG e o s c i e n c e ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h eM i n e r a lc o m p o s i t i o n ，c h e m i c a lc o m p o n e n t sa n dm i c r o h a r d n e s so ft h em a g n e t i t eo r ef r o mJ i n b e i z h u a n g I r o nO r e - d e p o s i ti nH e b e iP r o v i n c ea r ep r e s e n t e db ym e a n so fX - r a yd i f f r a c t i o n ，X r a yf l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r y ，i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a m a s ss p e c t r o m e t r ya n dm i c r o h a r d n e s sa n a l y s i s ．I ti sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ei r o n o r e d e p o s i ti nJ i n b e i z h u a n gi ss e d i m e n t a r ym e t a m o r p h i cm a g n e t i t e ，t h em a g n e t i t ei sm a i n l yc o m p o s e db yt h e m i n e r a l s ，s u c ha sm a g n e t i t e ，q u a r t z ，m a r t i t e ，l i m o n i t e ，p y r r h o t i t ea n dc h r o m i t e ．T h ec o n t e n t so fF e z 0 3a n d F e Oi nt h em a g n e t i t ei si nt h er a n g eo f6 2 ．2 6 ％～7 0 ．3 4 ％a n d3 3 ．1 3 ％～2 6 ．5 7 ％．6 5 ．2 1 ％a n d3 0 ．6 ％i na v e r a g e ，r e s p e c t i v e l y ，t h es u m m a r yi sm o r et h a n9 5 ％．T h ea v e r a g ec o n t e n t so ft h eo t h e rm a i nc o m p o n e n t si nt h e m a g n e t i t eo r ea r eC a O2 ．2 8 ％，S i 0 21 ．7 7 ％，A 1 2 0 30 ．5 1 ％，K 2 00 ．5 1 ％，P 2 0 50 ．4 5 ％，M g O0 ．2 0 ％a n d T i 0 20 ．1 2 ％，r e s p e c t i v e l y ．T h em i c r o h a r d n e s so ft h em a g n e t i t eo r ei si nt h er a n g eo f5 1 5 ～5 5 0k g ／m m 2 ，a n d 5 2 8 k g ／m m 2i nt h ea v e r a g e ． K e y w o r d s p r o c e s s i n gm i n e r a l o g y ；m a g n e t i t e ；m i n e r a lc o m p o s i t i o n s ；c h e m i c a lc o m p o n e n t s ；J i n b e i z h u a n g 万方数据