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某钛磁铁矿矿物学特征及分选性能研究 ① 王利珍1, 刘 洋2, 钟 彪1, 曹佳宏1, 瞿思思1, 姜楚灵1 (1.长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012; 2.湖南科技大学 土木工程学院,湖南 湘潭 411201) 摘 要 通过镜下鉴定、扫描电镜分析、化学多元素分析和化学物相分析等多种手段对某钛磁铁矿进行了工艺矿物学研究,并对影 响选矿指标的主要因素进行了分析,结果表明,该矿石中的铁赋存状态较复杂,钛磁铁矿为其主要存在形式,常零星散布在脉石中, 部分与钛铁矿毗连镶嵌,且普遍沿表面、边缘及裂隙发生假象赤铁矿化、绿泥石化及榍石化,粒度较为细小,由于氧化作用的影响, 部分与绿泥石、榍石等脉石矿物的镶嵌关系过于复杂,将直接影响到铁精矿的产品质量。 关键词 钛磁铁矿; 工艺矿物学; 分选性能; 物相分析; 铁精矿 中图分类号 P572文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2016.05.015 文章编号 0253-6099(2016)05-0057-03 Mineralogical Characteristics and Separation Performance of Ilmenomagnetite Ore WANG Li⁃zhen1, LIU Yang2, ZHONG Biao1, CAO Jia⁃hong1, QU Si⁃si1, JIANG Chu⁃ling1 (1.Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China; 2.School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China) Abstract Mineralogical characteristics of an ilmenomagnetite ore were studied by identification under lens, observation with scanning electron microscope, chemical compositions and chemical phase analysis, and main factors influencing beneficiation performance were also discussed. It is found that the occurrence state of iron minerals in the ore is complicated. The predominant iron minerals in the ore is ilmenomagnetite, which is scattered in gangues, with partly adjoining and intergrowing with ilmenite. Most ilmenomagnetite particles are of small grain size, while martitization, chloritization and titanitization are commonly occurred along the surface, edge and fracture, and some particles disseminate complicatedly with chlorite and titanite because of oxidization, which would directly influence the quality of iron concentrate. Key words ilmenomagnetite; process mineralogy; separation performance; chemical phase analysis; iron concentrate 铁是地球上分布最为广泛的金属元素,亦是最常 用的金属,地球丰度高达 32.5%;矿物种类虽较为繁 多,但具有回收价值的主要有磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿、 褐铁矿和菱铁矿等。 其中磁铁矿中常以类质同像形式 替代 Fe 3+ 或 Fe 2 + 中的 Ti 4+ 、V 3+ 和 Mg 2+ 等元素而形成钛 磁铁矿、钒钛磁铁矿、钒磁铁矿、铬磁铁矿及镁磁铁矿 等矿物亚种[1]。 本矿床中铁矿物主要是钛磁铁矿,但 Fe 含量较低,风化程度较高,为给该矿区资源开发利 用提供最直接的指导[2-4],本文对该矿区钛磁铁矿的 矿物学特征及分选性能进行了较详细的分析,最终查 明了该矿区需在-0.038 mm 的磨矿细度条件下采用弱 磁选工艺才有望获得较合格的铁精矿产品。 1 矿石化学成分 矿石化学多元素和铁化学物相分析结果分别见表 1 和表 2。 由表 1~2 可以看出 1) 矿石中可供选矿回收的主要元素是铁和钛,其 中铁品位为 16.35%。 为达到富集铁矿物的目的,需要 选矿排除的脉石组分主要是 SiO2,次为 Al2O3,二者合 计含量为 52.19%。 对铁精矿来说,有害杂质硫含量较 低,但磷含量略为偏高,因此选矿过程中需密切注意磷 的富集趋势。 2) 矿石中铁的存在形式较为分散,一是赋存于钛 磁铁矿中,分布率为 37.19%,即为采用弱磁选工艺分 ①收稿日期 2016-03-14 作者简介 王利珍(1986-),女,湖南郴州人,工程师,主要从事工艺矿物学研究工作。 第 36 卷第 5 期 2016 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.36 №5 October 2016 万方数据 表 1 矿石主要化学成分(质量分数) / % TFeFeOFe2O3TiO2SiO2Al2O3CaOMgOPS烧失 16.35 10.78 11.393.5740.36 11.833.805.640.200.026.37 表 2 铁化学物相分析结果 铁相含量/ %分布率/ % 钛磁铁矿中铁6.0837.19 赤(褐)铁矿中铁6.5940.31 钛铁矿中铁1.066.48 碳酸盐中铁0.211.28 硫化物中铁0.010.06 硅酸盐中铁2.4014.68 合计16.35100.00 选矿石中铁矿物时铁的理论回收率;二是以赤(褐)铁 矿形式产出,分布率为 40.31%,显然,该部分铁需通过 强磁选作业才有可能得到有效回收;三是以钛铁矿和 含铁硅酸盐等弱磁性矿物形式存在,二者合计分布率 为 21.16%,以这两种形式产出的铁在强磁选过程中绝 大部分将进入强磁精矿中,是强磁过程中需要脱除的 重点对象。 2 矿物组成及含量 研究查明,矿石中铁矿物主要是钛磁铁矿,次为假 象赤铁矿、赤铁矿和少量褐铁矿;钛矿物包括钛铁矿、 榍石和金红石;金属硫化物仅见黄铁矿,但含量很低; 脉石矿物含量较高的是长石,次为绿泥石,石英、辉石、 角闪石、绢云母、方解石和磷灰石等。 表 3 列出了矿石 中主要矿物含量。 表 3 矿石中主要矿物含量(质量分数) / % 钛磁 铁矿 假象 赤铁矿 赤铁矿 褐铁矿 钛铁矿 金红石 金属 硫化物 磷灰石 9.68.50.92.5微量1.1 石英 长石 绿泥石 绢云母 角闪石 辉石 方解石榍石其他 50.319.22.42.62.40.5 3 钛磁铁矿矿物学特征 3.1 钛磁铁矿的产出形式 钛磁铁矿为选矿富集回收铁的主要目的矿物,分 布较为广泛。 自形、半自形等轴粒状,部分为不规则 状,少数晶粒内部可见由固熔体分离作用形成的网格 状微细钛铁矿片晶,从而构成以钛磁铁矿为主体的复 合矿物相(见图 1)。 矿石中钛磁铁矿常呈浸染状零星 散布在脉石中,部分沿边缘、粒间嵌布粒状钛铁矿,与 嵌连矿物之间的接触界线部分较为规则平直,部分则 为形态多变的锯齿状或港湾状,粒度普遍较为细小,一 般多介于 0.02~0.3 mm 之间(见图 2)。 图 1 钛磁铁矿 (a) BSE 背散射电子像; (b) Fe 面扫描; (c) Ti 面扫描 图 2 钛磁铁矿与脉石嵌布 矿石中其他金属矿物主要是假象赤铁矿、赤铁矿、 褐铁矿和钛铁矿等弱磁选矿物。 其中假象赤铁矿主要 沿钛磁铁矿表面、边缘、粒间及裂隙充填交代,内部普 遍可见微细残余状钛磁铁矿微粒,粒度 0.005 ~ 0.2 mm。 赤、褐铁矿含量较低,主要零星分布于脉石矿物 中,与钛磁铁矿镶嵌关系不甚紧密,粒度一般 0.01 ~ 0.25 mm。 由于赤、褐铁矿的比磁化系数与钛磁铁矿存 在较大差异,弱磁选过程中将直接进入尾矿中;若采用 强磁选工艺,则矿石中以绿泥石为主的含铁硅酸盐及 绝大部分钛铁矿将不可避免地进入强磁精矿中,可能 导致强磁精矿中 TiO2和 SiO2含量偏高;钛铁矿主要 呈粒度-0.5 mm 微细粒状零星散布在脉石中,部分沿 边缘分布钛磁铁矿,由于氧化作用的影响,部分钛铁矿 可蚀变为金红石,与金红石的交生关系极为紧密。 脉石矿物含量较高的是长石,次为绿泥石、石英、辉 石、角闪石、绢云母、方解石和磷灰石等。 其中长石为出 现频率最高的脉石矿物,占脉石矿物总量的 50%左右, 常沿粒间分布它形粒状石英,部分发生不同程度的绢云 母化和绿泥石化。 绿泥石为最主要的含铁硅酸盐矿物, 约达含铁硅酸盐矿物总量的 70%,部分可聚合成团块状 85矿 冶 工 程第 36 卷 万方数据 集合体而作为金属矿物的嵌布基底产出,部分则呈不规 则状以长石、角闪石和辉石等的蚀变产物出现。 磷灰石 分布广泛,但含量较低,主要呈形态较规则的自形柱粒 状沿钛磁铁矿、钛铁矿或脉石粒间及边缘嵌布,粒度 0.02~0.2 mm。 因少数可与钛磁铁矿形成复杂的包裹 型嵌布关系,弱磁选过程中该部分将不可避免地进入 铁精矿,而可能导致铁精矿中磷的含量偏高。 3.2 钛磁铁矿的蚀变类型 矿石中钛磁铁矿的次生变化极为强烈,70%左右 已发生不同程度的蚀变,主要蚀变类型有假象赤铁矿 化、绿泥石化和榍石化等 3 种(见图 3)。 图 3 钛磁铁矿假象赤铁矿化和绿泥石化 其中假象赤铁矿化表现形式是微细赤铁矿沿钛磁 铁矿表面、边缘或裂隙充填交代,随着蚀变程度增强, 局部甚至可发育为不含钛磁铁矿残余的全交代假象赤 铁矿,但仍保留了原钛磁铁矿等轴粒状的晶体外形。 绿泥石化的特征是鳞片状绿泥石常呈不规则状或 微脉状集合体沿部分钛磁铁矿晶粒的边缘、裂隙、粒间 或解理缝交代,在蚀变强烈的部位,钛磁铁矿同样可呈 微细粒残余分布在绿泥石基底中。 榍石化分布极为广泛,产出形式与绿泥石化基本 一致,但分布的广泛程度和蚀变强度均明显高于绿泥 石化,即使原包含在钛磁铁矿晶粒内部的钛铁矿片晶 大多亦已蚀变为榍石(见图 4)。 图 4 钛磁铁矿榍石化 (a) BSE 背散射电子像; (b) Fe 面扫描; (c) Ti 面扫描; (d) Ca 面扫描 3.3 钛磁铁矿的能谱微区成分分析 采用扫描电镜对矿石中钛磁铁矿的能谱微区成分 进行了分析,结果见表 4。 由表 4 结果可知,矿石中钛 磁铁矿化学成分相对较为稳定,除 Fe3O4以外,还普遍 含有少量以类质同像形式存在的 TiO2、V2O5、MnO 和 MgO 等,平均含 Fe3O493.23% (换算成 Fe,品位为 67.23%)、TiO25.6%、V2O50.49%。 表 4 钛磁铁矿的能谱微区成分分析结果(质量分数) / % 序号Fe3O4TiO2V2O5MnOMgO 193.984.670.560.420.37 294.264.550.430.320.44 392.816.130.480.350.23 490.139.040.220.350.26 593.495.430.490.350.24 694.514.110.470.330.58 791.687.300.540.340.14 893.635.290.590.350.14 995.813.010.550.430.20 1092.026.470.580.350.58 合计93.235.600.490.360.32 3.4 矿石结构构造 矿石以浸染状构造和交代构造较为常见,前者的 特征是钛磁铁矿主要呈稀疏~星散浸染状沿脉石粒间 充填分布,后者主要表现为沿钛磁铁矿表面、边缘、粒 间、裂隙及解理缝发生不同程度的假象赤铁矿化、榍石 化或绿泥石化等。 按矿物结晶形态、粒度特征及嵌布 关系等可将矿石结构类型分为自形 ~ 半自形晶粒结 构、细粒~微细粒结构及交代结构。 除此之外,矿石中 脉石矿物还可见他形粒状结构、粒状镶嵌结构和鳞片 状结构。 4 钛磁铁矿分选性能研究 4.1 钛磁铁矿嵌布特性 矿石中主要目的矿物的粒度组成及其分布特点对 确定磨矿细度和制定合理的选矿工艺流程有着直接的 影响。 为此,在显微镜下对矿石中钛磁铁矿的嵌布粒 度进行了统计,结果见表 5。 表 5 钛磁铁矿嵌布特性 粒级/ μm分布率/ %累计分布率/ % -550+300 25.5025.50 -300+150 34.3359.83 -150+75 21.8781.70 -75+38 11.8193.51 -38 6.49100.00 (下转第 63 页) 95第 5 期王利珍等 某钛磁铁矿矿物学特征及分选性能研究 万方数据 用“强磁粗选⁃粗精矿再磨⁃强磁精选⁃离心机重选”的 工艺流程,最终获得铁精矿产率 15.1%、品位 60.07%、 回收率 43.89%。 100.00;20.88 100.00 - /;5 3 56.50;31.20 84.44 43.5;7.47 15.56 -3 63 图 7 磁铁矿尾矿回收赤铁矿数质量流程 4 结 语 1) 矿样铁矿物主要为赤铁矿,脉石矿物主要为石 英和长石,其次是绿泥石和绢云母,绿泥石是影响磁选 精矿品位提高的因素之一。 2) 高梯度磁选机的主要作用是抛除大量的脉石 矿物,使铁矿物得到富集。 由于绿泥石和连生体的存 在,采用单一磁选不能获得合格的铁精矿。 3) 采用“强磁粗选⁃粗精矿再磨⁃强磁精选⁃离心机 重选”工艺流程,最终获得铁精矿产率 15.1%、品位 60.07%、回收率 43.89%。 参考文献 [1] 罗小亚,邓延林. 湖南省铁矿成矿区带划分方案[J]. 华南地质与 矿产, 2010(2)1-7. 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(上接第 59 页) 由表 5 可以看出,矿石中钛磁铁矿具不均匀细粒 ~微细粒嵌布特征。 单纯从嵌布粒度来看,欲使 90% 以上的钛磁铁矿获得解离,处理区内矿石时以选择 -0.037 mm 粒级约占 95%的磨矿细度。 由于矿石中钛 磁铁矿蚀变程度较高,与交生矿物之间嵌布关系较为 复杂,预计选矿过程中在该细度条件下仍很难获得较 高品位的铁精矿。 4.2 影响选矿指标的主要因素分析 1) 矿石中钛磁铁矿含量较低、分散程度高,加之 部分粒度过于微细,因此需要通过较充分的细磨才有 可能使钛磁铁矿得到有效富集回收。 2) 与绿泥石和榍石等交生的钛磁铁矿因粒度普 遍较为细小,即使采用细磨工艺大部分仍将随钛磁铁 矿进入弱磁选铁精矿中,这可能是导致弱磁选铁精矿 中铁品位偏低、SiO2和 TiO2含量偏高的主要原因之一。 3) 矿石中以类质同像存在于钛磁铁矿中的 TiO2 含量高达 5.60%,以该种形式产出的 TiO2采用机械选 矿方法很难获得有效解离,这可能是造成铁精矿中 TiO2含量偏高的另一原因。 4) 内部含有由固熔体分离作用形成的-0.01 mm 粒级钛铁矿片晶,由于粒度过于细小,磨矿过程中很难 形成单体,因此它们都将不可避免地随同钛磁铁矿一 起进入铁精矿,而导致铁精矿中 TiO2含量偏高。 5) 钛磁铁矿的假象赤铁矿化对弱磁选铁精矿品 位并不产生影响,但不交代完全的假象赤铁矿因磁性 较强,经磨矿后含钛磁铁矿残余的假象赤铁矿大多将 随同钛磁铁矿一起进入弱磁选铁精矿中,而可能造成 弱磁铁精矿实际回收率较理论值偏高。 5 结 语 矿石中钛磁铁矿多呈稀疏~星散浸染状的形式嵌 布于脉石中,部分与钛铁矿毗连镶嵌。 由于矿石中钛 磁铁矿次生变化极为强烈,大部分形态已不甚规则,与 蚀变矿物的交生关系极为复杂,因此需采用细磨工艺 在弱磁选条件下才可能获得较合格的弱磁精矿。 但矿 石中弱磁性铁矿物赤铁矿和褐铁矿因含量极低,分布 较为零星,与以绿泥石为主的含铁硅酸盐矿物的嵌布 关系较为复杂,因此对弱磁尾矿采用强磁选工艺获得 理想强磁精矿的难度非常大。 参考文献 [1] 姚琣慧. 中国铁矿志[M]. 北京冶金工业出版社, 1993. [2] 周乐光. 工艺矿物学[M]. 北京冶金工业出版社, 2002. 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