牛福生，張晉霞，聶軼苗，劉淑賢，陳 淼

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省安全技術(shù)及開(kāi)采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

宣龍式鮞狀赤鐵礦礦物學(xué)特征及分選技術(shù)

牛福生1,2，張晉霞1,2，聶軼苗1,2，劉淑賢1,2，陳 淼1

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省安全技術(shù)及開(kāi)采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

宣龍式鮞狀赤鐵礦的分選利用一直是世界性的技術(shù)難題。龐家堡的低品位(TFe<40%)的鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學(xué)特征研究表明，鐵礦物主要為赤鐵礦，脈石礦物主要為石英、綠簾石、綠泥石等，鮞狀赤鐵礦與脈石礦物呈層間同心環(huán)狀分布。集合體內(nèi)含鐵礦物和脈石礦物相互夾雜，造成礦物單體解離和相互分開(kāi)困難。宣龍式鮞狀赤鐵礦分選工藝技術(shù)主要為強(qiáng)磁拋尾-浮選提鐵降硅技術(shù)、強(qiáng)磁拋尾-重選精選提鐵技術(shù)、磁化焙燒-弱磁-浮選技術(shù)，目前尚沒(méi)有成熟的工業(yè)應(yīng)用范例。強(qiáng)化超細(xì)磨和選擇性解離技術(shù)、發(fā)展微細(xì)顆粒分選工藝技術(shù)、設(shè)備和藥劑和創(chuàng)新選冶聯(lián)合流程，確定合理選礦界限是宣龍式鮞狀赤鐵礦選礦未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)加強(qiáng)相關(guān)選礦技術(shù)研究，將會(huì)為突破此類(lèi)難選鐵礦資源規(guī)模工業(yè)應(yīng)用瓶頸提供支撐。

宣龍式鮞狀赤鐵礦；礦物學(xué)特征；分選

宣龍式赤鐵礦因其多分布于河北宣化、龍關(guān)地區(qū)而得名，此類(lèi)鐵礦的中心地帶集中在龐家堡，因此又稱(chēng)為龐家堡鐵礦，累計(jì)查明資源儲(chǔ)量4億多噸，保有資源儲(chǔ)量1.8億多噸，礦床成因類(lèi)型主要是海相化學(xué)和生物化學(xué)沉積[1-2]。受礦床成因影響，宣龍式赤鐵礦具有鮞狀、腎狀和豆?fàn)畹奶攸c(diǎn)，共伴生礦物復(fù)雜，其分選利用一直是世界性的技術(shù)難題[3]。資料表明，1971年由當(dāng)時(shí)的宣鋼第一煉鐵廠(chǎng)建設(shè)的日處理150t斜坡?tīng)t磁化焙燒—弱磁分選工廠(chǎng)是目前為止宣龍式赤鐵礦僅有的工業(yè)應(yīng)用案例[4]，隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展和鐵礦資源需求的急劇擴(kuò)大，特別是鋼鐵企業(yè)本土資源戰(zhàn)略的實(shí)施，宣龍式鮞狀赤鐵礦的分選利用再次成為研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)宣化鋼鐵公司龐家堡的低品位(TFe<40%)的鮞狀赤鐵礦，研究其工藝礦物特征，分析現(xiàn)有鮞狀赤鐵礦選礦技術(shù)現(xiàn)狀和水平，并提出此宣龍式鮞狀赤鐵礦的分選技術(shù)的發(fā)展方向。

1 工藝礦物學(xué)特征

1.1 礦樣性質(zhì)研究

代表性礦樣取自龐家堡礦區(qū)的TFe含量低于40%的鮞狀赤鐵礦，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1所示。X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，該鮞狀赤鐵礦礦樣主要以赤鐵礦物為主，其次為菱鐵礦，脈石礦物主要為石英。

對(duì)選取的礦樣進(jìn)行熒光光譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1，結(jié)果表明礦樣TFe為38.66%，SiO2為27.06%，有害元素S、P略為偏高，后續(xù)分選過(guò)程中應(yīng)注意其富集變化規(guī)律。

圖1 鮞狀赤鐵礦礦樣X(jué)RD分析結(jié)果

1.2 礦物學(xué)特征研究

在化學(xué)成分及X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究樣品中礦物形貌特征、元素含量和微區(qū)礦物特征，采用JSM-5310 掃描電鏡及能譜儀對(duì)原礦進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

表1 鮞狀赤鐵礦化學(xué)成分分析結(jié)果/%

圖2 鮞狀赤鐵礦EDS成分分析結(jié)果

從圖2可以看出，標(biāo)記點(diǎn)的微區(qū)域直徑約為2.5μm，其主要元素為Si、Fe、Al、Mg、K、Ca、Cl、Cu等，說(shuō)明該礦樣礦物組成復(fù)雜，粒度嵌布細(xì)。

為了進(jìn)一步確定該礦石的礦物組成以及與其它礦物的嵌布關(guān)系，取具代表性的光薄片，使用德國(guó)蔡司偏反光顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察，結(jié)果如圖3～6所示。

圖3 赤鐵礦脈石層間環(huán)狀分布反光(-)×50

圖4 細(xì)粒赤鐵礦浸染在脈石中反光(-)×200

圖5 他形粒狀赤鐵礦分布在脈石中反光(-)×200

圖6 赤鐵礦中夾雜細(xì)粒黃鐵礦反光(-)×500

由鏡下觀(guān)察結(jié)果可知，赤鐵礦主要是由細(xì)粒集合體組成，其中夾雜有細(xì)粒脈石礦物，他形細(xì)粒赤鐵礦集合體與脈石層間分布形成大小不等同心環(huán)狀。宣龍式赤鐵礦礦石以鮞狀構(gòu)造為主，其次為腎狀和浸染狀構(gòu)造；結(jié)構(gòu)以他形粒狀結(jié)構(gòu)為主，其次為浸染狀、海綿隕鐵、乳滴狀和破裂結(jié)構(gòu)。

礦物組成方面，可回收利用的礦物主要是赤鐵礦，菱鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦含量較少；主要的脈石礦物為石英，同時(shí)含有少量的綠簾石、角閃石、綠泥石、黏土礦物、電氣石、陽(yáng)起石、黝簾石等脈石礦物。赤鐵礦嵌布粒度較細(xì)，且粒度分布曲線(xiàn)為不均勻曲線(xiàn)，最細(xì)可達(dá)到5μm。前者主要表現(xiàn)為鮞狀赤鐵礦與石英、綠簾石、碳酸鹽等脈石礦物層間分布，部分赤鐵礦位于鮞狀核心，被石英、綠簾石、碳酸鹽等脈石礦物包裹。后者表現(xiàn)為赤鐵礦與石英等脈石毗連鑲嵌，由他形細(xì)粒集合體形成的鮞狀赤鐵礦中夾雜有細(xì)小黃鐵礦和脈石顆粒。石英的結(jié)構(gòu)主要以他形粒狀為主，嵌布粒度通常5～900μm之間。綠簾石主要呈他形粒狀集合體，嵌布粒度15～100μm，多與赤鐵礦、角閃石、綠泥石毗連，部分位于核心，部分與赤鐵礦層間分布，部分被角閃石包裹。

礦物學(xué)研究表明，含鐵礦物和石英、綠簾石等脈石礦物結(jié)晶粒度不均勻，平均磨礦細(xì)度為22.6μm，最細(xì)可以達(dá)到5μm，同時(shí)嵌布類(lèi)型復(fù)雜，鮞狀赤鐵礦與脈石礦物呈層間同心環(huán)狀分布，環(huán)層之間為漸變過(guò)度，集合體內(nèi)含鐵礦物和脈石礦物相互夾雜，造成礦物單體解離和相互分開(kāi)困難。

2 宣龍式鮞狀赤鐵礦分選技術(shù)研究

隨著易采選鐵礦石資源的日趨枯竭和進(jìn)口礦石壓力的不斷增大，圍繞難選鐵礦石分選技術(shù)的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，如年處理100萬(wàn)t祁東微細(xì)赤鐵礦(平均磨礦細(xì)度20μm)建成投產(chǎn)，日處理750t長(zhǎng)陽(yáng)新首鋼礦業(yè)有限公司高磷鮞狀赤鐵礦的穩(wěn)定運(yùn)行和正在準(zhǔn)備建設(shè)的年處理200萬(wàn)t重鋼巫山桃花高磷鮞狀赤鐵礦都標(biāo)志著此類(lèi)復(fù)雜難選赤鐵礦工業(yè)分選技術(shù)日趨成熟。宣龍式鮞狀赤鐵礦作為北方地區(qū)典型的難選鐵礦石目前尚沒(méi)有成熟的工業(yè)開(kāi)發(fā)利用，分選工藝技術(shù)基本上處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，主要為強(qiáng)磁拋尾-浮選提鐵降硅技術(shù)、強(qiáng)磁拋尾-重選精選提鐵技術(shù)、磁化焙燒-弱磁-浮選技術(shù)[5-9]。

2.1 強(qiáng)磁拋尾-浮選提鐵技術(shù)

由于赤鐵礦的比磁化系數(shù)(221.74×106cm3/g)遠(yuǎn)大于石英(7.36×106cm3/g)、綠泥石(19.96×106cm3/g)等脈石礦物磁化系數(shù)，在高磁感應(yīng)強(qiáng)度(0.8～1.5T)分選條件下，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁拋尾的效果。牛福生等[10]針對(duì)宣鋼龍煙鮞狀赤鐵礦采用立環(huán)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)，在原礦TFe47.6%，磨礦細(xì)度-0.074mm95%， 強(qiáng)磁分選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.85T條件下，實(shí)現(xiàn)拋尾33.96%，鐵精礦品位53.16%的分選指標(biāo)。 對(duì)拋尾后的強(qiáng)磁精礦進(jìn)行浮選提鐵降硅試驗(yàn)研究，采用一次粗選和一次掃選試驗(yàn)， 粗選時(shí)氫氧化鈉、氧化鈣、淀粉以及TS藥劑用量分別為1400 g/t、800 g/t、900 g/t、600 g/t。 掃選時(shí)僅加入300g/t TS作為捕收劑，便可獲得TFe品位為62.34%、回收率為53.07%的鐵精礦。

2.2 強(qiáng)磁富集-重選再選提鐵技術(shù)

在較高磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下，經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁富集后的物料中含有較多的磁性連生顆粒和由于磁粘連包裹的脈石礦物而造成強(qiáng)磁精礦回收率高，但精礦品位偏低， 對(duì)強(qiáng)磁精礦進(jìn)行重選再選提鐵則可以較好利用礦物密度差異而獲得精礦品位的進(jìn)一步提高。 白麗梅等[11]以宣鋼龐家堡的鮞狀赤鐵礦為研究對(duì)象，針對(duì)嵌布粒度極細(xì)，礦物組成復(fù)雜等問(wèn)題，采用階段磨礦-強(qiáng)磁拋尾-重選提鐵工藝流程進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在原礦TFe品位為47.66%，磨礦細(xì)度為-0.074mm 95%的條件下，經(jīng)磁重分選后最終可以獲得TFe品位61.01%， 回收率為47.85%的鐵精礦。廖國(guó)平等[12]對(duì)湖南某地的鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了分選試驗(yàn)研究，在磨礦細(xì)度為-0.074mm 97%、高梯度磁選機(jī)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T、臥式離心選礦機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為400r/min等最佳分選工藝條件下，采用強(qiáng)磁拋尾-臥式離心選礦工藝，最終獲得的鐵精礦產(chǎn)率為28.40%，TFe品位56.20%，回收率34.58%。

2.3 磁化焙燒-弱磁技術(shù)

磁化焙燒就是將弱磁性含鐵礦物在一定的還原氣氛下經(jīng)過(guò)高溫焙燒后轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性礦物的過(guò)程，與傳統(tǒng)的礦物分選技術(shù)相比，磁化焙燒—弱磁選技術(shù)在處理弱磁性鐵礦物分選方面顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。如對(duì)于宣龍式鮞狀赤鐵礦采用磁化焙燒技術(shù)最早開(kāi)始于1971年建設(shè)的日處理150t斜坡?tīng)t磁化焙燒-弱磁分選工廠(chǎng)，在原礦品位38%左右的情況下，使精礦品位達(dá)到59%～60%，金屬回收率75%～80%[4]。牛福生等[6]在對(duì)張家口難選鮞狀赤鐵礦礦石性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了磁化焙燒-弱磁選試驗(yàn)研究。在焙燒溫度850℃、焙燒時(shí)間1.5h、-2mm原礦：還原劑質(zhì)量比為1∶1、磨礦細(xì)度為-0.074mm 80%，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1T的條件下進(jìn)行了試驗(yàn)，最終可獲得鐵精礦品位為62.05%，回收率為87.12%的分選指標(biāo)。另外，2004年建設(shè)的年處理90萬(wàn)t菱鐵礦的大西溝選礦廠(chǎng)在菱鐵礦原礦品位25.31%的條件下，可獲得焙燒礦品位30.08%，最終鐵精礦品位61.48%，尾礦品位8.25%，金屬回收率83.83%的優(yōu)異技術(shù)指標(biāo)。2005年建設(shè)的年處理200萬(wàn)t菱、褐鐵礦的新疆切列克其選礦廠(chǎng)對(duì)品位41.72%的原礦采用回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒—弱磁選工藝流程，獲得鐵精礦回收率超過(guò)86%，品位63.25%的良好分選指標(biāo)。

3 宣龍式鮞狀赤鐵礦選礦的發(fā)展趨勢(shì)

借鑒國(guó)內(nèi)外鮞狀赤鐵礦選礦概況，宣龍式鮞狀赤鐵礦應(yīng)注重以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)選礦技術(shù)研究，為突破此類(lèi)難選鐵礦資源規(guī)模工業(yè)應(yīng)用瓶頸提供支撐。

3.1 強(qiáng)化超細(xì)磨和選擇性解離技術(shù)

鮞狀赤鐵礦除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，礦物粒度嵌布微細(xì)(鐵礦物單體解離度超過(guò)85%時(shí)，其單體顆粒直徑細(xì)至-20μm，甚至5～10μm)是一個(gè)重要特征，因此強(qiáng)化鮞狀赤鐵礦超細(xì)磨礦是實(shí)現(xiàn)有效分選的前提[13-15]。當(dāng)需要的磨礦粒度為20～40μm時(shí)，采用塔磨機(jī)、攪拌磨機(jī)相對(duì)傳統(tǒng)的磨礦設(shè)備所消耗的能量最低。如日本開(kāi)發(fā)的立式塔式磨機(jī)、澳洲蒙苔艾薩礦山公司開(kāi)發(fā)的艾薩磨機(jī)為代表的臥式攪拌磨機(jī)都是高效細(xì)磨技術(shù)的成功應(yīng)用，在生產(chǎn)小于10μm的磨礦產(chǎn)品時(shí)，同常規(guī)球磨機(jī)相比可降低約50%～70%的能量[16-17]。通過(guò)研究礦石內(nèi)部的礦物特征，引入選擇性解離技術(shù)可以有效降低破碎磨礦產(chǎn)品的功耗，防止鐵礦物顆粒過(guò)粉碎，惡化選別指標(biāo)。例如利用以層壓破碎理論為基礎(chǔ)的高壓輥磨技術(shù)對(duì)礦石進(jìn)行破碎，在破碎產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的微裂紋比傳統(tǒng)破碎方式所產(chǎn)生的微裂紋多5倍，極大地改善了礦物的選擇性解離狀態(tài)。

3.2 發(fā)展微細(xì)顆粒分選工藝技術(shù)、設(shè)備和藥劑

通過(guò)對(duì)不同微細(xì)粒在不同流場(chǎng)中的沉降及受力狀況分析結(jié)果可知，當(dāng)粒度小于30μm以下時(shí)，由于粒度的減小，比表面積急劇增大，比表面能也急劇增大，使礦物表面特性的影響更加明顯，傳統(tǒng)的磁力、重力及和浮力將不再起主導(dǎo)作用，此時(shí)礦粒將受到各種表面力，如雙電層靜力作用、分子作用力等的影響，因此如何有效地分選微細(xì)顆粒已經(jīng)成為選礦領(lǐng)域重點(diǎn)研究的問(wèn)題[18-20]。張海軍等[21]采用逆流微泡浮選柱對(duì)微細(xì)粒磁鐵礦精礦進(jìn)行了陽(yáng)離子反浮選試驗(yàn)研究，經(jīng)一次粗選兩次掃選的開(kāi)路流程試驗(yàn)，將TFe品位由63.60%提高至70.95%。郭建斌[22]對(duì)東鞍山微細(xì)粒赤鐵礦進(jìn)行了載體浮選試驗(yàn)，結(jié)果表明：在最優(yōu)條件下可以實(shí)現(xiàn)-10μm赤鐵礦的回收率為90.76%，品位為64.21%。牛福生等[8]對(duì)宣龍式鮞狀赤鐵礦采用分散-選擇性絮凝-強(qiáng)磁選工藝流程進(jìn)行選別，可最大程度實(shí)現(xiàn)3～9μm的脈石礦物分散，-30μm微細(xì)粒鐵礦物選擇性絮凝，在一次粗選一次掃選、磁感應(yīng)強(qiáng)度1.5T的分選工藝條件下，最后取得了鐵精礦品位55.51%，回收率76.02%的技術(shù)指標(biāo)。

3.3 創(chuàng)新選冶聯(lián)合流程，確定合理選礦界限

研究表明，高品位鐵精礦對(duì)降低冶煉成本、節(jié)能降耗具有重要意義，但并非起著不可替代作用，因此對(duì)于難選鐵礦的分選可以從選冶聯(lián)合的角度考慮，創(chuàng)新選冶聯(lián)合流程，確定合理選礦界限。 由于某難選赤鐵礦的嵌布粒度細(xì)、常規(guī)選礦難以對(duì)其有效地分選，針對(duì)這一情況，北京科技大學(xué)倪文[23]采用煤基直接還原-弱磁選工藝對(duì)此赤鐵礦進(jìn)行了選別。 在溫度為1200℃、時(shí)間為120min的還原條件下，磨礦細(xì)度為-0.074mm 90%的原礦經(jīng)弱磁選分離后，可以獲得品位為91.94%、回收率為95.85%的鐵精礦。 河北聯(lián)合大學(xué)劉淑賢等[24]對(duì)加拿大某貧細(xì)鮞狀赤鐵采用深度還原-弱磁選分選工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在溫度為1200℃、時(shí)間為120min、礦∶煤質(zhì)量比為2的還原條件下對(duì)原礦進(jìn)行深度還原，經(jīng)過(guò)還原后的礦石再經(jīng)一段磨礦兩段磁選后，可獲得TFe品位92.18%、回收率90.45%的金屬粒鐵。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)宣龍式鮞狀赤鐵礦是我國(guó)北方一個(gè)最具代表性的外生鐵礦，礦物學(xué)研究表明，含鐵礦物和石英、綠簾石等脈石礦物結(jié)晶粒度不均勻，最細(xì)可以達(dá)到5μm，同時(shí)嵌布類(lèi)型復(fù)雜，鮞狀赤鐵礦與脈石礦物呈層間同心環(huán)狀分布，環(huán)層之間為漸變過(guò)度，集合體內(nèi)含鐵礦物和脈石礦物相互夾雜，造成礦物單體解離和相互分開(kāi)困難。

2)宣龍式鮞狀赤鐵礦分選技術(shù)基本上處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，主要為強(qiáng)磁拋尾-浮選提鐵降硅技術(shù)、強(qiáng)磁拋尾-重選精選提鐵技術(shù)、磁化焙燒-弱磁-浮選技術(shù)。

3)強(qiáng)化超細(xì)磨和選擇性解離技術(shù)、發(fā)展微細(xì)顆粒分選工藝技術(shù)、設(shè)備和藥劑和創(chuàng)新選冶聯(lián)合流程，確定合理選礦界限是宣龍式鮞狀赤鐵礦選礦應(yīng)注重發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)加強(qiáng)相關(guān)選礦技術(shù)研究，將會(huì)為突破此類(lèi)難選鐵礦資源規(guī)模工業(yè)應(yīng)用瓶頸提供支撐。

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Mineralogy characteristics and separation technology of Xuanlong-type oolitic hematite

NIU Fu-sheng1,2，ZHANG Jin-xia1,2，NIE Yi-miao1,2，LIU Shu-xian1,2，CHEN Miao1

(1.College of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，China；2.Key Laboratory of Mineral Development and Security Technology of Hebei Province，Tangshan 063009，China)

Separation technology of Xuanlong-type oolitic hematite has been a technical problem in the world.The mineralogical characteristics study results of low grade(TFe<40%) PangJiaBao oolitic hematite show that the main iron mineral is hematite，and the gangue minerals mainly are quartz，epidote，chlorite and so on.Oolitic hematite ore and gangue minerals distribute as circular concentric layers.Because the iron mineral and gangue mineral are mixed in mineral aggregate，it is difficulty to achieve mineral liberation and separate the minerals.Strong magnetic separation-flotation separation，strong magnetic separation-gravity separation，magnetic roasting-low intensity magnetic separation-flotation separation are the main separation process of Xuanlong-type oolitic hematite，but there is no mature industrial application examples at present.Strengthening ultrafine grinding technology and selective dissociation technology，developing the micro particle separation process，equipment and agent，innovating the metallurgy and mineral associated process，and determining reasonable processing limit are the development tendency of Xuanlong-type oolitic hematite.It will provide support for industrial application of refractor iron ores by strengthening the processing technology research.

Xuanlong-type oolitic hematite；mineralogical characteristics；separation

2014-03-02

河北省自然基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：E2011209015)；河北省高校百名優(yōu)秀創(chuàng)新人才計(jì)劃資助(2013～2016)

牛福生(1974-)，男，教授，主要從事復(fù)雜難選礦理論與技術(shù)研究。E-mail:niufusheng@126.com。

TD951

A

1004-4051(2015)06-0105-05