張廣偉，仝麗娟，姚　禹，李澤理

(1.洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中信重工機(jī)械股份有限公司)，河南 洛陽(yáng) 471039；3.揚(yáng)州泰富特種材料有限公司，江蘇 揚(yáng)州225211)

澳大利亞某磁鐵精粉工藝礦物學(xué)研究

張廣偉1，2，仝麗娟1，2，姚禹3，李澤理1，2

(1.洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中信重工機(jī)械股份有限公司)，河南 洛陽(yáng) 471039；3.揚(yáng)州泰富特種材料有限公司，江蘇 揚(yáng)州225211)

摘要：利用X射線熒光光譜分析(XRF)、化學(xué)分析、X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、礦相顯微鏡和礦物參數(shù)自動(dòng)定量分析系統(tǒng)(MLA)等分析方法，對(duì)澳大利亞某磁鐵精粉進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究。詳細(xì)闡述了礦樣的化學(xué)成分、鐵物相分布、礦物組成及其主要鐵礦物和脈石礦物的工藝特征。樣品中有用礦物以磁鐵礦為主，磁鐵礦解離度較高，脈石組分的主要為SiO2和堿金屬礦物。本文可為該礦石的選礦工藝研究提供礦物學(xué)基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：磁鐵精粉；工藝礦物學(xué)；物相分布；礦物參數(shù)分析系統(tǒng)；脈石礦物

澳大利亞鐵礦資源豐富，2011年統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)量約350億t，占世界總量的20.6%，其中90%分布在西澳州[1-4]。本文研究的磁鐵精粉來自西澳州鐵礦資源最為集中的Pilbara地區(qū)，礦石在西澳州經(jīng)弱磁選分選后，精礦粉經(jīng)海運(yùn)輸送至國(guó)內(nèi)。本文利用X射線熒光光譜分析(XRF)、化學(xué)分析、X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、礦相顯微鏡多種檢測(cè)方法對(duì)礦樣的成分組成和礦物分布特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，同時(shí)通過礦物參數(shù)自動(dòng)定量分析系統(tǒng)(MLA)對(duì)主要礦物的礦物組成和相對(duì)含量、以及礦物解離度進(jìn)行了分析，可為后續(xù)的提鐵降雜處理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5-9]。

1礦石物質(zhì)組成

1.1礦石化學(xué)組成和鐵的化學(xué)物相

利用X熒光光譜分析(XRF)對(duì)礦樣進(jìn)行了半定量分析，確定了礦石樣品中的元素種類和含量范圍，XRF半定量分析結(jié)果見表1。

在XRF半定量分析的基礎(chǔ)上，對(duì)礦石樣品進(jìn)行了化學(xué)多元素分析和鐵的化學(xué)物相分析，結(jié)果分別見表2和表3。

由表2可以看出礦樣中TFe含量為66.85%，雜質(zhì)組分以SiO2和堿金屬(Na2O和K2O)為主，三種雜質(zhì)含量合計(jì)達(dá)6.25%，嚴(yán)重影響鐵精礦的品位和質(zhì)量。

化學(xué)物相分析結(jié)果表明，樣品中鐵的賦存狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，主要以磁鐵礦形式存在，磁鐵礦中鐵的分布率占98.15%。

1.2 礦石礦物組成

根據(jù)多元素分析結(jié)果，樣品中的礦物成分以鐵礦物為主，脈石礦物含量較低，為了準(zhǔn)確界定脈石礦物的種類和相對(duì)含量，對(duì)樣品進(jìn)行陰離子反浮選后，對(duì)泡沫尾礦進(jìn)行了X射線衍射分析(XRD)，XRD分析圖譜見圖1。

表1　礦石XRF半定量分析結(jié)果/%

表2　礦石樣品化學(xué)多元素分析結(jié)果/%

表3　鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果/%

圖1　樣品浮選尾礦XRD分析圖譜

根據(jù)XRD分析結(jié)果可以看出，樣品中紅的脈石礦物主要有石英、鈉閃石、長(zhǎng)石、鐵白云石，尾礦中還含有少量的赤鐵礦。

同時(shí)采用礦物參數(shù)自動(dòng)定量分析系統(tǒng)MLA檢測(cè)對(duì)礦石樣品中主要礦物組成及含量進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4　礦石樣品中礦物組成及相對(duì)含量/%

注：*包括假象赤鐵礦和赤鐵礦。

經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡分析和礦物參數(shù)自動(dòng)定量分析系統(tǒng)(MLA)綜合研究查明，樣品的組成礦物種類較為單一，鐵礦物以磁鐵礦為主，其含量為90.94%，其次為假象赤鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦，三種次生鐵礦物的含量合計(jì)約0.84%；金屬硫化物為黃鐵礦，但含量甚微，約為0.02%；脈石礦物以石英居多，含量4.53%，其次是鈉閃石1.71%、鉀長(zhǎng)石0.95%、鐵白云石0.97%、綠泥石和黑云母0.12%，其他微量礦物主要有磷灰石、鋯石和金紅石等。

2礦石礦物學(xué)特征

2.1主要鐵礦物嵌布特征

2.1.1磁鐵礦

由礦石的掃描電鏡二次電子圖像和礦相顯微鏡圖像可以看出，礦石中的磁鐵礦呈半自形或不規(guī)則粒狀，沿邊緣偶見氧化作用形成的假象赤鐵礦交代(圖2(a))，一般顆粒粒度小于0.03mm，個(gè)別粗粒粒度約0.04mm，磁鐵礦大部分呈單體產(chǎn)出，其余部分主要與石英、鉀長(zhǎng)石、鈉閃石或鐵白云石等脈石毗連鑲嵌而構(gòu)成不同比例的連生體(圖2(b)，圖2(c)，圖2(d)，圖2(h))，少數(shù)則呈微粒包裹體嵌布在脈石內(nèi)部(圖2(e)，圖2(f))或沿邊緣嵌布(圖2(g))。

磁鐵礦的掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果見表5，從表5中可看出，樣品中磁鐵礦質(zhì)地較純，本身并不含K2O、Na2O等雜質(zhì)組分，平均Fe3O4含量為99.68%，即平均全鐵含量72.13%。

2.1.2赤鐵礦

礦石中的赤鐵礦呈形態(tài)規(guī)則的微細(xì)葉片狀，晶體粒度多在0.002mm以下，主要呈星散浸染狀包裹在部分石英中，與磁鐵礦的交生關(guān)系不甚密切(圖3(a)，圖3(b))。赤鐵礦粒度微細(xì)，且多與石英緊密鑲嵌，進(jìn)一步精選中赤鐵礦極易隨石英一起進(jìn)入尾礦。

2.2主要脈石礦物嵌布特征

2.2.1石英

石英是樣品中含量最高的脈石礦物，呈不規(guī)則粒狀，部分被鈉閃石交代，粒度整體來說略粗于磁鐵礦，通常介于0.005～0.04mm之間，除呈單體產(chǎn)出外(圖4(a))，多與磁鐵礦連生(圖4(d))，特別是微粒磁鐵礦包裹于其中的現(xiàn)象較為常見(圖4(b))。

2.2.2鉀長(zhǎng)石

鉀長(zhǎng)石產(chǎn)出形式和粒度大小與石英基本一致，但其解離程度略低于石英(圖2(g)，圖3(b)，圖4(c))。

樣品中鉀長(zhǎng)石的掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果見表6，從表中可以看出鉀長(zhǎng)石平均含K2O 15.43%、Na2O 0.29%、SiO260.48%、Al2O322.47%。

表5　磁鐵礦的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果/%

注：*換算為TFe含量=72.13%。

表6　鉀長(zhǎng)石的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果/%

2.2.3鈉閃石

樣品中的鈉閃石大多為柱粒狀(圖4(d))，少部分為纖維狀集合體，粒度0.005～0.04mm不等，交代石英、鉀長(zhǎng)石的現(xiàn)象較為普遍，部分呈單體產(chǎn)出，或與磁鐵礦緊密鑲嵌構(gòu)成不同比例的連生體(圖2(b)，圖2(e)，圖2(h)，圖4(b)，圖4(c))。

圖2　樣品中磁鐵礦的顯微圖像和掃描電鏡二次電子圖像

圖3　樣品中赤鐵礦的顯微圖像和掃描電鏡圖像

圖4　樣品中主要脈石礦物的掃描電鏡圖像

樣品中鈉閃石的掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果見表7，從表中可以看出鈉閃石平均含Na2O 15.43%、FeO 29.87%、MgO 9.41%、SiO252.90%、Al2O30.72%。

表7　鈉閃石的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果/%

根據(jù)礦石中礦物成分含量和能譜微區(qū)成分分析結(jié)果可估算出分布在石英中的SiO2約占70%，分布在鈉閃石和鉀長(zhǎng)石中的SiO2則分別占14%和10%左右。由此可見樣品中SiO2的主要賦存礦物是石英，次為鉀長(zhǎng)石和鈉閃石，而賦存在黑云母和綠泥石中的SiO2則較少。

樣品中的Na2O主要賦存在鈉閃石礦物中，鉀長(zhǎng)石次之。根據(jù)鉀長(zhǎng)石、鈉閃石的礦物含量和掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果，可計(jì)算出賦存于鈉閃石和鉀長(zhǎng)石中的Na2O分別占97%和3%左右。

K2O則主要賦存與鉀長(zhǎng)石為樣品中最重要的含的礦物，根據(jù)鉀長(zhǎng)石的礦物含量和掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果，可計(jì)算出樣品中存在于鉀長(zhǎng)石中的K2O所占比例約98%。

2.3礦物解離度分析

采用MLA對(duì)樣品中磁鐵礦、石英、鉀長(zhǎng)石和鈉閃石的解離度進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果見表8。

表8　樣品中主要礦物的解離度/%

由表8可以看出，樣品中呈單體產(chǎn)出的磁鐵礦含量高達(dá)96.87%，理論上通過進(jìn)一步分選可獲得較高品位的鐵精礦。石英、鉀長(zhǎng)石和鈉閃石的單體解離度分別為37.34%、31.81%和32.26%，其余部分則多以各種形式與磁鐵礦鑲嵌構(gòu)成不同比例的連生體。

3提鐵降雜工藝討論

根據(jù)樣品的化學(xué)組成、物相分析、主要礦物的嵌布特征和MLA分析結(jié)果可知，該鐵精粉中有用礦物以磁鐵礦為主，且磁鐵礦單體解離度高達(dá)96.87%，因此在提鐵工藝設(shè)計(jì)中，可暫不考慮物料細(xì)磨，直接分選即有可能達(dá)到較高品位。而礦粉中的赤鐵礦嵌布粒度極細(xì)，晶體粒度多小于0.002mm，且與脈石礦物緊密結(jié)合，即使進(jìn)行再磨再選，理論上也較難回收，并且赤鐵礦含量?jī)H為0.43%，為此而增加分選作業(yè)，從優(yōu)化生產(chǎn)成本的角度來看是不太合理的[10]。

根據(jù)國(guó)內(nèi)提鐵降硅技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀[11-12]，該礦粉的提鐵工藝主要考慮陰/陽(yáng)離子反浮選和磁選柱分選技術(shù)。

4結(jié)論

1)澳大利亞某磁鐵精粉樣品中TF含量66.85%，樣品中有用礦物以磁鐵礦為主，磁鐵礦中的鐵分布率為98.15%，雜質(zhì)組分的主要為SiO2和堿金屬(Na2O和K2O)。

2)樣品的組成礦物種類較為簡(jiǎn)單，鐵礦物主要是磁鐵礦，次為假象赤鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦；脈石礦物以石英居多，其次是鈉閃石、鉀長(zhǎng)石、鐵白云石、綠泥石和黑云母。

3)樣品中磁鐵礦粒度一般小于0.03mm，呈單體產(chǎn)出的磁鐵礦含量高達(dá)96.87%。樣品中的赤鐵礦嵌布粒度較細(xì)，且與脈石礦物緊密結(jié)合，較難回收。石英、鉀長(zhǎng)石和鈉閃石的單體解離度分別為37.34%、31.81%和32.26%，其余部分則多以各種形式與磁鐵礦鑲嵌構(gòu)成不同比例的連生體。

4)該礦粉的提鐵降雜工藝設(shè)計(jì)中，考慮不設(shè)置細(xì)磨作業(yè)，直接采用反浮選工藝或磁選柱技術(shù)進(jìn)行分選。

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Study on process mineralogy of Australian magnetiteconcentrate

ZHANG Guang-wei1，2，TONG Li-juan1，2，YAO Yu3，LI Ze-li1，2

(1.Luoyang Mine Machinery Engineering Design Institute Co.，Ltd.，Luoyang 471039，China；2.State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment(CITICHIC)，Luoyang 471039，China；3.Yangzhou Pacific Special Materials Co.，Ltd.，Yangzhou 225211，China)

Abstract:In this paper the process mineralogy study of Australian magnetite concentrate was performed using X-ray fluorescence analysis(XRF)，chemical analysis，X-ray diffraction(XRF)，scanning electron microscopy(SEM)，metallographic microscope and mineral liberation analyser(MLA).The sample’s chemical components，iron phase distribution，mineral compositions and mineralogical characterizations of its main iron minerals and gangue mineralswas presented in detail.The valuable mineral in the sampleisdominated by magnetite，which has high degree of mineral liberation，the gangue mineralsare mainly SiO2 and alkali metal minerals.This paper could provide mineralogical basis for beneficiation study of the magnetite concentrate.

Key words：magnetite concentrate；process mineralogy；phase distribution；mineral liberation analyser;gangue minerals

收稿日期：2015-04-24

作者簡(jiǎn)介：張廣偉(1987-)，男，碩士研究生，2012年畢業(yè)于北京有色金屬研究總院礦物加工工程專業(yè)，主要從事選礦工藝和技術(shù)研究。E-mail：18736267389@163.com。

中圖分類號(hào)：TD912

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)03-0107-05