黃武勝 延 黎 吳世超 孫體昌

（1.中鋼設(shè)備有限公司，北京100080，2.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京100083）

鮞狀鐵礦石是一種非常重要的鐵礦石［1-2］，廣泛分布在法國(guó)洛林、美國(guó)伯明翰、哈薩克斯坦利薩科夫、阿爾及利亞Gara Djebilet以及中國(guó)鄂西—湘西北等地區(qū)［3-5］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲的鮞狀鐵礦石儲(chǔ)量約為1.4億 t，中國(guó)儲(chǔ)量約為 100 億 t，巴基斯坦為 6 600萬(wàn) t［6-7］。目前，絕大多數(shù)高磷鮞狀鐵礦石未能得到有效利用［8-10］。

詳細(xì)的工藝礦物學(xué)特征研究有助于確定適宜的礦石選礦工藝，一些高磷鐵礦石的工藝礦物學(xué)已被報(bào)道。我國(guó)鄂西地區(qū)高磷鮞狀鐵礦石鐵品位在40%～45%之間，磷含量約為1%，鐵礦物主要為赤鐵礦，通常與鮞綠泥石、磷灰石等脈石礦物形成同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)［7，11-12］。楊敏［13］對(duì)云南某高磷鐵礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，結(jié)果表明，礦石中鐵品位、磷含量分別為43.50%、0.85%，鐵礦物主要以片狀褐鐵礦的形式產(chǎn)出，大部分磷以類質(zhì)同象的形式分布在褐鐵礦中。濟(jì)源新安難處理高磷鐵礦中鐵品位和磷含量分別為50.50%、1.13%，赤鐵礦為主要鐵礦物，呈針狀分布，磷主要以菱磷鋁鍶礬形式出現(xiàn)［14］。綜上所述，不同地區(qū)高磷鐵礦石的鐵品位、磷含量，礦物組成以及嵌布關(guān)系，尤其是磷的賦存狀態(tài)明顯不同，因此，需對(duì)不同地區(qū)高磷鐵礦石的性質(zhì)進(jìn)行深入研究。

國(guó)外某高磷鮞狀鐵礦礦床位于撒哈拉西部的某盆地中，該高磷鮞狀鐵礦石賦存于巖層中泥盆紀(jì)早期形成的沉積巖里，屬于克林頓型鐵礦，由赤鐵礦—鮞綠泥石—菱鐵礦組成，含磷量高的鮞狀結(jié)構(gòu)形成透鏡狀床層［15］。研究表明，礦床中鐵品位高、儲(chǔ)量大，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是該高磷鮞狀鐵礦石性質(zhì)復(fù)雜，尤其是磷的賦存狀態(tài)比較復(fù)雜且含量較高，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用［4］。

本研究采用化學(xué)分析、XRD以及SEM-EDS方法研究該高磷鮞狀鐵礦石的化學(xué)組成、礦物組成、鐵礦物與含磷礦物的嵌布關(guān)系及磷的賦存狀態(tài)，以期為該類型鐵礦石的富集工藝提供詳細(xì)的工藝礦物學(xué)參數(shù)。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石的化學(xué)成分分析

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

由表1可知，礦石中TFe品位為55.81%，P含量為0.72%，主要脈石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分別為4.95%、5.49%、2.24%；礦石中硫含量較低。

1.2 礦石的礦物組成

采用X射線衍射分析礦石的礦物組成，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，還有少量菱鐵礦以及針鐵礦；脈石礦物主要為鮞綠泥石和方解石。

礦物定量分析結(jié)果表明，赤鐵礦和磁鐵礦含量分別為34%、41%，鮞綠泥石和方解石的含量分別為11%、6%。

1.3 礦石中鐵、磷的物相分析

為了確定鐵和磷的賦存狀態(tài)，對(duì)礦石中的鐵和磷進(jìn)行了化學(xué)物相分析，結(jié)果分別見表2、表3。

由表2、表3可知，礦石中鐵物相比較復(fù)雜，主要以磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤褐鐵礦的形式存在，總分布率達(dá)98.37%。礦石中的磷主要以磷灰石和鐵礦物中的磷存在，其中，鐵礦物中的磷分布率達(dá)到了47.22%。國(guó)內(nèi)高磷鮞狀赤鐵礦中的磷以膠磷礦或磷灰石的形式存在，鐵礦物中幾乎不含磷，此礦石中磷的存在形式更為復(fù)雜。

1.4 鐵礦物的嵌布粒度

為了查清鐵礦物在礦石中的粒度分布特征，對(duì)鐵礦物顆粒粒度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表4。

由表4可知，礦石中鐵礦物的嵌布粒度極細(xì)，其中+0.074 mm分布率僅為6.07%，而-0.010 mm分布率高達(dá)46.44%，為實(shí)現(xiàn)鐵礦物與脈石礦物的單體解離需進(jìn)行細(xì)磨，而礦石中含有鮞綠泥石易泥化，會(huì)嚴(yán)重惡化分選指標(biāo)，因此需結(jié)合選礦試驗(yàn)確定最佳的磨礦條件。

2 礦石的總體結(jié)構(gòu)

為查明礦石的總體特征，對(duì)礦石的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電子顯微鏡觀察，結(jié)果如圖2所示。

由圖2（a）可知，礦石由鮞粒和非鮞粒構(gòu)成，鮞粒的形狀主要為橢圓形，粒度大多在300 μm以下。鮞粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示，可以看出鮞粒主要由鮞核和鮞環(huán)組成，鮞粒的環(huán)帶層數(shù)少且界限不太明顯，有些鮞粒未出現(xiàn)明顯的鮞核。此外，鮞粒中的鐵礦物粒度極細(xì)，部分鐵礦物粒度在10 μm以下。

3 礦石中鐵礦物、磷灰石嵌布特征及共生關(guān)系

為了研究鐵礦物和磷灰石的嵌布特征及共生關(guān)系，對(duì)礦石的典型區(qū)域進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，鐵礦物主要以2種形式存在：①大部分鐵礦物構(gòu)成鮞粒的鮞核或鮞環(huán)，粒度小于20 μm；②少量鐵礦物分布在非鮞粒中。磷灰石主要以4種形式存在：①填充在鮞粒的間隙；②被鐵礦物包裹在鮞粒中；③與鐵礦物緊密結(jié)合形成鮞環(huán)；④分布在非鮞粒中，被鐵礦物包裹或在鐵礦物邊沿分布。從整體上看，大多數(shù)磷灰石分布在鮞粒中，與鐵礦物嵌布關(guān)系緊密。

4 磷的賦存狀態(tài)

4.1 鐵礦物中磷的存在狀態(tài)

為了研究鐵礦物中磷的存在狀態(tài)，對(duì)典型區(qū)域進(jìn)行磷元素面掃描，結(jié)果如圖4所示。

由圖4（a）可知，礦物間關(guān)系非常復(fù)雜，含磷鐵礦物的粒度只有幾個(gè)微米且與鮞綠泥石脈石緊密共生。由4（b）可知，磷均勻分布在鐵礦物中，這使得降磷更為困難。

4.2 以其他形式賦存的磷

由磷的物相分析可知，還有少量磷分布在纖磷鈣鋁石中，為了查明纖磷鈣鋁石與其它礦物的嵌布關(guān)系，對(duì)礦石進(jìn)行了SEM分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，纖磷鈣鋁石主要有兩種分布形式：①出現(xiàn)在鮞粒的鮞核中，周圍散布著微細(xì)粒鐵礦物；②在非鮞粒中，以小塊狀的形式被鐵礦物包裹。纖磷鈣鋁石顆粒粒度在20 μm以下，與鐵礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜，難以分選。

5 富集工藝探討

從選礦的工藝看，傳統(tǒng)物理分選工藝難以除去復(fù)雜的纖磷鈣鋁石、磷灰石等脈石礦物，因此，獲得的鐵精礦存在鐵品位較低而磷含量較高的問(wèn)題。即使能通過(guò)超細(xì)磨使鐵礦物充分單體解離，但鐵礦物中的磷無(wú)法除去。

若采用磁化焙燒—磁選的工藝進(jìn)行降磷研究，由于磁化焙燒溫度低，無(wú)法破壞鮞狀結(jié)構(gòu)，磨礦過(guò)程也難以實(shí)現(xiàn)鐵礦物的充分釋放，此外，低溫焙燒條件下鐵礦物中的磷難以遷移至脈石中，產(chǎn)品無(wú)法直接作為煉鐵的原料。

若采用酸浸處理該礦石，由于磷灰石以及纖磷鈣鋁石易溶于酸，以上兩種形式存在的磷能夠被除去，但存在鐵礦物中的磷難以溶于酸，且酸浸會(huì)產(chǎn)生廢液，污染環(huán)境。

如果采用直接還原—磁選工藝處理該類鐵礦石，可利用高溫破壞礦石復(fù)雜的鮞狀結(jié)構(gòu)并使鐵礦物被還原且長(zhǎng)大到一定粒度的金屬鐵，同時(shí)，添加劑與鐵礦物中磷結(jié)合使磷遷移至脈石相中，可實(shí)現(xiàn)提鐵降磷的目標(biāo)。因此，推薦采用直接還原—磁選工藝處理該類礦石。

6 結(jié) 論

（1）礦石中鐵品位高，為55.81%，有害元素磷含量為0.72%，主要脈石成分Al2O3、SiO2和CaO的含量分別為4.95%、5.49%以及2.24%。

（2）礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，還有少量菱鐵礦以及針鐵礦，脈石礦物主要有鮞綠泥石和方解石。鐵主要以磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤褐鐵礦的形式存在，總分布率達(dá)98.37%，48.61%的磷存在磷灰石中，47.22%的磷分布于鐵礦物中。

（3）礦石的鮞狀結(jié)構(gòu)不典型，鐵礦物分布在鮞粒和非鮞粒中。大部分鐵礦物與磷灰石等脈石礦物形成鮞環(huán)而嵌布關(guān)系復(fù)雜，少量鐵礦物形成鮞粒的鮞核，另一部分鐵礦物將小塊狀的磷灰石包裹在非鮞粒中。

（4）磷的存在狀態(tài)有兩種，以獨(dú)立礦物存在和存在于鐵礦物中。獨(dú)立礦物主要為磷灰石以及少量的纖磷鈣鋁石。大部分磷灰石存在于鮞粒中并被鐵礦物包裹，粒度細(xì)且與鐵礦物關(guān)系密切，用物理方法難分離；磷在鐵礦物中分布均勻，未發(fā)現(xiàn)含磷的獨(dú)立礦物，這種形式的磷無(wú)法用物理方法分離；纖磷鈣鋁石主要在非鮞粒中以小塊狀的形式出現(xiàn)被鐵礦物包裹。