張?zhí)?劉立偉 王恬君 張 昆

（1.河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營(yíng)鐵礦有限公司；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院）

黑山鐵礦位于河北省承德市，屬于典型的大廟式鐵礦床，地處我國(guó)唯一的元古宙巖體型斜長(zhǎng)巖，巖石類型齊全，由85%的謝長(zhǎng)巖、11%的灰長(zhǎng)巖和蘇長(zhǎng)巖、4%的花崗巖、紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖組成，賦存豐富的釩鈦磁鐵礦-磷灰石礦床，是我北方著名的釩鈦基地［1-3］。釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量居全國(guó)第3位，僅次于四川攀枝花地區(qū)，其有價(jià)元素豐富，如鐵、釩、鈦和磷等，是世界公認(rèn)的緊缺資源，開采加工利用價(jià)值極大［4］。通過對(duì)河北承德黑山鐵礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，系統(tǒng)的分析黑山鐵礦的礦石特性，為高效綜合開發(fā)利用黑山鐵礦提供礦物學(xué)依據(jù)，對(duì)其有價(jià)元素的分選和現(xiàn)有鐵礦石處理工藝流程的改進(jìn)提供工藝礦物學(xué)基礎(chǔ)。

1 黑山鐵礦化學(xué)組成

1.1 化學(xué)元素分析

將代表性鐵礦石碎磨至粒度小于0.075 mm，混勻縮分出50 g進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

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由表1可知，該礦全鐵品位21.51%，F(xiàn)eO品位16.77%，TiO2品位4.71%，V2O5品位0.21%，SiO2含量35.39%，CaO含 量5.71%，其 有 害 元 素P2O5品 位0.23%。因?yàn)椋é谻aO+ωMgO）/（ωSiO2+ωAl2O3）=0.18，所以礦石顯酸性。

1.2 化學(xué)物相分析

鐵礦中鐵元素主要以氧化物（如赤鐵礦、磁鐵礦、鮞狀赤鐵礦和鏡鐵礦等）、碳酸鹽（如菱鐵礦）、氫氧化物（針鐵礦和褐鐵礦等）和硫化物（如黃鐵礦和雌黃鐵礦）形式存在。鈦主要賦存于磁鐵礦（鈦磁鐵礦）、鈦鐵礦和金紅石中［5］。礦石鐵、鈦物相分析結(jié)果見表2、表3。

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由表2可知，黑山鐵礦中有70.98%的鐵富集在磁鐵礦和鈦鐵礦中，其中磁鐵礦中的鐵經(jīng)磨礦—磁選工藝即可回收，鐵礦物的理論回收率為61.73%；有9.25%的鐵分布于鈦鐵礦中，隨非磁性產(chǎn)品進(jìn)入磁選尾礦中，這是黑山鐵礦鐵回收率低的主要原因之一。

由表3可知，黑山鐵礦有20.57%的鈦存在于磁性鐵中，這部分鈦不能通過碎磨工藝實(shí)現(xiàn)含鈦和含鐵礦物的單體解離，在磨礦—磁選工藝中伴隨磁性鐵礦物一同進(jìn)入鐵精礦產(chǎn)品中，不能通過傳統(tǒng)的選礦工藝分離，這也是黑山鐵礦磁精礦品位偏低，含鈦量高的主要原因。黑山鐵礦的鈦主要賦存在鈦鐵礦中，鈦鐵礦在磨礦—磁選工藝中隨非磁性產(chǎn)品進(jìn)入磁選尾礦中，鈦鐵礦可通過浮選進(jìn)行回收，鈦的理論回收率為60.63%，另有9.93%的鈦存在于金紅石中。

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2 礦石的礦物組成及含量

將黑山鐵礦石通過光學(xué)顯微鏡用目測(cè)和計(jì)算的方法進(jìn)行礦物統(tǒng)計(jì)，分析結(jié)果見表4。

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由表4可知，黑山鐵礦中的有價(jià)礦物主要為磁鐵礦和鈦鐵礦，含量分別為23.07%和4.65%，其余含鐵礦物由高到低分別為菱鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和黃鐵礦，因其含量較低，不具有回收價(jià)值。脈石礦物主要為斜長(zhǎng)石和綠泥石，含量分別為38.57%和15.32%。有害元素磷主要賦存于磷灰石中，含量為1.34%，石英含量較低，僅為4.26%。

3 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 黑山鐵礦礦石構(gòu)造

黑山鐵礦礦石主要呈深灰黑色或暗綠黑色，極少部分呈灰白色或淺肉紅色，致密較堅(jiān)硬，屬巖漿巖型含鈦磁鐵礦礦石，由于受后期熱液作用影響，蝕變現(xiàn)象強(qiáng)烈，礦石中的脈石礦物和礦石礦物均受到不同程度和形式的交代作用［6-7］。礦石中磁鐵礦和鈦鐵礦呈不均勻粒狀無規(guī)則排列于脈石礦物中，呈侵染狀構(gòu)造［8］。

3.2 黑山鐵礦礦石結(jié)構(gòu)

該礦石的結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、揉皺結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)等［9］。

（1）自形、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中部分磁鐵礦、鈦鐵礦和黃鐵礦結(jié)晶較好，呈自形、半自形晶粒狀（圖1）。

（2）他形晶粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中部分磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦呈不規(guī)則粒狀或集合體形態(tài)分布（圖2）。

（3）交代結(jié)構(gòu)。因黑山鐵礦石受蝕變作用的影響，交代結(jié)構(gòu)較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為脈石礦物間的交代，如絹（白）云母、碳酸鹽礦物、綠泥石、簾石等沿斜長(zhǎng)石邊緣或雙晶縫進(jìn)行交代，使得斜長(zhǎng)石較臟濁或邊緣呈圓弧狀（圖3）；脈石礦物對(duì)金屬礦物的交代主要表現(xiàn)為綠泥石對(duì)磁鐵礦的交代，其中綠泥石沿磁鐵礦顆粒邊緣、顆粒裂隙或結(jié)晶方向進(jìn)行交代，使得磁鐵礦顆粒邊緣成圓滑弧狀（圖4）。金屬礦物間的交代可見白鐵礦沿黃鐵礦邊緣進(jìn)行浸蝕交代（圖5）。

（4）包含結(jié)構(gòu)。礦石中金屬礦物包含脈石礦物顆粒，如磁鐵礦中包含磷灰石（圖6）；一種金屬礦物包含另一種金屬礦物，如黃鐵礦中包含黃銅礦（圖7）；脈石礦物中包含有金屬礦物顆粒，如細(xì)小微粒狀的磁鐵礦或鈦鐵礦包于脈石礦物中（圖8、圖9）。

（5）壓碎結(jié)構(gòu)。磁鐵礦、鈦鐵礦或黃鐵礦受地質(zhì)應(yīng)力作用，發(fā)生碎裂并產(chǎn)生裂隙，但位移不大，可以拼接，沿裂隙多被綠泥石等脈石礦物充填（圖10）。

（6）揉皺結(jié)構(gòu)。礦石受應(yīng)力作用后，金屬礦物如磁鐵礦和鈦鐵礦產(chǎn)生塑性變形，并彎曲成微型褶曲（圖11）；脈石礦物如斜長(zhǎng)石發(fā)生韌性變形，其聚片雙晶產(chǎn)生彎曲甚至斷裂（圖12）。

（7）固溶體分離結(jié)構(gòu)。多見于磁鐵礦中，鈦鐵礦呈細(xì)長(zhǎng)的片晶或鈦鐵晶石呈極細(xì)的葉片狀在磁鐵礦中沿一定方向平行定向分布（圖13）。

（8）浸染狀構(gòu)造。在脈石礦物的基質(zhì)內(nèi)分布著磁鐵礦和鈦鐵礦等金屬礦物，其分布無方向性。當(dāng)金屬礦物含量在5%～25%時(shí)，為稀疏浸染狀構(gòu)造；當(dāng)金屬礦物含量在25～50%時(shí)，為稠密浸染狀構(gòu)造。

（9）塊狀構(gòu)造。礦石中的磁鐵礦和鈦鐵礦含量在50%以上，脈石礦物較少，金屬礦物彼此組成致密的集合體，彼此相連，分布無方向性。

4 主要礦物的產(chǎn)出特征

4.1 有價(jià)礦物

黑山鐵礦中主要有價(jià)礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦和磷灰石，其他有價(jià)礦物含量較少，可利用價(jià)值不大。

（1）磁鐵礦呈自形、他形晶粒狀，顯均質(zhì)性，顆粒內(nèi)裂隙、孔洞較發(fā)育，在其中常充填有脈石礦物，如綠泥石、碳酸鹽礦物或磷灰石等（圖4）。沿其結(jié)晶方向{111}和{100}常見鈦鐵礦或鈦鐵晶石的固溶體分離呈格子狀、細(xì)片狀或葉片狀分布，多數(shù)為粗大的顆粒，呈單顆?；蚣象w分布，大小為1～20 mm（圖14）。極少數(shù)粒度細(xì)小，為脈石礦物蝕變后析出或強(qiáng)烈交代磁鐵礦后的殘留，粒度為0.01～0.2 mm（圖8）。

（2）鈦鐵礦具顯著非均質(zhì)性，按其形態(tài)、大小和分布狀態(tài)可分為3種，其一呈半自形、他形粒狀或板狀晶體，以單顆?；蚣象w形式出現(xiàn)，大小在0.2～5 mm，這類鈦鐵礦常與磁鐵礦緊密連生或沿磁鐵礦邊緣環(huán)繞分布（圖10）；其二呈片晶狀出溶于磁鐵礦中，構(gòu)成固溶體分離結(jié)構(gòu)，片晶呈長(zhǎng)板條狀，長(zhǎng)度多在0.4～6 mm，寬度較大的在0.04～0.2 mm，寬度較小的在0.01～0.001 mm，這種較細(xì)小的片晶狀鈦鐵礦不易與磁鐵礦分離（圖14）；其三呈細(xì)小他形粒狀，分布于脈石礦物中，此類鈦鐵礦多為脈石礦物蝕變過程中析出或交代后的殘留（圖9）。

（3）黃鐵礦呈自形—他形晶粒狀，具淡黃色反射色，顯均質(zhì)性，無內(nèi)反射，粒度粗細(xì)不等，在0.01～0.6 mm，多零散分布于脈石礦物粒間，少見與磁鐵礦或鈦鐵礦等連生，偶見與白鐵礦交生、連生或被其沿邊緣浸蝕交代（圖15）。

（4）黃銅礦呈他形晶粒狀，具銅黃色反射色，顯均質(zhì)性，無內(nèi)反射，粒度為0.01～0.5 mm，多分布于脈石礦物粒間，少見與其他金屬礦物呈連生或包裹關(guān)系（圖15）。

4.2 脈石礦物

礦石中與礦石礦物密切相關(guān)的脈石礦物主要為斜長(zhǎng)石、磷灰石和次生蝕變礦物，礦石礦物常與脈石礦物緊密連生、包裹或被其不同程度的交代。

（1）斜長(zhǎng)石呈半自形、他形板條狀，粒度在（0.4×0.2）～（6×2）mm，最大可達(dá)10 mm×3.5 mm左右，聚片雙晶發(fā)育，部分受應(yīng)力作用影響發(fā)生韌性變形或碎裂，多伴隨不同程度、類型的蝕變現(xiàn)象，蝕變強(qiáng)烈時(shí)幾乎全部被次生蝕變礦物覆蓋，按其蝕變類型可分為鈉黝簾石化、綠簾石化、碳酸鹽化、綠泥石化、絹（白）云母化、黏土化，且通常至少同時(shí)伴隨2種或以上類型的蝕變現(xiàn)象（圖16）。

（2）磷灰石多呈不規(guī)則粒狀，裂隙較為發(fā)育，表面常伴有渾濁物，且含較多呈帶狀分布的塵點(diǎn)狀雜質(zhì)，顆粒粗大，在1～8 mm，邊緣多呈港灣狀或弧形彎曲，與次生蝕變礦物或金屬礦物連生或互相包裹。

（3）綠泥石呈細(xì)小鱗片狀集合體，多沿磁鐵礦邊緣或裂隙對(duì)其進(jìn)行不同程度的交代。

（4）碳酸鹽礦物呈半自形、他形粒狀或粒狀集合體，分布于其他礦物粒間或粒中，交代斜長(zhǎng)石或磁鐵礦等。

5 結(jié)論

（1）黑山鐵礦中的有價(jià)礦物主要為磁鐵礦和鈦鐵礦，含量分別為23.07%和4.65%。磁鐵礦呈自形、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)為粗大的顆粒，呈單顆?；蚣象w分布，粒度在1～20 mm。部分鈦鐵礦呈片晶狀出溶于磁鐵礦中，構(gòu)成固溶體分離結(jié)構(gòu)，片晶呈長(zhǎng)板條狀，很難通過碎磨工藝實(shí)現(xiàn)這部分鈦鐵礦和磁鐵礦間的單體解離，這是黑山鐵礦磁選精礦全鐵品位偏低、鈦品位偏高的主要原因之一。

（2）承德黑山鐵礦全鐵品位為21.51%，其中磁性鐵品位為13.28%，可通過碎磨—磁選工藝將其中的磁性鐵礦物回收，其理論回收率為61.73%。鈦主要分布于鈦鐵礦中，經(jīng)過碎磨—磁選工藝后，鈦鐵礦隨非磁性礦物進(jìn)入磁選尾礦中，通過全浮選流程可回收利用，其理論回收率為60.63%。