卞孝東,馬 馳,王守敬
(1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所,河南 鄭州 450006;2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心,河南 鄭州 450006)
惠民鐵礦區位于云南省普洱市瀾滄縣惠民鄉,該礦床屬于海相火山-沉積型鐵礦床,產于新元古界瀾滄群惠民組?;菝窠M以中-基性火山巖和鐵礦層為主,區內共有鐵礦體34個,其中Ⅳ、Ⅱ2、Ⅱ1為主要礦體,占總儲量73.3%。礦體呈似層狀、層狀產出,礦石物質成分復雜, 礦石主要構造有條紋條帶狀、塊狀、角礫狀、浸染狀和流紋狀等。礦區經詳細普查,已探明鐵礦石量21.89億t,平均品位30% 左右,達超大型鐵礦床規模?;菝耔F礦礦石類型較復雜,以褐鐵礦礦石、菱鐵礦石、菱鐵磁鐵礦石、硅質菱鐵礦石、綠泥菱鐵礦石、鐵蛇紋菱鐵礦石為常見,其中原生礦石占84% ,具有硅高、硫高、磷高、品位低、粒度細等特點,屬難選用礦石。礦石自然類型主要有菱鐵磁鐵礦石、菱鐵礦石,其次為硅質菱鐵礦石、綠泥菱鐵礦石、鐵蛇紋菱鐵礦石,分別占總儲量的24.4% 、40%、15%、15% 和4%[1-2]。云南惠民鐵礦儲量多,埋藏淺,易于開采。但由于礦石品位低,粒度細,組分復雜,磷含量高,十分難選,長期以來一直沒有開發利用[3]。本文對該礦的工藝礦物學進行了詳細的研究,旨在為該礦的開發利用提供依據。
對原礦樣品進行化學多項分析和物相分析,分析結果見表1、表2。礦石的主要礦物含量見表3。
表1 原生礦原礦化學多項分析結果/%
表2 原生礦的鐵物相分析結果
表3 原生礦的主要礦物含量
1) 礦石的構造。塊狀構造:塊狀的菱鐵礦-磁鐵礦礦石均由泥晶狀菱鐵礦和磁鐵礦組成,礦石具層狀、碎裂狀。條紋條帶狀構造:磁鐵礦呈稠密條帶浸染狀分布,也可見綠泥石-石英和磁鐵礦相對聚集形成條帶狀構造。浸染狀構造:菱鐵礦粒間多有石英分布,形成浸染狀構造,部分磁鐵礦和黃鐵礦也呈浸染狀分布。
2) 礦石的結構。碎裂結構:大部分的磁鐵礦多發生碎裂,形成碎裂結構。泥晶結構:菱鐵礦結晶粒度微細,呈泥晶結構。鱗片狀結構:綠泥石常呈鱗片狀集合體的形式出現。顯微球粒結構:球粒為細粒的菱鐵礦的集合體組成,多呈圓形、橢圓形,球粒間多充填綠泥石、石英和膠磷礦。
1) 菱鐵礦:菱鐵礦為主要的礦石礦物之一,常呈泥晶狀、粉晶狀、針狀、長條狀,多與磁鐵礦、綠泥石、石英、黑硬綠泥石混雜共生。菱鐵礦主要分為兩類,一種是原生沉積形成泥晶狀、球粒狀的菱鐵礦,這種菱鐵礦多與石英、綠泥石密切共生,這些脈石礦物多粒度很細,而且二者之間的接觸界限多為不規則狀,不利于單體解離;另一種是與石英形成石英-菱鐵礦脈,這種菱鐵礦與石英接觸界限平直,易于解離。菱鐵礦的原生粒度統計結果見表4。從表4可以看出,菱鐵礦粒度多在0.038~0.01mm之間,平均粒度為0.03mm,+0.074mm僅占14.25%,菱鐵礦屬于細粒嵌布。
表4 原生礦主要礦物原生粒度統計結果/%
為了查清菱鐵礦的化學成分,挑選菱鐵礦單礦物做化學分析,其中含Fe為37.39%,含P為0.077%。根據電子探針的分析結果(表5),該菱鐵礦多含有一定量的Mg、Mn、Al、Si、Ca等雜質元素,這些雜質元素主要是以極細的機械混入物和類質同象的形式存在。電子探針分析其中菱鐵礦磷的含量,平均P為0.017%,含Fe38.29%。鐵的分析與單礦物分析相差不大,單礦物磷的含量較高,說明菱鐵礦中存在細粒的膠磷礦包體。
2) 磁鐵礦:磁鐵礦是選礦回收的主要對象之一,多呈自形-半自形粒狀結構,稠密浸染狀分布,多與與菱鐵礦、石英、綠泥石、黏土礦物混雜共生。磁鐵礦的粒度統計結果見表4,磁鐵礦粒度較細,平均粒度為0.012mm,+0.074mm僅占2.84%,屬于微細粒嵌布。部分磁鐵礦的原生粒度較粗,但是由于受后期的地質作用影響,多發生碎裂,裂隙多被菱鐵礦和石英、綠泥石等脈石礦物充填,造成其粒度細化,這是磁鐵礦粒度較細的主要原因。大部分的磁鐵礦的邊緣發生不同程度的氧化,氧化為褐鐵礦,這也會增加選礦難度。
表5 菱鐵礦電子探針分析結果/%
注:本次分析在中國地質科學院礦產資源所,下同。
人工挑選磁鐵礦單礦物分析其中TFe67.10%,含P為0.032%,說明磁鐵礦本身含磷較低。根據電子探針分析結果(表6),該磁鐵礦多含有一定量的Mg、Al、Si等雜質元素。
表6 磁鐵礦電子探針分析結果/%
3) 褐鐵礦:在礦石中含量約在21.7%,多為磁鐵礦氧化的產物,與磁鐵礦關系密切。挑選褐鐵礦的單礦物分析,褐鐵礦含TFe為46.28%,含P為0.55%。
4) 黃鐵礦:半自形-他形粒狀,浸染狀分布,或者細脈狀分布,粒度粗細不均,一般在0.01~0.15mm之間,多與磁鐵礦、菱鐵礦粒間。挑選黃鐵礦單礦物分析其中TFe44.62%。
5) 膠磷礦:多呈不規則狀、橢圓狀,隱晶質,在正交鏡下膠磷礦表現為均質體,混雜分布在菱鐵礦、磁鐵礦和石英粒間,粒度在0.001~0.15mm之間。從電子探針的分析結果(表7)來看,該膠磷礦含FeO一般在0.48%~2.44%之間,膠磷礦含有一定量的Al、Si、Fe等雜質元素。
表7 膠磷礦電子探針分析結果/%
6) 石英:是最主要的脈石礦物,多為他形粒狀、細脈狀分布,粒度粗細不均,以細粒為主,一般多在0.02~0.2mm之間。根據電子探針的分析(表8)結果,石英中P2O5的含量在0.17%~0.83%之間,還含有少量的Fe、Al等元素。
7) 綠泥石:多為不規則狀,層紋狀分布,結晶粒度細小,多在0.01mm以下,混雜分布在菱鐵礦、磁鐵礦粒間,有些石英脈中也有分布。
表8 石英的電子探針分析結果
8) 黑硬綠泥石:多為片狀、針狀、束狀,粒度在0.005~0.03mm之間,與菱鐵礦、磁鐵礦混雜分布,少量粒度較粗呈細脈狀。
主要的含鐵礦物是菱鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦,還有硅酸鹽和黃鐵礦等,這些鐵礦之間相互混雜產出。膠磷礦與鐵礦物關系密切,而且膠磷礦的粒度很細,與含鐵礦物單體解離較為困難。
鐵和磷在各個礦物中的分布情況見表9??梢钥闯?采用磁化焙燒的話,鐵的最大理論回收率為92.75%,可以回收的礦物主要是菱鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦;采用弱磁+強磁的話,鐵的最大回收率為52.33%。磷元素主要賦存在膠磷礦中,但是多以細粒包體的形式存在褐鐵礦、菱鐵礦和磁鐵礦中。褐鐵礦中的P約占總磷的11.76%,所以褐鐵礦除磷相對較為困難,這一部分磷主要以微細粒包體和離子吸附的形式存在。
表9 原生礦中鐵、磷在各個礦物中的分布情況
注:*為礦物的成分為電子探針分析結果的平均值。
1) 惠民鐵礦原生礦為高硫高磷混合型礦石,以菱鐵礦為主,其次為磁鐵礦和褐鐵礦,菱鐵礦的含量約為31.2%,磁鐵礦的含量約為7.9%,褐鐵礦的含量約為21.7%,脈石礦物主要是石英和綠泥石,其次是黑硬綠泥石和黏土礦物。
2) 原生礦中菱鐵礦主要以泥晶狀集合體產出,與綠泥石、石英混雜產出,結構復雜,菱鐵礦粒度多在0.038~0.01mm之間, +0.074mm僅占14.25%,菱鐵礦屬于細粒嵌布。磁鐵礦呈自形-半自形粒狀結構,稠密浸染狀分布,多與與菱鐵礦、石英、綠泥石、黏土礦物混雜共生。磁鐵礦+0.074mm僅占4.97%,屬于微細粒嵌布。大部分磁鐵礦發生碎裂,裂隙多被菱鐵礦和石英、綠泥石等脈石礦物充填,造成其粒度細化,這是磁鐵礦粒度較細的主要原因。大部分的磁鐵礦的邊緣發生不同程度的氧化,氧化為褐鐵礦,這也會增加選礦難度。
3) 礦石中S主要賦存在黃鐵礦中,P元素主要以膠磷礦的形式分布在菱鐵礦、褐鐵礦和磁鐵礦中,所以除P相對較為困難。這一部分磷主要以微細粒包裹體和離子吸附的形式存在。
4) 原生礦主要難選原因,為礦石鐵礦物種類復雜,嵌布粒度較細,嵌布關系復雜,菱鐵礦和磁鐵礦與石英、綠泥石等脈石礦物難于解離,膠磷礦與礦石鐵礦物關系密切,難于單體解離。
[1]馮本智,盧民杰.滇西惠民前寒武紀鐵礦床的形成條件[ J] .長春地質學院學報,1982,10(2):11-30.
[2]許東,尹光侯.滇西惠民式鐵礦找礦模型及預測[J],地質與勘探, 2010,46(5):765-776.
[3]李慧斌,王華,郈亞麗,等.富氧頂吹熔融還原冶煉高磷鐵礦與鈦鐵礦配礦的試驗研究[J].鋼鐵,2012, 47(1):19-23.