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国外某难选铁矿石工艺矿物学基因特性研究
2019-03-14
为缓解国内铁矿石资源短缺与需求急剧攀升的矛盾,推行矿产资源全球化发展战略,开发国外铁矿 资源已势在必行。通过光学显微镜、化学分析、X 射线衍射、扫描电镜等分析手段,对国外某难选铁矿石的化学组 成、矿物组成、元素赋存状态及矿物间的嵌布特征进行了详细研究。结果显示:矿石 TFe 品位为 55.88%,矿物组成 相对简单,主要有用矿物为赤铁矿和褐铁矿,主要脉石矿物为三水铝石;赤铁矿主要呈他形粒状或他形—半自形粒 状与其他矿物紧密连生,褐铁矿主要以他形粒或胶状结构分布于赤铁矿周围,三水铝石主要呈粒状或碎屑状包裹 于铁矿物中,矿物间嵌布关系复杂,结晶粒度微细,单体解离困难;主要矿物面扫描结果显示,铁、铝...
Series No. 512 February 2019 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 512 期 2019 年第 2 期 ·工艺矿物学· 国外某难选铁矿石工艺矿物学基因特性研究 1 ,2 1,2 1,2 1,2 余建文 王 勋 韩跃新 李艳军 ( 1. 东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819; 2 . 难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心,辽宁 沈阳 110819) 摘 要 为缓解国内铁矿石资源短缺与需求急剧攀升的矛盾,推行矿产资源全球化发展战略,开发国外铁矿 资源已势在必行。通过光学显微镜、化学分析、X 射线衍射、扫描电镜等分析手段,对国外某难选铁矿石的化学组 成、矿物组成、元素赋存状态及矿物间的嵌布特征进行了详细研究。结果显示:矿石 TFe 品位为 55.88%,矿物组成 相对简单,主要有用矿物为赤铁矿和褐铁矿,主要脉石矿物为三水铝石;赤铁矿主要呈他形粒状或他形—半自形粒 状与其他矿物紧密连生,褐铁矿主要以他形粒或胶状结构分布于赤铁矿周围,三水铝石主要呈粒状或碎屑状包裹 于铁矿物中,矿物间嵌布关系复杂,结晶粒度微细,单体解离困难;主要矿物面扫描结果显示,铁、铝元素在铁矿物 和三水铝石中分布均匀、共生关系密切,部分铝以类质同象的形式存在于赤铁矿和褐铁矿中,物理选矿方法无法实 现铝、铁的有效分离,建议采用选冶联合流程处理该矿石。 关键词 铁矿石 工艺矿物学 矿物组成 嵌布特征 扫描电镜 中图分类号 TD912 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2019)-02-178-05 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201902034 Processing Mineralogical Genetic Characterization of a Foreign Refractory Iron Ore 1,2 1,2 1,2 1,22 Yu Jianwen Wang Xun Han Yuexin Li Yanjun (1. School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China;2. National-Local Joint Engineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology,Shenyang 110819,China) Abstract In order to alleviate the contradiction between resources shortages of domestic iron ore resource and increas⁃ ing demands,implement the globalization development strategy of mineral resource,it was imperative to exploit and develop foreign iron ore resources. The chemical composition,phase composition,occurrence state of element,dissemination relation⁃ ship and distribution of element of certain foreign iron ore were deeply analyzed by optical microscope,chemical analysis, XRD and SEM analyses. The results show that TFe grade of the ore is 55.88%,and mineral composition is simple. Hematite and limonite are the main useful minerals,and gibbsite is the main gangue. The distribution of hematite is mainly allotriomor⁃ phic granular or llotriomorphic–hypidiomorphic granular and the hematite is closely locked with other minerals. Limonite dis⁃ tributed around hematite and show allotriomorphic granular distribution or colloform distribution. Gibbsite is included in iron mineral and mainly be granular and clastic. Since the complex dissemination and fine grain size of minerals,the mineral liber⁃ ation is hard. SEM-EDS surface photograph of main minerals show that the elements of iron and aluminum are equally distrib⁃ uted and locked closely. And partial aluminum is present in hematite and limonite in the form of isomorphism. Thus the sepa⁃ ration of iron and aluminum is hard by physical beneficiation,and it is recommended to use the combined beneficiation-metal⁃ lurgy process to treat this kind of the ore. Keywords Iron ore,Process mineralogy,Mineral composition,Dissemination characteristic,SEM 矿产资源是经济发展和工业化的重要物质基 年来,随着我国钢铁行业的快速发展,对铁矿石的需 [1] [3] 础 。铁矿石是世界第二大商品,是矿产资源的重要 求量急剧攀升 。但由于我国铁矿资源整体呈现贫、 [ 2] 组成部分,对国民经济和社会发展有重大影响 。近 细、杂的特点,优质铁矿资源匮乏,国内铁矿石生产 收稿日期 2018-11-22 基金项目 国家自然科学基金项目(编号:51674064),中国博士后科学基金项目(编号:2018M631812),东北大学博士后科研基金项目(编号: 0180316)。 勋(1994—),男,博士研究生。通讯作者 余建文(1988—),男,博士后。 2 作者简介 王 · 178 · 王 勋等:国外某难选铁矿石工艺矿物学基因特性研究 2019年第2期 企业产能不足,使得国内铁矿石资源短缺与需求急 自动分析仪和偏光显微镜,对矿石中的主要矿物进 行定量测定,结果如表2所示。 [4-7] 剧攀升的矛盾越来越突出 。为顺应经济全球化发 展趋势,推行矿产资源全球化发展战略,在大力提高 国内铁矿资源保障程度的同时,充分利用国外铁矿 [8-10] 资源已势在必行 。目前,我国许多钢铁企业已经 走出国门积极开发国外铁矿资源。本研究以国外某 难选铁矿石为研究对象,拟通过化学分析、光学显微 镜、X 射线衍射、扫描电镜等分析检测手段对该铁矿 石进行系统的工艺矿物学基因特性研究,以期为该 铁矿石的高效开发利用提供指导。 由表 2 可知:矿石矿物组成简单,主要有用矿物 ( 假 象)赤 铁 矿 和 褐 铁 矿 含 量 分 别 为 49.99% 和 4 3.15%,磁铁矿少量(含量为 0.30%);主要脉石矿物 1 矿石物质组成 为三水铝石和石英,含量分别为3.35%和1.35%,其他 脉石矿物有石榴石、角闪石等,含量均较低,分别为 1 . 1 化学组成 2 3 矿石主要化学成分 TFe、FeO、SiO 、Al O 、CaO、 MgO、P、S 含量分别为 55.88%、0.29%、3.01%、7.28%、 .05%、0.08%、0.088%、0.028%。矿石主要有用元素 2 0 .75%和0.56%。 2 2 矿石主要矿物嵌布特征 . 1 赤铁矿 赤铁矿是矿石中的主要含铁矿物。EDS 能谱分 0 2 3 2 为铁,主要杂质成分为 Al O 和 SiO ,有害元素硫、磷 含量较低。 析表明,赤铁矿中Fe的质量分数为64.35%,铝的质量 分数为0.58%,另含有少量Si、P等元素。赤铁矿结晶 粒度细,-0.075 mm 粒级含量为 75.96%,其中 0.02~ 铁是矿石中主要有价元素,为确定矿石中铁的 赋存状态,对其进行了化学物相分析,结果见表1。 0.045 mm 粒级占 36.30%;-0.02 mm 粒级占 17.48%。 赤铁矿主要有2种嵌布类型:①呈他形粒状分布(图2 ( a)),粒径介于 0.01~0.07 mm,与脉石紧密连生形成 集合体,包裹于脉石或胶状褐铁矿中;②呈他形—半 自形粒状分布(图 2(b)),沿磁铁矿边部及裂隙交代 磁铁矿形成交代结构,其次,与褐铁矿或脉石紧密连 生形成集合体。 由表1可知,矿石中铁主要以赤(褐)铁矿形式存 在,分布率为98.44%,少量分布于磁性铁中。 1 . 2 矿物组成 为探明矿石的物相组成,进行了XRD衍射分析, 结果如图1所示。 由图1可知,矿石主要矿物为赤铁矿、针铁矿、石 英、三水铝石和磁铁矿,其他矿物含量较少,在 XRD 图谱中无法显示。 为明确矿石的物质组成及含量,采用 MLA 矿物 · 179 · 总第512期 金 属 矿 山 2019年第2期 2 . 2 褐铁矿 褐铁矿是矿石中另一种主要含铁矿物。EDS 能 谱分析表明,褐铁矿平均铁含量为 52.93%,杂质铝、 硅平均质量分数分别为4.38%和1.38%。褐铁矿结晶 粒度粗细不均,-0.075 mm粒级占51.33%,其中0.02~ 0.045 mm 粒级占 16.18%,-0.02 mm 粒级占 28.20%。 部分粗粒褐铁矿呈集合体包裹细粒脉石、赤铁矿 等。褐铁矿主要有2种嵌布类型:①呈他形粒状或粒 状集合体浸染分布于赤铁矿边部(图 3(a)),结晶粒 度介于 0.01~0.12 mm;②呈胶状分布(图 3(b)),结晶 粒度介于0.15~0.41 mm。 对赤铁矿、褐铁矿及三水铝石矿物颗粒进行了面扫 描分析。 3 . 1 赤铁矿、褐铁矿 赤铁矿和褐铁矿中普遍含铝、硅等杂质,为探讨 杂质元素与铁元素之间的关系,分别对赤铁矿和褐 铁矿矿物颗粒进行 EDS 能谱面扫描分析,结果如图 5~7所示。 2 . 3 三水铝石 三水铝石为矿石中的主要脉石矿物,是铝的氢 氧化物。EDS能谱分析表明,三水铝石中铝的平均质 量分数为28.97%,平均含铁5.32%。三水铝石结晶粒 度微细,-0.075 mm 粒级占 65.42%,其中-0.02 mm 粒 级占32.14%。三水铝石主要有2种嵌布类型:①呈粒 状包裹于褐铁矿中(图4(a)),并与赤铁矿紧密共生, 即使细磨也难以完全解离;②呈碎屑状包裹细粒赤 铁矿(图 4(b)),赤铁矿包裹粒径介于 0.02~0.05 mm 时,可以通过细磨与三水铝石实现单体解离;但赤铁 矿呈微细粒星点状(粒径小于 0.01 mm)包裹于三水 铝石中时,即使细磨也无法解离。 3 主要矿物的面扫描分析 由EDS能谱分析可知,赤铁矿、褐铁矿等矿物中 由图5可知,褐铁矿与铝、硅嵌布关系十分密切, 褐铁矿包裹微细粒(<10 μm)三水铝石(图5(b))和石 均含有一定量的铝元素,且三水铝石矿物中也含有 一定量的铁元素,为探明矿物中铁、铝的赋存形式, · 180 · 王 勋等:国外某难选铁矿石工艺矿物学基因特性研究 结果如图8和图9所示。 2019年第2期 英(图5(c)),很难通过细磨使其完全解离。 由图6可知,褐铁矿颗粒中铝、硅分布比较均匀, 无独立铝、硅矿物,推测铝、硅是以类质同象形式存 在于褐铁矿中。因此,通过物理选矿无法使铝、硅与 铁完全分离。 由图 8 可知:三水铝石与铁矿物紧密镶嵌,三水 铝石颗粒中包裹有微细赤、褐铁矿颗粒,这种镶嵌关 系通过细磨可以达到部分铁、铝解离。 由图 9 可知,部分 Fe 元素在三水铝石矿物颗粒 中分布相对均匀,推测是以类质同象形式存在,这部 分铁通过物理选矿无法与铝分离。 由图7可知,赤铁矿中铝、硅扫描强度比较弱(圆 圈区域),说明赤铁矿中铝、硅含量较褐铁矿中低,但 铝、硅在赤铁矿中分布也相对均匀,表明部分铝、硅 以类质同象形式赋存于赤铁矿中。 综上所述,矿石中铝、硅与铁的共生关系密切, 部分铝、硅以类质同象形式赋存于赤/褐铁矿中,少量 铁以类质同象形式赋存于三水铝石中。因此,采用 常规物理选矿方法无法实现铁与铝(硅)的有效分 离,建议采用选冶联合流程处理该矿石。 3 . 2 三水铝石 三水铝石与铁矿物嵌布关系十分密切,化学成 分显示三水铝石中普遍含铁。为探讨三水铝石中铁 的存在形式,对其进行 Al-O-Fe 元素的面扫描分析, · 181 · 总第512期 金 属 矿 山 2019年第2期 Zhu Qingshan,Li Hongzhong. Status quo and development pros⁃ 4 结 论 pect of magnetizing roasting via fluidized bed for low grade iron ore (1)国外某铁矿石 TFe 品位 55.88%,主要有用矿 [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering(China),2014, 物为赤铁矿、褐铁矿,主要脉石矿物为三水铝石和石 英。铁主要以赤铁矿和褐铁矿形式存在,少量赋存 于磁铁矿中。主要含铝矿物为三水铝石,有害元素 硫、磷含量较低。 6 5(7):2437-2442. [ 4] 韩跃新,孙永升,李艳军,等. 我国铁矿选矿技术最新进展[J]. 金属矿山,2015(2):1-11. Han Yuexin,Sun Yongsheng,Li Yanjun,et al. New development on mineral processing technology of iron ore resources in China[J]. Metal Mine,2015(2): 1-11. (2)赤铁矿主要呈他形粒状或他形—半自形粒 状与其他矿物紧密连生,赤铁矿结晶粒度细,-0.075 mm粒级含量为75.96%;褐铁矿主要以他形粒或胶状 结构分布于赤铁矿周围,褐铁矿结晶粒度粗细不 均,-0.075 mm 粒级含量为 51.33%;三水铝石主要呈 粒状或碎屑状包裹于铁矿物中,矿物间嵌布关系复 杂,结晶粒度微细,-0.075 mm粒级占65.42%,单体解 离困难。 [ 5] 张泾生. 我国铁矿资源开发利用现状及发展趋势[J]. 钢铁, 2007,42(2):1-6. Zhang Jingsheng. Status and trend of exploitation and utilization of iron ore resources in China[J]. Iron and Steel,2007,42(2): 1-6. [6] 袁致涛,高 太,印万忠,等. 我国难选铁矿石资源利用的现状 及发展方向[J]. 金属矿山,2007(1):1-6. Yuan Zhitao,Gao Tai,Yin Wanzhong,et al. Status quo and devel⁃ opment orientation of China’s refractory ore resource utilization [J]. Metal Mine,2007(1): 1-6. (3)主要矿物面扫描结果显示,铁、铝元素分布 均匀、共生关系密切,部分铝以类质同象的形式存在 于赤铁矿和褐铁矿中,物理选矿方法无法实现铝、铁 的有效分离,建议采用选冶联合流程处理该矿石。 [7] 李新创. 对我国铁矿资源保障战略的思考[J]. 冶金经济与管 理,2012(6):4-8. Li Xinchuang. Thoughts on China's iron ore resource security strat⁃ egy[J]. Metallurgical Economics and Management,2012(6): 4-8. [8] 侯 卉,李 兵,王 娜. 我国铁矿石资源可持续发展的战略分 参 考 文 献 析[J]. 金属矿山,2007(10):18-21. Hou Hui,Li Bing,Wang Na. Strategy analysis for the continuable development of China′ s iron ore resource[J]. Metal Mine,2007 [ 1] 陶建格,沈 镭,刘长虎,等. 中国铁矿石进口供需形势与边际 定价研究[J]. 中原工学院学报,2018(2):73-81. (10): 18-21. Tao Jiange,Shen Lei,Liu Changhu,et al. Research on supply and demand and marginal pricing of iron ore import market in China[J]. Journal of Zhongyuan University of Technology,2018(2):73-81. [ 9] 李建武. 我国铁矿石进口安全分析及政策建议探讨[J]. 中国矿 业,2008,17(2):26-29. Li Jianwu. Security analysis and proposal discussion on China iron ore impor[t J]. 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