褐铁矿选矿试验研究与形成机理

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【摘 要】褐铁矿在地表风化岩石里面，是很好辨认的，它经常与金和金属硫化物矿床有着密切的关系。也因为它的这个特性，对于帮助我们寻找金和金属硫化物等这类的矿床提供了直接或间接的信息和帮助。本文主要论述了褐铁矿的形成过程及与其相关的矿床类型，及褐铁矿对于找矿过程中的重要作用。希望能引起大家对褐铁矿的充分认识，并对其引起足够的重视，让其在地质找矿工作里面，发挥应有的作用，对找矿工作产生重要的作用。

【关键词】 赤铁矿 褐铁矿 强磁选

中图分类号：C35文献标识码： A

在日常的地质找矿工作里面，我们经常会见到褐铁矿，也就是褐铁矿 (Fe2O3・ nH2O)。

褐铁矿实际上并不是一种单独矿物，而是由水针铁矿、针铁矿、水纤铁矿、纤铁矿、更富含铝的氢氧化物、水的氢氧化铁胶凝体、以及含水的泥质、氧化硅等常共同产出而形成；含铁量达 30% ～40%，一般情况下，通过肉眼是很难进行区分的，成分变化也比较大。褐铁矿经常呈现出块状、钟乳状、土状或是葡萄状，深褐色或者是黄褐色。因为褐铁矿一般均比较好辨认，所以褐铁矿也就很容易辨认。

常见的褐铁矿跟很多矿产有关，特别是跟一些金及金属硫化物的矿床有着相当密切的关系。同时，由于褐铁矿发生在地表的浅部，一般在野外地表岩矿石的自然露头和探槽及浅井等里面，是很容易被发现和看到的。特别是在我国大部分地表覆盖比较厚的地区，同时某些地区地表露出的岩石也均是属于风化岩石，一般是很难看到矿床中的有用原生矿物的。也就因为这个原因，便很容易地让很多发现矿床的机会就这样白白的流失，因而，加强对褐铁矿的重视，认识了解和认识褐铁矿，对于我们以后找矿工作起着相当重要的作用。

1 试样的工艺矿物学研究

表1试样多元素分析结果 %

TFe FeO SFe SiO2 CaO S F

43.48 0.76 41.75 25.91 0.13 0.64 1.14

K2O Na2O P MgO Al2O3 MnO BaO

1.17 1.07 0.24 0.11 1.33 2.96 0.92

由试样铁的多元素分析结果可知，原矿样中可供选矿回收的有用组分铁的含量为43.48%，试样中氧化亚铁（FeO）的含量很低。试样中TFe/FeO=57.21，碱性系数（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）=0.009，为典型的酸性氧化矿石。试样中主要的脉石矿物是SiO2，其他杂质含量很少，有害元素硫、磷含量很低，对选矿指标没有太大的影响（如表1）。

表2 试样铁物相分析结果 %

铁物相 含量/% 占有率/%

赤（褐）铁矿中铁 41.26 94.89

硅酸盐中铁 1.65 3.80

磁铁矿中铁 0.35 0.80

菱铁矿中铁 0.22 0.51

合计 43.48 100.00

从表2铁的化学物相分析结果可以看出，该矿样中的主要铁矿物为赤、褐铁矿，占到了整个矿物的94.89%，硅酸铁含量为3.80%，磁铁矿、碳酸铁等其他形式的铁矿物含量很少。

原矿样的筛析试验结果表明，该矿物在各个粒级中的品位没有大的差异，各粒级中铁金属分布率的不同主要取决于各粒级的产率。

2 试验研究

2.1 磨矿时间与磨矿细度关系试验

表3 试样磨矿细度与磨矿时间的关系%

磨矿时间（min） 1 3 5 7 9 11 13

磨矿细度（-200目含量） 13.5 36.3 62.6 75.8 84.6 91.5 94.8

由试验结果可知，随着磨矿时间的增加，该矿样的磨矿细度逐渐增大，当磨矿时间为11分时，该矿样的磨矿细度为91.5%（如表3）。

2.2 弱磁选试验

为了使强磁性矿物不影响强磁性试验设备的工作性能，在强磁选前，对该试样做了弱、中场强的磁选试验。弱磁选的选别试验结果表明，在各磨矿细度条件下，场强为1500Gs时，没有明显的精矿产品：将场强增加至4000Gs，各磨矿细度条件下的精矿产品其产率也没有超过0.3%，说明该矿样中没有明显的强磁性矿物。而强磁选设备要求入选的原矿中强磁性矿物含量不大于5%即可，因此后续开展的强磁选试验均直接采用原矿样进行。

2.3 强磁选试验

2.3.1 强磁选磨矿细度试验

试验设备及条件：试验使用设备为XCSQ-50X70湿式强磁选机，齿板间隙为3.0mm，磁场强度为12000Gs，矿浆浓度小于25%（该样在浓度高于25%时，试验设备易堵，后续试验中的矿浆浓度均控制在25%以下）。

根据矿石性质，分别在磨矿细度为73%、91.5%、95.5%、97.0%时对试样进行强磁选别，综合考虑产率、回收率及品位指标，最佳磨矿细度为91.5%。

2.3.2 强磁粗选磁场强度试验

在入选磨矿细度为-200目占91.5%、分选箱齿板间隙为3mm的条件下，改变粗选的磁场强度进行强磁选试验。

由试验结果，综合考虑精矿品位及产收率，强磁粗选的场强选择12000高斯。

2.3.3 分选箱间隙试验

在入选磨矿细度为-200目占91.5%、场强为12000高斯的条件下进行强磁试验设备分选箱间隙试验。用1.5mm的分选箱分选所得精矿指标优于3mm的分选箱，因此后续强磁选试验若无特殊说明均使用1.5mm分选箱。

2.3.4 强磁扫选磁场强度试验

将在磨矿细度为-200目占91.5%、粗选场强为12000高斯条件下生产出的粗选尾矿进行强磁扫选试验，随着扫选场强的增加，扫选精矿的品位略有下降，而产收率增加幅度较大，当扫选场强由18000高斯继续增加至20000高斯时，扫选精矿的品位及产收率无明显变化，因此选取扫选的磁场强度为18000高斯。

2.4 强磁选流程试验

2.4.1 一粗一扫流程试验

粗选磁场强度为12000高斯，扫选磁场强度为18000高斯，由强磁一粗一扫的试验流程，可得到品位为52.33%，产率为57.50%，回收率为69.41%的粗精矿。若将粗精与扫精合并为综合精矿，则综合精矿的品位为50.48%，产率为74.74%，回收率为87.04%。

2.4.2 一粗一精两扫流程试验

若将粗精与一扫精合并所得精矿进行精选，则精选精矿（精I）的品位为53.85%，产率为53.24%，回收率为66.14%。若将精选精矿（精I）与再次扫选的精矿（精Ⅱ）合并为综合精矿，则综合精矿的品位可提高到53.59%，产收率分别为63.13%、78.04%。

若能开展一粗一精两扫流程的闭路试验，该流程中的中矿可返回至流程中合理的点，那么一粗一精两扫流程综合精矿的指标将得到进一步优化。

3褐铁矿的形成过程

褐铁矿的形成主要是由黄铁矿和黄铜矿在地表氧化的情况下，同时通过有水的参与而发生变化形成的。它们跟氧及水发生化学反应进而产生了褐铁矿。

3.1 黄铁矿（FeS2）形成褐铁矿，具体公式如下：

2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4

这种状态下，由于形成的硫酸亚铁并不稳定，它将继续氧化并变为高价铁的硫酸盐。其公式如下：

12FeSO4+3O2 ＋ 6H2O=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3

或者是

4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+3H2SO4

而高价铁的硫酸盐在中性或者是弱酸性的溶液中同样表现出不稳定状态，经常发生水解作用，最终在与水作用下转变为氢氧化铁。具体公式如下：

Fe2(SO4)3+6H2O = 2Fe(OH)3+3H2SO4

氢氧化铁是一种容易凝结的水溶胶，而这些沉淀的凝胶能够形成各种各样的表生铁矿物，其中分布最为广泛的便是水赤铁矿、针铁矿及褐铁矿。

3.2黄铜矿（CuFeS2）形成褐铁矿

黄铜矿（CuFeS2）形成褐铁矿，首先是CuFeS2分解成为CuSO4和FeSO4的溶液，当CuSO4跟富含碳酸的水溶液发生反应之时，或跟碳酸盐岩石（如石灰）发生交代作用的情况下，则会产成表生矿物孔雀石Cu2[CO3](OH)2；而由于FeSO4是极易氧化为Fe2(SO4)3的，而Fe2(SO4)3在形成之后又容易水解成为氢氧化铁Fe(OH)3，最后氢氧化铁成胶体凝聚在地表上，最终便形成了表生褐铁矿Fe2O3・nH2O。

硫化铁在氧化带中化学改造的各个环节大致的公式可归纳如下 ：

FeS2 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe(OH)3 2Fe2O3・3H2O

上面所说的黄铁矿及黄铜矿经过氧化而形成的褐铁矿的过程，同时也是硫化物矿体上部 的“铁帽” 的形成过程。

结语

（1）综合考虑产率、回收率及品位指标，该赤、褐铁矿样进行强磁选的最佳条件为：磨矿细度91.5%：分选箱间隙1.5mm：粗选场强12000高斯：扫选场强18000高斯。

（2）由一粗一扫试验流程，可得到品位为50.48%，产率为74.74%，回收率为87.04%的综合精矿。

（3）由一粗一精两扫试验流程，可将综合精矿的品位提高到53.59%，其产收率分别为63.13%、78.04%。

参考文献：

[1] 弗・ 伊・ 斯米尔诺夫.矿床地质学[M]. 北京：地质出版社，1985.

[2] 成都地质学院.矿床学[M]. 北京：地质出版社,1978.

[3] 地球科学大词典编辑委员会. 地球科学大辞典[M]. 北京：地质出版社, 2006.

[4] 徐柏辉等，褐铁矿选矿试验研究.会议论文，2006年全国金属矿节约资源及高效选矿加工利用学术研讨会与技术成果交流会,2006年