现代测试技术在铁矿选矿中的应用

1、武汉理工大学 研究生课程论文现代选矿测试技术题 目 现代测试技术在铁矿选矿中的应用 姓 名 黄鹏武 学 号 1049721503554 专业班级 矿业1503班 指导老师 管俊芳 现代测试技术在铁矿选矿中的应用摘要：随着科学技术的飞速发展，数学、物理学、电子学及计算机技术向分析测试技术领域的全面渗透，分析测试技术面貌大为改观。所谓现代测试技术，一般是指用现代分析测试仪器对物质的成分、结构、表面特征以及各种理化性能测试的技术。我国有大量的“贫、细、杂”铁矿资源，现代测试技术对这类难选铁矿选别指标的提升具有重要的指导意义。本文阐述了现代测试技术在铁矿工艺矿物学研究上的应用进展。关键词：现代测试技术

2、 铁矿 选矿The modern testing technology in the application of the iron ore beneficiationAbstract: With the rapid development of science ,technology,mathematics, physics, electronics and computer technology to the full penetration in the field of analytical and testing techniques,the appearance of analys

3、is testing technology changes greatly. So-called modern testing technology, generally refers to the use of modern analytical testing instrument for material composition, structure, surface characteristics and various physical and chemical properties testing technology. Our country has a large number

4、 of iron ore resources which are poor, thin and miscellaneous, modern testing technology for this kind of difficult to choose iron ore indexes of ascension has important guiding significance. This article elaborated the modern testing technology in iron ore mineralogy studies the application of prog

5、ress.Key words: The modern testing technology; Iron mineral; Mineral processing1 绪论我国铁矿资源储量丰富，占世界13.5%，位居世界第四，且分布广泛，但其中以贫矿居多，平均品位仅为31.95%，比世界平均品位低11个百分点。我国铁矿床共生、伴生组分多，铁矿石组成较为复杂且嵌布粒度细，因此，我国铁矿的选矿工作面临难度大、效率低且成本高的诸多问题。为使我国大量的难处理铁矿石得到高效开发利用，选矿技术的进步显得尤为迫切。1选矿过程中的分析测试技术为查明矿石性质、制定选别流程及优化选别工艺等提供重要的判断依据，同时，分析

6、检测手段也为选矿理论的深入研究起着重要的指导作用。随着经济不断发展和科技水平的提高，铁矿选矿中分析检测技术也在日益进步和更新。本文对铁矿工艺矿物学主要分析测试技术的研究进展和应用现状进行了归纳总结，这对铁矿选矿技术的完善和大量铁矿资源的选矿利用具有重要的借鉴意义。根据测试内容的不同，大致可以分为以下几类：(1)成分分析测试技术：如电子探针(EMPA)、气相色谱仪(GC)、表面分析仪(SA)、X-射线能谱仪(XPS)、俄歇电子谱仪(AES)、原子吸收分光光度计(AAS)、质谱仪、原子吸收分光光度计、元素分析仪、能谱仪、紫外光电子能谱仪等。(2)物相形貌分析测试技术：如X-射线衍射仪(XRD)、扫

7、描电子显微镜(SEM)、热分析仪(TMA)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描隧道显微镜、激光拉曼光谱仪等。(3)理化性能分析测试技术：如比表面分析、粒度分析、黏度分析、密度分析、孔隙度分析、力学性质分析等。22 铁矿工艺矿物学中的测试技术工艺矿物学在选矿过程中的任务是为矿石的可选性提供切实可靠的矿物学评价，从而指导选矿实验研究和工业生产，实现矿产资源的合理利用。其主要内容是对待处理矿物进行全方位的矿物学考察，包括矿物或元素的状态、性状和行为规律等。工艺矿物学研究要依靠先进的测试手段才能获得更为精准的矿物信息，而新技术和新方法的发展与应用不断给工艺矿物学增加了新的

8、活力。目前应用于铁矿工艺矿物学的分析测试技术已十分丰富多元，较为传统的测试手段如光谱分析、能谱分析、化学多元素分析、XRD、电子探针、电子显微镜、差热分析、电化学分析法等，其中电子探针和电子显微镜将铁矿工艺矿物学研究提升到分子水平，测试结果全面而准确。2.1 物质成分分析测试技术2.1.1 EPMA、AAS、XPS简介定性和定量测定物质的化学成分是对矿物进行分析最基本的测试内容，也是对矿物进行结构、构造、形态等矿相研究的基础。电子探针（EPMA）的全称是电子探针X射线显微分析仪。一般的化学分析方法(如化学分析、仪器分析等)仅仅能得到所分析试样的平均成分，不能准确地测定矿物试样某一区域的元素成分

9、。电子探针微束分析是一种成分分析和显微分析相结合测试技术，不仅可以用来测定试样的成分，还可以准确快速地对试样某一区域内的成分进行分析测定。并且所需试样可以很少(一般15m3)，对块状和粉末状试样均可进行测试。其特点是分析微区小、灵敏度高、属于无损分析，可分析元素范围大，特别适合于矿物材料组织结构和元素分布状态的精确分析。原子吸收分光光度法(AAS)的优点是检出限低、灵敏度高，石墨炉原子吸收法的检出限可达到10-1010-14g；分析精度高，火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可达到1%，基本接近于化学分析；分析速度快，测定元素分布范围广，可测定70多个元素基本上覆盖了常用矿物材料中的

10、金属元素。除测定金属元素外，对非金属元素也能间接的进行一定的测定；缺点是不能同时进行多个元素的测定，另外对一些矿物中含量较低的金属元素灵敏度不高。原子吸收分光光度法常用来测定矿物材料中的贵金属。X射线光电子能谱分析（XPS）是一种用来对物质表面性质和状态进行分析的测试方法。X射线光电子能谱可用来进行测试固态、液态和气态样品。除了氢以外的元素都可以进行测定，样品用量很少，可少至10-8g并且对痕量元素灵敏度很高。一般用来对各种元素(氢除外)进行定性或半定量分析，也可进行化学价态、化学结构和物理状态的研究。2.2.2 物质成分分析测试技术应用举例王明燕通过扫描电镜-X射线能谱、XRD和化学物相分析

11、等综合手段对安徽某铁矿进行了工艺矿物学研究。化学物相和XRD研究表明，矿石中的铁主要是以磁铁矿的形式存在，其次是以赤铁矿的形式存在少量铁是以碳酸铁、硅酸铁、硫化铁以及褐铁矿的形式存在，磁铁矿的扫描电镜能谱分析结果表明，磁铁矿中的Fe含量为70.90%，有益元素V的平均含量为0.13%，分布在部分磁铁矿中，其他杂质元素有Mg，Al，Si，Ca等，其平均含量分别为0.04%，0.04%，0.32%和0.18%，部分脉石中含有极细粒磁铁矿，而有些磁铁矿本身也含有微粒脉石矿物，即使通过细磨也很难使得两者解离，这就导致了部分脉石将随磁铁矿进入铁精矿而影响铁精矿品位。提出粗磨磁选，抛尾后对铁的粗精矿再磨再

12、磁选，然后再对赤铁矿进行回收的工艺，由于对磁选后的粗精矿进行细磨会导致赤铁矿与磁铁矿进一步单体解离，因此强磁回收粗选尾矿中的赤铁矿十分必要，这将有利于提高铁的回收率，将有利于该矿选别指标的提高。3王安琪等人以电子探针、化学多元素分析、物相分析和透反射显微镜为主要研究手段，对黔西北某地伴生多金属低品位铁矿进行了详细的工艺矿物学研究。EPMA定性分析揭示，矿石中有用矿物与脉石矿物间相互嵌布关系极为复杂，且矿物颗粒大多细小，很难用常规选矿方法分离。定量分析结果表明，褐铁矿成分多不纯，少量的Si02(1.29%4.38%)与A1203(2%5.49%)揭示其内部多含有混入的粘土矿物；褐铁矿的另一个显著

13、特征是，其成分中均含有一定量的TiO2(2.12%14.85%)，对二者的相关性分析结果提示，TiO2与Fe203间存在一定的负相关关系，说明褐铁矿中存在有以类质同象方式混入的少量Ti。独立钛矿物的化学组成较纯，铬铁矿中则常有与MgO、A1203、Cr203、Fe203等组分之间的类质同象置换，依靠传统物理选矿方法难以达到有用矿物的富集。褐铁矿与其它矿物间嵌布关系复杂，且铁钛间也常伴生出现，说明该矿石属细分散极难选矿石，仅通过物理选矿很难达到有用矿物的富集，需考虑选冶联合流程进行富集。4徐宏详等人对印尼某锡铁矿矿石进行了系统的工艺矿物学研究。通过化学多元素分析、XRD和物相分析表明主要有价元素

14、为铁和锡，矿石中铁主要是以磁铁矿的形式存在，其次是以赤(褐)铁矿的形式存在，少量铁以硫化铁、碳酸铁以及硅酸铁的形式存在。矿石中的锡存在于硫化物和硅酸矿物中，少量以锡石和水锡石的形式存在。利用电子探针和光学显微镜等设备分析得出锡石和水锡石中Sn02含量分布在97.02%99.97%，由于水锡石中总是会混人部分铁质，本矿石锡石平均含铁0.64%，但含量较少，这部分锡元素分布率仅为38.37%，并且嵌布粒度微细，细磨后虽可部分单体解离，但是因其硬度大、性脆，也有部分会产生泥化现象随尾矿流失，所以很难将其全部回收，可以被回收利用的独立矿物为锡石和水锡石，并提出设计了适合该矿石的基本工艺流程。52.2

15、物相、形貌分析测试技术2.2.1 XRD、SEM、TEM简介X射线射入晶体后可以产生多种现象。对于研究晶体结构而言，最重要的是衍射现象，其本质是晶体空间点阵结构具有周期性。通过对X射线衍射分布和强度的分析，可获得有关晶体的物质组成、结构(原子的三维立体坐标、化学建、分子立体构型和构象、价电子云密度等)及分子间的相互作用的信息。X射线衍射分析（XRD）在矿物材料晶体结构分析、矿物鉴定等方面用途非常广泛，是研究矿物材料不可缺少的测试手段。扫描电子显微镜(简称扫描电镜SEM)，是一种用来观察和分析晶体矿物表面形貌和结构(若配备谱仪，也可进行成分分析)的现代测试仪器。扫描电镜测试技术的主要特点是试样制

16、备简单，对块状和粉末状矿物材料均可进行测试(非导体试样需在其表面喷导电层)；聚焦景深大，观察表面形貌和分析结构方便，立体感强；放大倍数连续可调，可达10300000倍，因此观察物质形貌结构非常方便。透射电子显微镜(简称透射电镜TEM)是主要用来观察物质微观结构的现代测试仪器，若配以谱仪，还可进行物质成分的测定。透射电镜的特点是放大倍数大，可高达80万倍，是目前放大倍数最高的电子显微镜；分辨率高，可达0.1nm，能在原子和分子尺度直接观察矿物材料的结构；由于聚焦电子束直径很小，适合对微区进行分析，最小分析区域可达纳米尺度。透射电镜辅以其他测试手段现在已经成为研究矿物材料不可缺少的测试工具。2.2

17、.2 物相、形貌分析测试技术应用举例Wen-tao Hu等人利用扫描电镜X射线能谱法和XRD研究了非金属添加剂对铁矿耐磨性和解离度的影响，结果表明碳酸钠的添加可以提高铁矿样的可磨性和解离度，在后续选别过程中达到较好的分选指标。6李艳军等人利用XRD等手段，对吉林羚羊铁矿进行了详细的工艺矿物学研究。含铁金属矿物主要为磁铁矿和菱铁矿，还含有少量的菱锰矿、钛铁矿、含铁硫化物黄铁矿和黄铜矿等.非金属矿物主要为石英、鲕绿泥石和磁绿泥石，其次为伊利石、高岭石和磷灰石等；此外，还含有少量的稀土元素矿物独居石。磁铁矿与菱铁矿平行和包裹共生，而菱铁矿与磁铁矿平行共生，与磁铁矿和鲕绿泥石包裹共生.菱锰矿、鲕绿泥石

18、、磁绿泥石、石英和高岭石等矿物与菱铁矿嵌布关系密切，且多与菱铁矿包裹共生。这种复杂的共生关系会给磁选、浮选分离造成极大的困难。7刘婷婷等人通过光学显微镜、XRD等手段对加拿大某钒钛磁铁矿进行了详尽的工艺矿物学研究。该矿石中主要含钛矿物为钒钛磁铁矿，含镁钛铁矿，钛辉石，次要矿物主要为铁尖晶石，脉石矿物主要有橄榄石，石英，云母等。钛磁铁矿颗粒的总解离度为72.42%，含镁钛铁矿总解离度为62.48%；需进一步磨矿到-0.074mm，此粒级下钛元素得到有效富集，且在这两种矿物在此粒级均基本呈单体形式存在。矿样中钛主要以钛磁铁矿和含镁钛铁矿两种形式存在，若只回收含镁钛铁矿中的钛，则理论回收率为38%左

19、右；若想回收钛磁铁矿及含镁钛铁矿中的钛，由于钛磁铁矿中有微细的钛铁矿固溶体存在，将对选矿过程中钛元素的回收率的影响较大。8孙永生等人通过电子探针、XRD等手段对某高磷鲕状赤铁矿进行了工艺矿物学研究。矿石中主要回收元素为铁，铁主要赋存于赤铁矿中，并且90%上的赤铁矿与鲕绿泥石、胶磷矿、石英、黏土矿物紧密相嵌成鲕粒，因此矿石中的赤铁矿很难单体解离，进而实现回收。即便单体解离也会产生严重的泥化现象，影响选别，并且磨矿成本大大增加，因此可以将鲕粒作为选别对象进行分选，矿石中有害元素磷92%以上以胶磷矿的形式存在，并且胶磷矿通常与赤铁矿紧密嵌布形成鲕粒的环带，导致以鲕粒为对象进行选别所得精矿中磷的含量较

20、高。因此采用传统的选矿工艺很难实现高磷鲕状赤铁矿石的开发利用，要想实现该矿石的合理利用应采用选冶联合流程，即深度还原-高效分选选冶新工艺。9王安琪等人以电子探针、化学多元素分析、物相分析和透反射显微镜为主要研究手段，对黔西北某地伴生多金属低品位铁矿进行了详细的工艺矿物学研究。通过背散射电子成像(BSE)及特征X射线分布多个区域进行了定性扫描，确定了矿石中除主要矿物褐铁矿外，有少量钛、铬、铜等矿物局部分布。钛除与铁形成钛铁矿外，尚有部分以金红石产出或混杂于粘土矿物中。铬铁矿呈半自形一自形状包裹于粘土矿物中。辉铜矿为它形包裹于粘土矿物中，且表面铁质浸染特征明显。矿石中的铁多以褐铁矿产出，少量为钛铁矿中铁，呈粒度不一的粒状或团块状等，或以分散状形式与粘土矿物混杂。特征X射线分布特征表明，在褐铁矿中均存在有蚀变残留或类质同象的钛，依靠传统物理选矿方法难以达到有用矿物的富集。43 结语（1）铁矿的测试技术呈现出多元化的发展趋势，一方面注重测试技术在选矿、采矿以及地质探矿等学科中更大程度的融合，在建设数字化矿山中发挥重要作用。现代测试分析技术是工艺矿物学中一项重要的研究方法，新的测试仪器的发明和测试技术的进步，推动着矿物研究向更广泛、更深入的领域迈进。目前，现代测试设备日益向着大型化、多功能、综合性、自动化方向发展，兼有多种功能的