第 5 期 2018 年 10 月孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 47 出, 内部结构简单矿石有益组分 MgO 品位 20.53% ~21.38%, 平均品位 20.87%, 变化系数为 1.47%, 属组分均匀型有害组份 SiO2 含量 0.41%

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1 46 矿产综合利用 Multipurpose Utilization of Mineral Resources 2018 年山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究孙连宇 1, 刘继顺 1, 康亚龙 2, 王天国 1 (1. 中南大学地球科学与信息物理学院, 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室, 湖南长沙 ;2. 四川省核工业地质调查院, 四川成都 ) 摘要 : 冶镁白云石大理岩矿为近年来马家沟矿区内发现的新型矿种, 其潜在的开发利用价值是目前本区地质工作研究的重点本文通过详细的野外地质调查和区域地质资料研究, 论述了冶镁白云石大理岩矿床地质特征 ; 并对矿石进行加工选冶试验研究, 以评价矿石工业利用性能综合研究表明 : 矿体呈层状产于中下元古界中条群余家山组二段地层中, 主矿体厚度较大, 且连续稳定, 矿石分布较集中, 品位变化较均匀, 有害元素含量低, 对矿床开发十分有利 ;MgO CaO 含量适中, 热强度差, 煅烧白云石在较宽的温度时间范围内, 具有较稳定的水化活性, 还原镁收率良好, 矿石性能满足皮江法炼镁要求关键词 : 冶镁白云石大理岩矿 ; 地质特征 ; 加工选冶试验 ; 工业利用性能 ; 皮江法炼镁 doi: /j.issn 中图分类号 :TD952 文献标志码 :A 文章编号 : (2018) 山西省垣曲县马家沟矿区位于山西省垣曲县城西南 225 方向, 山西省地矿局 214 队在开展 1:50000 区域地质矿产调查过程中, 发现区内或存在可供利用的冶镁白云石大理岩矿, 本文根据前人的地质勘查资料, 开展了野外调研与白云石大理岩加工工艺试验研究, 为开发利用冶镁白云石大理岩资源, 确定合理的选冶方法工艺流程, 提供依据 1 地质背景山西省垣曲县马家沟冶镁白云石大理岩矿大地构造位置处于华北断块中条山块隆的南部 [1] 区内主要出露下元古界中条群余家山组和担山石群周家沟组西峰山组沙金河组 ; 中元古界西洋河群许山组和新生界第四系地层其中下元古界中条群余家山组为主要赋矿层位, 岩性以白云石大理岩为主区域构造复杂, 早期构造主要表现为太古代涑水期的韧性变形及韧性剪切构造, 构造线方向多为北东 - 南西和近南北向, 晚期断裂构造对矿体有破坏作用区域内岩浆活动强烈, 岩浆岩分布比较广泛, 岩石类型主要以侵入岩为主, 自超基性岩至酸性岩都有产出, 其中以晋宁期辉绿岩脉及闪长质隐爆角砾岩脉较为普遍 2 矿床地质特征 [1-6] 2.1 矿体特征冶镁白云石大理岩矿体赋存于中下元古界中条群余家山组二段地层中, 矿体呈层状产出, 与围岩呈整合接触, 其上覆下伏地层均为余家山组地层顶底板围岩为白云石大理岩与矿体界线不明显, 以化学分析样品来控制矿体的边界, 矿体与围岩产状完全一致, 赋矿岩石为白云石大理岩到目前为止, 全区共圈定矿体 11 个, 即 1-11 号矿体, 其中 1 6 号矿体为主矿体, 占全区总资源量的 84% 1 号矿体分布于矿区西部, 呈层状及厚层状产收稿日期 : 作者简介 : 孙连宇 (1994-), 男, 硕士研究生, 研究方向为矿产普查与勘探

2 第 5 期 2018 年 10 月孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 47 出, 内部结构简单矿石有益组分 MgO 品位 20.53% ~21.38%, 平均品位 20.87%, 变化系数为 1.47%, 属组分均匀型有害组份 SiO2 含量 0.41% ~ 2.71%, 平均含量 1.87%, 变化系数为 44.63%;K2O+Na2O 含量 0.02% ~ 0.22%, 平均含量 0.15%, 变化系数为 52.38% 6 号矿体分布于 1 号矿体东部, 与 1 号矿体大致平行产出 6 号矿体 MgO 品位 20.41%~ 21.43%, 平均品位 20.87%, 变化系数为 1.65%, 属组分均匀型 SiO2 含量 1.43 % ~ 2.88%, 平均含量 2.47%, 变化系数为 20.74%;K2O+Na2O 含量 0.03 % ~ 0.11%, 平均含量 0.06%, 变化系数为 42.57% 此两条主矿体均未见断裂构造和岩浆活动对其造成破坏构造简单, 岩浆岩不发育, 对矿体影响小 2.2 矿石特征矿石矿物特征矿石矿物成份主要为白云石及粘土质矿物矿石主要有用矿物为白云石白云石 : 白云石的化学分子式为 Ca Mg(CO3)2, 占矿石组份 90% 以上颜色为灰白色, 有时为浅黄浅褐浅绿褐灰肉红色光泽为玻璃光泽, 解理完全摩氏硬度 3 ~ 4, 晶体呈粒状, 粒度一般为 0.01 ~ 0.25 mm, 个别粗大者可达 1 mm, 彼此之间呈齿状紧密镶嵌, 晶体透明度较好石英 : 它形粒状, 常和方解石以集合体形式组成细脉, 含量 5% 左右白云母绢云母 : 白云母呈半自形 - 自形片状, 绢云母以细小鳞片状集合体出现, 少量岩石微裂隙发育, 且有铁染现象 ; 方解石斜长石 : 表面绢云母化, 含量甚微 - 少量矿石的结构构造及嵌布特征矿石主要为灰白色 - 灰色冶镁白云石大理岩, 主要矿物成份为白云石, 含量 94%±, 其次为石英, 含量 4%±, 副矿物为铁质氧化物及粘土矿物, 含量 2%± 矿石结构为粒状变晶结构, 粒状变余变晶结构矿石构造为块状构造变余层理构造, 一般为厚层状构造和中厚层状构造少量氧化铁质粘土质金属矿物主要以浸染状粉末状分布于白云石晶体中或晶体间矿石化学成份本区冶镁白云石大理岩矿体单工程 MgO 品位 20.00%~ 21.66%, 平均品位 20.84%; 单工程 SiO2 含量 0.41 % ~ 2.99%, 平均含量 2.14%; 单工程 K2O+Na2O 含量 0.02%~ 0.30%, 平均含量 0.11% MgO 品位变化系数 1 号矿体为 1.47%,6 号矿体为 1.65%, 属品位变化均匀类型的矿床化学全分析表明 ( 表 1), 矿石中有害组分 SiO2 含量 0.85% ~ 2.10% K2O 含量 0.05% ~ 0.11%,Na2O 含量 % ~ 0.026%,Al2O3+Fe2O3+Mn3O4+SiO2 平均含量 1.514% ~ 2.926%, 均符合冶镁白云石大理岩的工业质量要求表 1 矿石化学全分析结果表 Table 1 Results table of ore chemical analysis 序号 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 P 2 O 5 Mn 2 O 4 Cl - 烧失量类型矿体矿体岩石矿体岩石

3 48 矿产综合利用 2018 年 3 矿床成因及找矿标志区内冶镁白云石大理岩矿床, 赋存于余家山组二段地层中该层白云石大理岩厚度较稳定, 呈层状产出, 矿石构造以致密块状为主, 厚度变化不大, 组成成分变化较小, 地层即为矿层, 可作为找矿标志矿床成因与沉积作用密切相关, 后期变质重结晶成白云石大理岩, 矿床类型为区域沉积变质冶镁白云石大理岩矿床 [6-7] 4 矿石加工技术性能炼镁工艺性能试验的样品采自矿区钻探工程揭露的矿体岩芯, 矿石主要为冶镁用白云石大理岩, 粒状变晶结构, 块状构造样品 MgO 平均品位 20.78%,SiO2 平均含量 2.83% K2O+Na2O 平均含量 0.099% 本次选冶试验采用皮江法炼镁生产工艺工艺试验对提供的矿石进行破碎, 分为三份用于综合热分析化学分析 X- 射线衍射分析试样研磨至全部过 100 um 筛 ; 矿石煅烧试验用试样 10 ~ 20 mm; 矿石热强度试验压球试验和还原试验用试样 20 ~ 30 mm 4.1 矿石化学成分取其中一份矿石试样缩分约 100 g, 研磨至全部通过 100 μm 试验筛后, 置于 105±5 的干燥箱中烘干 2 h, 取出, 置于干燥器中, 冷却至室温待用利用波长色散 X- 射线荧光光谱仪对其进行灼烧减量测定及化学成分分析, 得分析结果见表 2 矿物组成分析结果为白云石含量约 96.13%, 方解石含量为 1.0%, 石英含量约为 2.83% 表 2 矿石化学成分 Table 2 Ore chemical composition MgO CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 SiO 2 K 2 O Na 2 O TiO 2 P 2 O 5 MnO Zn 灼减矿石呈白色, 少量呈浅红色选取典型矿样, 利用扫描电镜观察矿石微观可以看出, 白云石呈自形半自形, 颗粒大小较均匀, 晶界清晰, 晶粒在 50 ~ 300 μm 之间 4.2 矿石综合热分析综合热分析是分析矿石的热分解性能白云石在升温过程中会发生分解反应, 生成 MgO 和 CaO, 其分解反应方程为 : MgCO3 CaCO3=MgO CaO+2CO2 同样利用上述样品进行热分析, 得出试样有两个吸热峰, 第一吸热峰在 776.1, 此温度为矿石中 MgCO3 的分解温度, 第二吸热峰为 901.4, 此温度为矿石中 CaCO3 的分解温度, 试样总的失重为 45.4%, 这与化学分析中矿石的灼减量基本一致 4.3 煅烧试验在高温条件下白云石分解为 CaO 和 MgO 晶体, 并且不会发生过分长大和烧结的现象, 可提高还原炉料的活性 [8-10] 煅烧试验在箱式高温炉内进行, 矿石粒度 10 ~ 20 mm, 置于 100 ml 瓷皿中, 每个瓷皿装样约 80 g 煅烧试验的温度及时间条件为 : 煅烧温度 : , 煅烧时间 : 30 min 60 min 90 min, 试验结果见表 3 Table 3 试验编号表 3 煅烧白云石水化活性结果 Results of hydration activity of calcined dolomite 试验温度 / 试验时间 /min 活性度从表 3 结果可知, 煅烧条件 1100,60 min 水化活性度最高, 热强度和还原试验样品处理均采用此条件 4.4 矿石强度试验衡量矿石热强度的指标是耐磨指数和灰比 [11-12] :

4 第 5 期 2018 年 10 月孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 49 耐磨指数 :R1=W-0.5/W % 灰比 :R2=W-0.1/W % 在进行强度试验前首先进行煅烧, 煅烧温度为 1100, 煅烧时间 60 min 试验结果见表 4 Table 4 表 4 矿石热强度测定结果表 Measurement results table of ore thermal strength 样品号项目总装料量 /g 自磨后筛分结果 /mm # 重量 /g 根据表 4 结果, 计算得出, 耐磨指数 R1=382.83%, 灰比 R2=15.66% 结果表明样品热强度差 4.5 压球试验试验采用的样品为煅烧白云石硅铁和萤石, 其中煅烧白云石为粒度 20 ~ 30 mm 的矿石煅烧后研磨, 粒度小于 150 μm; 硅铁和萤石的粒度均小于 125 μm, 其化学成分分析结果表 5 6 表 6 萤石化学成分 Table 6 Chemical composition of fluorite CaF2 CaCO3 SiO2 Fe2O3 P S 将煅烧白云石硅铁萤石按一定配比混合, 用三维混料机混合均匀, 然后在不同的压力下压制成型, 计算球团密度, 并测量球团强度球团强度与压球压强的关系见表 7 试验编号表 5 硅铁化学成分 Table 5 Chemical composition of ferrosilicon Al Ca Si Fe 压强 10 8 /Pa 表 7 球团试验结果 Table 7 Result of pellet test 直径 /mm 高度 /mm 重量 /g 密度 / (g cm -3 ) 是否破碎次碎次碎次碎多次碎多次碎多次碎 4.6 还原试验通过初步试验和目前镁冶炼厂实际生产温度确定还原温度为 1200, 还原时间为 45 min, 75min 和 90 min, 测定三个还原时间镁收率将炉子加热到 1200, 加入球团料并抽真空, 约 10 min 后, 还原罐内真空达到 5Pa 还原试验数据见表 8 图 1 试验编号时间 min 表 8 还原试验数据 Table 8 Test data of reduction 料重 /g 渣重 /g 料 / 镁镁回收率硅利用率图 1 镁收率硅利用率随时间的变化曲线 Fig.1 Curves of magnesium yield and utilization ratio of silicon with time 表 9 粗镁化学成分 Table 9 Chemical composition of crude magnesium 烧损率镁回收率镁利用率由图 1 可以看出, 随着还原时间的延长, 镁收率逐步提高还原 45 min, 镁收率相对较低, 还原进行 75 min 后, 镁收率有了大幅度的提高, 继续延长还原时间, 镁收率增长趋缓, 还原进行到 90 min, 镁收率达到 90.0% 与镁收率的增长趋势相同, 硅利用率也随还原时间的延长而上升, 但增长趋势相对较小试验对还原出来的粗镁进行了化学成分分析, 分析结果见表 9 Mg Al Cu Fe Ni Mn Pb Ti Zn Si 余量 < <0.001 < 矿石工业利用性能评价 (1) 矿石含 MgO 20.78%,CaO 30.46%, 能很好地满足皮江法炼镁工艺要求, 且在还原过程中不需要再加入 Fe2O3+Al2O3 含量 <0.3%, 可以保证还原反应过程中不产生低熔点化合物, 不会在罐中结疤, 不影响镁蒸汽的逸出, 可以保证还原过程中有较高的镁收率和镁的还原速度

5 50 矿产综合利用 2018 年 (2) 矿石中主要矿物是白云石, 含量 96.13% 左右, 有少量方解石石英, 微晶结构 (3) 矿石热强度试验显示矿石耐磨指数 R1=382.83%, 灰比 R2=15.66% 结果表明样品热强度差 (4) 矿石在 1050, 煅烧 30 min 活性即可以达到 36% 以上, 随着温度的升高和煅烧时间的延长, 水化活性基本保持平衡, 说明矿石的煅烧温度范围很广, 有利于生产控制 (5) 小型还原试验表明, 当还原时间达到 45 min 时, 镁收率可以达到 82% 以上, 延长还原时间, 在试验的时间范围内, 最高镁收率可以达到 90.0%, 表明矿石具有良好的还原性 ; (6) 粗镁化学成分表明, 还原出来的粗镁符合国标 GB/T 原生镁锭中 Mg9990 牌号 [8,13,14] 6 结论 (1) 矿体呈层状产出, 矿体与围岩产状一致整合接触矿种单一, 组分均匀, 厚度稳定, 无构造明显破坏, 矿体连续稳定, 较适于露天开采 (2) 本矿床内矿石分布较集中, 主矿体厚度较大, 且连续稳定, 矿石品位变化较均匀, 有害元素含量低, 对矿床开发十分有利 (3) 矿石加工技术性能研究表明, 该白云石大理岩矿 MgO CaO 含量适中, 热强度差 ; 煅烧白云石在较宽的温度时间范围内, 具有较稳定的水化活性 ; 还原镁收率良好综合评价, 该矿石性能满足皮江法炼镁要求 (4) 建议矿山进一步进行可行性论证, 开采中注意贫化, 提高矿石入选品位及回采率, 提高经济效益参考文献 : [1] 武铁山. 山西省区域地质志 [M]. 北京 : 地质出版社, [2] 王晓青, 樊李涛. 论中条山地区冶镁白云岩地质特征及找矿方向 [J]. 华北国土资源,2013 (4): [3] 郭雅儒, 陈平, 张铁林, 等. 山西省非金属矿产及利用 [M]. 太原 : 山西人民出版社,1989. [4] 罗僧抱. 山西省冶镁白云岩资源调查报告 [R]. 太原 : 中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队, [5] 杨云亭. 山西省冶镁白云岩资源概况及勘查开发建议 [J]. 华北国土资源,2016(2): [6] 赵文艳. 山西省灵丘县西口头冶镁白云岩矿床地质特征 [J]. 西部探矿工程,2011(6): [7] 允孚, 夏文杰. 沉积岩石学 [H]. 北京 : 地质出版社, [8] 李波, 褚丙武. 高硅白云石皮江法炼镁实验 [J]. 有色矿冶,2015,31(6): [9] 孙晓思. 金属镁生产工艺概述 [J]. 山西冶金,2011,3(34): 1-4. [10] GAO Feng,NIE Zuo-ren. Assessing environmental impact of magnesium production using Pidgeon process in China[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2008,18: [11] 徐日瑶. 硅热法炼镁理论与实践 [M]. 长沙 : 中南工业大学出版社,1996. [12] 蒋汉祥, 赵奇强. 白云石生产金属镁的工艺技术 [J]. 重庆大学学报,2006(9): [13] MENG Shu-kun. Report for the magnesium industry of China in 2005 [J]. China Metal Bulletin, 2006(21): [14] Mordike bl, Ebert t. Magnesium propertiesapplicationpotential[j]. Mater Sci Eng A, 2001, 302:

6 第 5 期 2018 年 10 月孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 51 Study on geological characteristics and ore processing and utilization performance of dolomite marble deposit for magnesium smelting in Majiagou, Shanxi Sun Lianyu 1, Liu Jishun 1, Kang Yalong 2, Wang Tianguo 1 (1.School of Geosciences and Info-Physics,Central South University, Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring,Ministry of Education,Central South University, Changsha, Hunan, China; 2.Sichuan Institute of Nuclear Geology,Chengdu,Sichuan, China) Abstract: Dolomite marble deposit for magnesium smelting is a new type of mineral discovered in Majiagou mining area in recent years, and its potential development and utilization value is a key point in the study of geological work in this area.through the detailed field geological survey and research on regional geological data, the geological characteristics of the dolomite marble for magnesium smelting are expounded;the ore dressing and smelting experiments are carried out in order to evaluate the utilization performance of the mineral industry.comprehensive research shows that the ore body is layered in the second member of Yujiashan Formation, of the Zhongtiao Group in the Middle-Lower Proterozoic.The main ore body is thick and stable.the ore distribution is concentrated, and the grade is uniform, and the content of harmful elements is low,which is very beneficial to the deposit exploitation. The content of MgO and CaO is moderate, and the thermal strength is poor The calcined dolomite has relatively stable hydration activity in a wide temperature range,and it has a good yield of reduction magnesium.therefore the ore properties meet the requirements of Pidgeon magnesium smelting. Keywords: Dolomite marble for magnesium smelting; Geological characteristics; Processing and smelting test; Performance of industrial utilization; Pidgeon magnesium smelting ( 上接 92 页 ) Experimental Study on the Beneficiation of Graphite from a Refractory Scaly Graphite Ore Xiao Jun, Dong Yanhong, Yang Jianwen, Chen Daixiong (Hunan Research Institute for Non-ferrous Metals, Hunan Provincial Key Laboratory for Complex Copper Lead Zinc Associated Metal Resources Comprehensive Utilization, Changsha, Hunan, China) Abstract: In view of the properties of a crystalline graphite ore in Henan province, an experimental study on ore dressing was carried out on the basis of technological mineralogy. The dissemination size of graphite in the scaly graphite ore is fine, and intergrew with easy-floating gangue. On the basis of exploration test, different condition test and contrast test were carried out. According to the characteristics of the ore, through the conditions of test and comparative tests, determining the stage of grinding process. The comparative tests of different types of collectors showed that the study used the emulsified kerosene to recover scaly graphite and superfine stirring mill to improve the grade of concentrate in the re-grinding operations using sodium silicate as inhibitor. The closed-circuit test results showed that while the run-of-time ores have 6.83% of fixed carbon, using the process of one roughing one scavenging six cleaning, the carbon concentrate contains 93.70% of fixed carbon and the recovery rate of fixed carbon is 74.38%, which has a certain reference function for the same type of mine. Keywords: Scaly; Graphite ore; Ultrafine grinding; Emulsified kerosene

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第 33 卷第 6 期钢摇铁摇钒摇钛摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 2012 年 12 月 IRON STEEL VANADIUM TITANIUM 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 Vol 郾 33,No 郾 6 December 2012 配碳比对 TiO 2 真空碳热还原的影响周玉昌 ( 攀钢集团研究院有限

第 5 期 2018 年 10 月 孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 47 出, 内部结构简单 矿石有益组分 MgO 品位 20.53% ~21.38%, 平均品位 20.87%, 变化系数为 1.47%, 属组分均匀型 有害组份 SiO2 含量 0.41%

第 5 期 2018 年 10 月孙连宇等 : 山西马家沟冶镁白云石大理岩矿床地质特征及矿石加工利用性能研究 47 出, 内部结构简单矿石有益组分 MgO 品位 20.53% ~21.38%, 平均品位 20.87%, 变化系数为 1.47%, 属组分均匀型有害组份 SiO2 含量 0.41%