我国硼矿资源主要有硼镁石矿和硼铁矿，由于可直接利用的硼镁石矿已近枯竭，开发复杂的硼铁矿资源已迫在眉睫^{[1, 2, 3]}.辽宁翁泉沟硼铁矿石是我国特大型硼资源基地，已探明储量2.8亿t，其中B₂O₃储量为2184万t，占全国总储量的58 % 左右,铁储量近亿吨，是硼、铁共生的特大型沉积变质再造型硼矿床^{[4, 5, 6, 7]}.硼铁矿中矿物种类多，结构复杂，硼和铁均属贫矿，矿物属细粒不均匀嵌布，共生关系密切，用选矿技术方法只能实现硼、铁的初步分离，得到含4.0 % ~5.0 % B₂O₃铁精矿及硼精矿^{[8, 9, 10, 11]}.

在选矿工艺实现硼铁矿中硼、铁初步分离的基础上，含硼铁精矿中硼、铁二次分离成为硼铁矿开发利用的关键技术瓶颈.其中含硼铁精矿的工艺矿物学特性是决定其经济利用程度最基本、最重要的依据，只有查明含硼铁精矿中硼元素的赋存状态、嵌布特征等特性，才能合理制定其综合利用技术路线.为此本文采用显微镜、X射线衍射、MLA等分析手段对含硼铁精矿石的工艺矿物学特性进行了详细的研究.本研究采用的样品由辽宁首钢硼铁有限责任公司提供.

含硼铁精矿化学多元素分析结果表明，含硼铁精矿的成分(质量分数，% )为TFe 55.55，FeO 25.67，B₂O₃ 4.99，SiO₂ 3.60，Al₂O₃ 0.33，CaO 0.10，MgO 10.10，P 0.007，S 1.44.由此可知，该矿石中主要杂质硅、镁、硫的质量分数较高，表明矿石中含有一定量的石英、镁硅酸盐、碳酸盐及铁硫化物.

铁、硼是该矿石中最主要的元素，也是回收的对象.因此为了确定铁、硼的赋存状态，分别对铁、硼进行了化学物相分析.结果表明矿石中的铁主要以磁铁矿的形式存在,所占比例为总铁的95.19 % ，部分以铁的硫化物形式存在，所占比例为4.24 % ，少量赋存于硼镁铁矿中，所占比例为0.57 % ；矿石中硼主要赋存于硼镁石中，所占比例为95.86 % ，其余以硼镁铁矿的形式存在.

对含硼铁精矿矿石进行了X射线衍射分析，结果如图 1所示.从图 1可知，该矿石中主要矿物为磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿、蛇纹石和磁黄铁矿，其他矿物由于含量较少在XRD图谱中无法显示.采用尼康偏光显微镜和图像分析仪，结合人工测定矿物含量的方法(面测法)^{[12, 13]}，对矿石中的主要组成矿物进行测量，再结合其化学元素分析结果计算不同矿物的质量分数.结果表明该矿石中磁铁矿、硼镁石及硼镁铁等有用矿物质量分数分别为74.30 % ，11.20 % 及1.10 % ；硫化矿、蛇纹石、菱镁矿及云母等脉石矿物质量分数分别为4.50 % ，4.20 % ，2.50 % 及1.20 % ，其中碳酸盐矿物的质量分数仅为1.00 %.

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图1 矿石的XRD分析图谱 Fig. 1 XRD pattern of ore

挑选具有代表性的矿样，采用振动水筛法对矿石的粒度及其分布情况进行了分析.结果表明，粒度介于150~100，100~74，74~45，45~37，-37μm以下粒级的矿石质量分数分别为8.38 % ，2.70 % ，35.00 % ，8.45 % 及45.47 %.可知，该含硼铁精矿中0.074mm以下矿石质量分数近90 % ，粒度较细.

为了解含硼铁精矿矿石中矿物单体解离度及连生关系，采用反光显微镜测定法结合矿物自动分析(mineral liberation analyser，MLA)技术对矿石中 主要有用矿物的单体解离度进行了系统的测定.单体解离度测定结果表明，该含硼铁精矿中磁铁矿单体解离度较高，达89.59％，主要与蛇纹石连生；硼镁石、硼镁铁矿单体解离度较低，分别仅为35.63％，28.43 % ，主要与蛇纹石、磁铁矿连生.

图 2为矿物的MLA照片，表明硼镁石与磁铁矿镶嵌关系复杂，部分硼镁石以毗邻型与磁铁矿连生，也有部分硼镁石以微包体形式嵌镶于磁铁矿中，这也是含硼磁铁精矿用传统选矿方法难以实现分离的根本原因.

图 2(Figure 2)

Fig. 2

图2 含硼铁精矿MLA图片 Fig. 2 MLA images of boron-bearing iron concentrate M—磁铁矿； A—硼镁石; L—硼镁铁矿； S—蛇纹石.

1) 磁铁矿.磁铁矿化学成分为Fe₃O₄，矿物理论成分为31.03 % FeO，68.97 % Fe₂O₃,属等轴晶系，具强磁性，是矿石中的主要金属氧化物，常呈自形—半自形晶的粒状集合体.单体粒度小的仅为2~5μm(主要为硼镁铁矿后期分解蚀变所成细粒、网脉状磁铁矿)，大的可达106μm(原生粒状磁铁矿)，多数在63~90μm之间.在矿石中与其共生关系最密切的矿物是硼镁石、蛇纹石及硼镁铁矿(图 2a),主要以毗邻型、壳层型及包裹型与硼镁石、蛇纹石等矿物紧密共生.细粒磁铁矿与硼镁石紧密相嵌在一起形成集合体,与蛇纹石、硼镁铁矿形成复杂的共生关系且浸染粒度细,相互之间的连晶复杂，单体解离困难.

2) 硼镁石.硼镁石化学成分为Mg₂[B₂O₄(OH)](OH)，其中含47.92 % MgO，41.38 % B₂O₃，10.70 % H₂O，有时Mg被Mn或Fe所替代，为单斜晶系，晶体呈纤维状、柱状与板状.它是矿石中含量仅次于磁铁矿的重要含硼矿物.硼镁石多以微晶粒状集合体与磁铁矿紧密共生，微晶粒状硼镁石的粒度多以<10μm的集合体与磁铁矿和其他矿物以岛弧状、树枝状、细脉状紧密嵌布在一起(图 2a~图 2d).

3) 硼镁铁矿.硼镁铁矿化学成分为(Mg，Fe)₂Fe(BO₃)O₂，其中含41.29 % MgO，40.88 % Fe₂O₃，17.83 % B₂O₃，为斜方晶系，晶体呈针状，常为放射状、块状和柱状集合体，并具磁性.矿石中含量较少的含硼矿物之一,以自形晶—它形晶粒状集合体与磁铁矿、硼镁石复杂共生在一起(图 2a~图 2d),粒度在38~5μm之间.

4) 蛇纹石.蛇纹石化学成分为Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈，其中含43.6 % MgO，43.6 % SiO₂ ，13.1 % H₂O，是一种含水的富镁硅酸盐矿物；是矿石中主要的脉石矿物，以细粒、微细粒与磁铁矿和硼镁石紧密共生(图 2a和图 2d).

1) 磁铁矿的工艺粒度.工艺粒度介于22~106μm的磁铁矿，主要来自于原生块状或粒状磁铁矿；而由硼镁铁后期分解蚀变所成细粒、网脉状磁铁矿，其工艺粒度与单晶粒度相近，多在10μm以下(图 3).

图 3(Figure 3)

Fig. 3

图3 磁铁矿工艺粒度分布直方图 Fig. 3 Histogram of magnetite particle size distribution

2) 硼镁石的工艺粒度.工艺粒度大于38μm的硼镁石，主要以板状或柱状分散于磁铁矿、蛇纹石中；在粒状磁铁矿或蛇纹石中，呈弥散状分布的硼镁石，粒度大多小于22μm(图 4).

图 4(Figure 4)

Fig. 4

图4 硼镁石工艺粒度分布直方图 Fig. 4 Histogram of ascharite particle size distribution

3) 硼镁铁矿的工艺粒度.硼镁铁矿较磁铁矿、硼镁石分布粒度细，9.6μm以下占77.58 % ，以微细粒 状集合体与磁铁矿、硼镁石复杂共生在一起(图 5).

图 5(Figure 5)

Fig. 5

图5 硼镁铁矿工艺粒度分布直方图 Fig. 5 Histogram of ludwigite particle size distribution

1) 该含硼铁精矿矿石中，主要铁、硼矿物由磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿组成，其他还有硫化物、菱镁矿、蛇纹石、云母和碳酸盐矿物；铁精矿品位低的原因是因为精矿中磁铁矿的矿物量只有74.3 % ，与一般铁精矿中主要铁矿物达90 % 左右有较大差距，其非铁矿物中硼镁石达11.2 %.

2) 磁铁矿的单体解离度为89.59 % ，主要和蛇纹石连生；硼镁石的单体解离度为35.63 % ，主要和蛇纹石、磁铁矿连生.含硼铁精矿的细度74μm以下达89.92 % ，再细磨硼镁石单体解离难度较大.

3) 该矿石工艺矿物学研究结果决定了采用传统处理方法难以实现硼、铁矿物的有效分离，应采用合理的选冶联合加工工艺路线，实现矿石中硼、铁的综合回收利用.