红土矿是陆基储量最大的含镍矿物资源，约占镍资源储量的70%左右^[1].随红土矿的矿物成分不同和产品方案不同，工业上一般采用火法工艺直接生产镍铁^[2]，或采用硫酸体系湿法浸出得到镍钴浸出液再后续分离精炼^[3]，正在研究中的处理工艺包括硫化焙烧-浮选^[4]、硫酸化焙烧-浸出^[5]、氯化焙烧-浸出^[6]、氯化物体系直接浸出^[7]及碱浸处理^[8]等.

瑞木红土矿项目位于巴布亚新几内亚的马当省，是目前中国企业在海外投资金属矿产资源最大的项目之一.该矿为典型的湿型红土矿，矿产资源量1.432亿t，其中镍143万t，钴14万t.经综合分析该矿物类型特点及当地经济基础条件，瑞木红土矿项目最终选择高压酸浸处理工艺，产出镍钴混合氢氧化物沉淀中间产品再运回中国进行后续加工.

受风化成矿特点影响^[9]，瑞木红土矿的典型特征是含有一定量的铬，大部分铬以含铬尖晶石存在.由于含铬尖晶石质硬、难溶，在管道化矿浆输送过程和高压浸出过程中会严重磨损管道及釜体内壁^{[10, 11]}，为此，对露天开采出来的红土矿首先进行了铬铁矿选矿处理.这可有效缓解管道和釜体的磨损问题，同时也可弥补我国铬铁矿严重短缺的不足.

瑞木红土矿项目选铬工艺主要采用水力旋流器分级、螺旋溜槽粗选、摇床精选和磁选，但目前该工艺所产出的铬铁矿精矿铬铁质量分数比不高，磁选后Cr₂O₃与FeO质量分数比为2.3，无法达到冶炼铬铁合金所要求的铬铁矿精矿要求(铬铁质量分数比大于2.5).为此，本文针对瑞木红土矿经摇床精选后得到的铬铁矿粗精矿开展研究，主要是查明其中的矿物组成和相对含量，阐明影响铬铁质量分数比进一步提高的矿物学因素，在此基础上探讨提高铬铁质量分数比的可能途径.

铬铁矿粗精矿来自瑞木红土矿选铬工艺中摇床精选后得到的粗精矿中间产品，其铬铁质量分数比为1.87，化学成分列于表 1.

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 铬铁矿粗精矿的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of rough chromite concentrate (mass fraction) % Cr2O3 FeO SiO2 TiO2 MnO2 Al2O3 MgO CaO K2O Na2O 49.07 26.23 4.24 0.13 0.55 10.02 8.82 0.15 0.016 0.019

表 1 铬铁矿粗精矿的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of rough chromite concentrate (mass fraction)

针对该铬铁矿粗精矿主要进行了如下实验：①对该矿物进行筛分分级，分析不同粒级矿物的产率和成分变化情况；②对矿物进行矿相定量分析和反光显微镜镜下观察，分析影响产品铬铁质量分数比的矿物学因素；③对矿物进行细磨或化学提纯处理，在显微镜下选取典型铬铁矿尖晶石样品，分析提高铬铁矿铬铁质量分数比的可能性；④铬铁矿粗精矿磁性富集探索实验.

将铬铁矿粗精矿充分混匀、缩分，得到代表性样品，之后进行筛分分级，各粒级矿物的产率、成分和铬铁质量分数比数据见表 2.从分析结果中可以看到，铬铁质量分数比随粒度而变化的趋向很明显，通过筛分除去细级别矿物有利于提高产品的铬铁质量分数比.

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 铬铁矿粗精矿筛分分析结果 Table 2 Screen analysis of rough chromite concentrate 粒度范围/mm 产率/% w (Cr2O3)/% w (FeO)/% w(Cr2O3)/w(FeO) >0.45 2.27 52.06 22.13 2.35 0.20~0.45 38.13 53.32 24.41 2.18 0.104~0.20 27.97 49.75 27.55 1.81 0.074~0.104 18.72 46.10 27.96 1.65 0.050~0.074 9.30 42.46 31.93 1.33 <0.050 3.61 36.21 42.66 0.85

表 2 铬铁矿粗精矿筛分分析结果 Table 2 Screen analysis of rough chromite concentrate

采用重砂定量方法并参考定量化学分析数据和选择性溶解结果确定了铬铁矿粗精矿中各主要矿物的相对含量(质量分数)：辉石类硅酸盐为主的脉石矿物约8%，磁铁矿、赤铁矿及褐铁矿共约4%，铬尖晶石类矿物约88%.

矿物在反光显微镜下的分析结果如图 1所示：铬尖晶石自身绝大多数呈单体状态；硅酸盐脉石主要呈单体状，少量在铬尖晶石内部呈包裹状态(见图 1a和1b)；磁铁矿往往在边缘交代铬尖晶石(见图 1c)，部分在内部填充铬尖晶石(见图 1d)；个别情况下见磁铁矿单体，并有亮白色赤铁矿细脉沿其解理交代(见图 1e)；褐铁矿一般粘附在铬尖晶石表面或在其内部裂隙中充填(见图 1f)，其量比磁铁矿少，影响小.

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图 1 铬铁矿粗精矿反光显微镜下分析结果 Fig. 1 Microstructure of rough chromite concentrate under reflection microscope (a)—铬尖晶石(Chr)包裹的较粗粒脉石(Gn)； (b)—被铬尖晶石(Chr)包裹的细粒脉石(Gn); (c)—铬尖晶石(Chr)边缘为磁铁矿(Mt)交代； (d)—磁铁矿(Mt) 在铬尖晶石(Chr) 内部充填; (e)—混入粗精矿中的磁铁矿(Mt)颗粒，有赤铁矿(亮白色)细脉沿其解理交代； (f)—磁铁矿和褐铁矿细脉(亮度不同的灰白色)沿铬尖晶石(Chr)边缘和内部裂隙交代充填.

因此，从矿物组成可以看出，提高产品Cr含量和铬铁质量分数比的途径可从以下两个方面考虑：一是尽可能除去脉石(其量比磁铁矿和褐铁矿多)；二是通过磁选尽可能除去含Fe较高的铬尖晶石，以及它与磁铁矿、褐铁矿的连生体.据嵌布特征的分析证明这也是可能的.

对铬铁矿粗精矿进行细磨、化学法除硅酸盐脉石及铁矿物等方式处理，并在反光显微镜下提取铬尖晶石矿物，不同方法提取所得样品的名称及相应Cr，Fe分析结果列于表 3.

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 铬铁矿粗精矿提纯处理实验结果 Table 3 Purification results of rough chromite concentrate 样品类型 w(Cr2O3)/% w(FeO)/% w(Cr2O3)/w(FeO) 铬铁矿粗精矿原样 49.07 26.23 1.87 镜下提取的铬尖晶石 56.84 22.26 2.55 化学除铁后镜下提取的铬尖晶石 55.61 21.64 2.57 细磨、化学除脉石及铁矿物后镜下提取的铬尖晶石 55.88 21.75 2.57 细磨、化学除脉石及铁矿物放大实验样品 56.96 20.92 2.72

表 3 铬铁矿粗精矿提纯处理实验结果 Table 3 Purification results of rough chromite concentrate

由表 3数据可见，原粗精矿铬铁质量分数比约1.87，简单物理提纯(除去全部单体脉石)所得产物铬铁质量分数比可达到2.55，细磨化学提纯产物铬铁质量分数比可达2.57～2.72左右.因此，从理论上说，提高产品的铬铁质量分数比是可能的.

对混合均匀的铬铁矿粗精矿进行磁选富集实验，改变磁场强度，磁选产品的产率和Cr，Fe分析结果见表 4.

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 铬铁矿粗精矿磁选富集结果 Table 4 Magnetic separation results of rough chromite concentrate 磁场强度/mT 产率/% w(Cr2O3)/% w(FeO)/% w(Cr2O3)/w(FeO) 0~110 13.10 36.45 46.80 0.78 110~185 6.67 52.06 28.74 1.81 185~402 47.37 53.10 23.24 2.29 402~465 27.35 53.09 20.69 2.57 465~560 5.51 21.42 12.90 1.66

表 4 铬铁矿粗精矿磁选富集结果 Table 4 Magnetic separation results of rough chromite concentrate

从磁选结果中可以看到两种现象：一是中低磁场强度下所得强磁性产品的铬铁质量分数比很低，说明磁铁矿对铬铁质量分数比的影响明显，含Fe高的铬尖晶石的磁性较强；二是中高磁场强度下得到的以脉石为主的磁选尾矿中铬铁质量分数比也很低，说明部分含Fe脉石的存在也是影响铬铁质量分数比的重要因素.据此可以认为，以低磁场强度除去强磁性组分及以适当的中高磁场强度选出铬铁矿并抛除部分脉石应该是获得合格产品的基本工艺路线.

上述磁选实验表明磁选处理可获得铬铁质量分数比大于2.5的铬铁矿精矿产品，但其产率仅27.35%.为增加磁选产品的产率，再次调整条件进行磁选.由前述筛分实验结果，小于0.074 mm的矿物铬铁质量分数比低，而且细级别矿物的存在对磁选不利，故可先将其筛分除去，然后再进行磁选.粒度大于0.074 mm铬铁矿粗精矿磁选富集结果见表 5.

表 5

Table 5

表 5(Table 5)

表 5 +0.074 mm铬铁矿粗精矿磁选富集结果 Table 5 Magnetic separation results of +0.074 mm rough chromite concentrate 磁场强度/mT 产率/% w(Cr2O3)/% w(FeO)/% w(Cr2O3)/w(FeO) 0~110 10.90 — — — 110~185 11.17 53.19 26.81 1.98 185~265 6.39 53.45 24.88 2.15 265~434(+0.104 mm) 50.19 54.72 21.09 2.60 265~434(-0.104 mm) 10.62 50.99 21.24 2.41 434~550 5.68 55.56 19.53 2.84

表 5 +0.074 mm铬铁矿粗精矿磁选富集结果 Table 5 Magnetic separation results of +0.074 mm rough chromite concentrate

预先筛分除去细粒级的矿物后，在265~550 mT的中高场强条件下磁选得到三种产品，均具有较高的铬铁质量分数比.将此三种产品合并在一起，按产率计其加权铬铁质量分数比为2.59，直接磁选产率为50.19%+10.662%+5.68%=66.49%，粗精矿的产率则为66.49%×(1-12.91%)=57.85%，筛分-磁选处理铬铁矿粗精矿时铬的总回收率为63.89%.

1) 铬铁矿粗精矿的主要组成有价矿物为铬尖晶石、磁铁矿、褐铁矿，脉石矿物为含少量Fe的辉石类矿物.

2) 铬铁矿粗精矿的铬铁质量分数比有随粒级变细而明显降低的趋势，经提纯处理去除脉石和铁矿物后铬铁矿的铬铁质量分数比可以达到或超过2.5.

3) 采用筛分除去13%的-0.074 mm细粒矿物后，磁选可得到产率57.85%，铬铁质量分数比为2.59，铬的回收率为63.89%的铬铁矿产品.