辽宁翁泉沟硼铁矿是我国特大沉积变质型铁矿床，也是亚洲第一大硼铁矿床.目前已探明储量2.8亿t，其中B₂O₃储量为2 184万t，占全国储量的58%左右，铁储量将近1亿t^[1,2].该矿石含硼、镁、铁等多种有价元素，具有很高的利用价值^[3,4,5]，但由于该矿石中有用矿物结晶粒度细，矿物嵌布关系复杂，所以选矿难度很大^[6,7,8]，属于我国难选铁矿之一.随着国民经济的飞速发展，易选硼矿资源不断减少，我国硼工业供求矛盾日益突出，因此加强对难选硼铁矿资源的开发利用意义重大.

详尽的工艺矿物学研究对于矿石的高效开发利用具有重要的指导意义，本文通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜和EDS能谱等分析检测手段对硼铁矿石进行了详细的工艺矿物学研究，包括矿石的化学成分、元素赋存状态、矿物组成、有用矿物的嵌布关系以及粒度分布等^[9,10].研究所用矿样由辽宁首钢硼铁公司提供，代表性良好.

硼铁矿石的化学成分(质量分数，%)为：B₂O₃ 6.15，Fe 26.26，SiO₂ 22.98，MgO 22.05，Al₂O₃ 2.83，CaO 1.33，S 0.77，C 0.33，Na₂O 0.81，K₂O 0.59.硅和镁含量较高，表明矿石中含有一定量石英和含镁硅酸盐矿物；有害元素硫的质量分数为0.77%.

为确定矿石中硼、铁元素赋存状态，对铁进行了物相分析，由于硼没有现成的物相分析方法，硼元素的分配比是结合化学分析、矿物含量分析和化学物相分析数据计算得出的.分析结果分别见表 1和表 2.由表 1知，矿石中铁主要以磁铁矿形式存在，其比例占全铁的85.6%，其余则分布于硅酸盐矿物、磁铁矿及磁黄铁矿等矿物中.表 2表明矿石中含硼矿物主要为硼镁石和硼铁矿，硼主要赋存于硼镁石中，所占比例为89.01%.

表 1

Table 1

表 1( Table 1)

表 1 原矿中铁的化学物相分析 Table 1Chemical phase analysis of iron for the raw ore % 指标 磁铁矿 磁黄铁矿 黄铁矿 赤、褐铁矿 硅酸盐 TFe 质量分数 23.00 0.33 0.31 0.26 2.97 26.87 分布率 85.60 1.23 1.15 0.97 11.05 100.00

表 1 原矿中铁的化学物相分析 Table 1 Chemical phase analysis of iron for the raw ore

表 2

Table 2

表 2( Table 2)

表 2 原矿中硼元素分布 Table 2 Distribution of boron for the raw ore % 指标 硼镁石 硼铁矿 累计 质量分数 1.70 0.21 1.91 分布率 89.01 10.99 100.00

表 2 原矿中硼元素分布 Table 2 Distribution of boron for the raw ore

利用扫描电镜、EDS能谱、光学显微镜和XRD对矿石进行了物相分析，矿石XRD分析结果如图 1所示.从图 1可以看出，该矿石矿物组成复杂，种类繁多，主要由磁铁矿、硼镁石、硼铁矿、蛇纹石、金云母、长石(钾长石、钠长石、斜长石)、辉石(透辉石、次透辉石等)、角闪石(透闪石、阳起石等)等组成，另有少量或微量赤铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、镁橄榄石、石英、白云石、绿泥石、电气石、石榴子石、磷灰石等.矿石的矿物组成(质量分数，%)为：硼镁石13.22，磁铁矿31.41，蛇纹石25.14，硼镁铁矿4.61，雌黄铁矿1.28，云母7.04，长石7.03，闪石2.67，辉石1.64，绿泥石0.55.

图 1( Figure 1)

Fig. 1

图 1 原矿XRD图谱 Fig. 1 XRD pattern of the raw ore

1) 硼镁石.硼镁石是矿石中的主要含硼矿物，属于硼酸盐矿物.能谱分析表明，硼镁石主要由B，Mg，O组成，含少量Fe，微量Mn.其中，B的质量分数为12.93%，Mg的质量分数为28.27%，Fe的质量分数为1.96%.矿石中硼镁石以粗粒胶结、细粒和脉状结构产出.粗粒硼镁石中常见细粒的磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿和蛇纹石包体，这部分硼镁石粒度为74~589 μm，约占总量的53.87%，易与其他矿物有效分离；细粒硼镁石常和磁铁矿、硼铁矿形成矿物集合体嵌布于脉石中，该部分硼镁石粒度大都在50 μm以下；在脉石中可见几十微米和几百微米的脉状硼镁石.硼镁石嵌布关系见图 2.

图 2( Figure 2)

Fig. 2

图 2 硼镁石与其他矿物嵌布关系图像 Fig. 2 Dissemination relationship between szaibelyite and other minerals (a)—粗粒硼镁石； (b)—细粒硼镁石.

2) 硼铁矿.矿石中另一种主要含硼矿物，也属于硼酸盐矿物.能谱分析表明，矿物主要由Fe，Mg，B，O组成.其中B的平均质量分数约4.81%，Mg的质量分数约9.96%，Fe的质量分数约49.54%.硼铁矿以粒状、叶片状、树枝状、脉状嵌布，也见揉皱结构的硼铁矿.硼铁矿与磁铁矿、硼镁石关系密切.如图 3所示，在硼铁矿裂隙间常见细粒状磁铁矿，也常见细粒磁铁矿包裹于硼铁矿中，或形成矿物集合体，使得硼铁元素难以有效分离；粗粒、脉状硼铁矿常与蛇纹石等矿物共生，其间可见细粒和脉状结构硼镁石；硼铁矿嵌布粒度较细，其粒度分布主要集中在20~74 μm.

图 3( Figure 3)

Fig. 3

图 3 硼铁矿与其他矿物嵌布关系图像 Fig. 3 Dissemination relationship between paigeite and other minerals (a)—粗粒硼铁矿； (b)—细粒硼铁矿.

3) 磁铁矿.磁铁矿是矿石中主要含铁矿物，Fe的平均质量分数为71.64%，镁的质量分数为0.45%，另含少量Al，Si，Mn等元素.磁铁矿主要以自形、半自形、它形粒状、细粒状和脉状结构嵌布.磁铁矿与硼铁矿、硼镁石连生关系密切，矿石中常见由细粒磁铁矿与硼铁矿、硼镁石组成的集合体颗粒(图 4a)，粗粒磁铁矿间隙中嵌布有脉状硼镁石和细粒状硼铁矿(图 4b)，在蛇纹石和其他脉石矿物中也有细粒状及脉状磁铁矿.磁铁矿嵌布粒度相对较粗，74 μm以上占54.77%，10 μm以下占5.6%.

图 4( Figure 4)

Fig. 4

图 4 磁铁矿与其他矿物嵌布关系图像 Fig. 4 Dissemination relationship between magnetite and other minerals (a)—细粒磁铁矿； (b)—粗粒磁铁矿.

4) 蛇纹石.矿石中主要的脉石，属于镁硅酸盐矿物，质量分数约为25.14%.粒度相对较粗，74 μm以上占55.57%，粗粒蛇纹石以致密块状产出，细粒多与磁铁矿、硼铁矿、硼镁石组成矿物集合体，也见少量蛇纹石以脉状形态沿边缘交代橄榄石.由于蛇纹石硬度较低，易碎、易泥化,微细粒蛇纹石通过静电作用吸附于硼镁石表面，从而降低浮选回收率，部分蛇纹石进入硼精矿中会降低精矿品位.所以磨矿过程应尽量避免过磨.蛇纹石与其他矿物嵌布关系如图 5所示.

图 5( Figure 5)

Fig. 5

图 5 蛇纹石与其他矿物嵌布关系图像 Fig. 5 Dissemination relationship between serpentine and other minerals (a)—块状蛇纹石； (b)—细粒蛇纹石.

5) 其他矿物.矿石中含有少量赤、褐铁矿，其粒度较细，常与磁铁矿连生，在磁铁矿内部可见细粒赤铁矿包体.脉石中也常见粒状赤铁矿.矿石中也见少量磁黄铁矿和黄铁矿，是矿石中主要的硫化物矿物，磁黄铁矿含量较黄铁矿多.

矿石中还含有微量或少量电气石、磷灰石和铁矾.电气石是矿石中的含硼矿物，但是由于矿物量很少，所以对硼回收影响不大.磷灰石是矿石的含磷矿物，对生产精矿不利；磷灰石呈细粒状嵌布，与其他矿物连生边界不复杂，磨矿可使磷灰石与大部分目标矿物分离.铁矾是一种铁镁硫酸盐，粒度不大，与磁铁矿和硼铁矿嵌布关系复杂，磨矿难以使其与磁铁矿完全分离.

1) 该矿石组成复杂，矿物种类繁多，磁铁矿、硼镁石是矿石中主要的有用矿物，蛇纹石是主要的脉石矿物.硼主要赋存于硼镁石中，少量存在于硼铁矿中.铁主要赋存于磁铁矿中，少量存在于雌黄铁矿、黄铁矿、硼铁矿和赤(褐)铁矿中.主要含镁矿物为蛇纹石，有害元素硫主要以黄铁矿、磁黄铁矿形式存在.

2) 矿石中主要矿物嵌布关系复杂，嵌布粒度粗细不均.粗粒硼镁石中常见磁铁矿、硼铁矿、蛇纹石包体，而脉状硼镁石因嵌布粒度细难以与其他矿物有效分离；硼铁矿嵌布粒度细，嵌布关系复杂，因此回收硼铁矿中硼元素十分困难；磁铁矿嵌布粒度较粗，多与硼镁石、硼铁矿形成矿物集合体，细粒级磁铁矿多分布于硼铁矿间隙和脉石中，单体解离困难，从而使得磁铁矿精矿中含硼量高；蛇纹石嵌布粒度相对较粗，多以致密块状和矿物集合体形式产出.

3) 影响该矿石选别的因素主要有两类：一为部分硼镁石和磁铁矿嵌布粒度细，与多种矿物密切连生，矿物单体解离困难，使得精矿品位难以提高；二为蛇纹石泥化，蛇纹石天然亲水，可浮性差，细粒的蛇纹石罩盖在硼镁石表面后，影响浮选效果.

4) 该矿石性质复杂，使用单一的浮选流程难以选别，应使用磁重浮联合流程，以达到综合利用硼、铁、镁元素的目的.