第三节 凤城翁泉沟硼铁矿矿床
一、矿石的矿物分类
翁泉沟硼铁矿矿床矿体模型见图1-1。矿石中矿物组成复杂，现已查明的各类矿物共计30余种。然而由于其各自的含量、嵌布粒度、工艺性质以及元素组成上存在差异，它们对矿石性质的影响并不相同。按照它们在矿石组成中的作用和地位，可将其划分为矿石矿物和脉石矿物两大类。脉石矿物又依其含量的多寡分为主要、次要和少见矿物。矿石组成矿物的分类见表1-2所列。
图1-1 翁泉沟硼铁矿矿床矿体模型
表1-2 矿石组成矿物一览
二、主要组成矿物含量
主要组成矿物含量的观测结果见表1-3所列。测定时，对含量在0.10%以下的少见矿物和部分次要矿物予以合并处理。
表1-3 矿石主要组成矿物含量
从表1-3可以看出，影响矿石的工艺矿物学性质的主要矿物是：磁铁矿、硼石和蛇纹石，三者合计占有矿石量的82.39%。它们各自在矿石中的状态和相互间的共生关系无疑是影响选矿回收工艺的基本要素。
三、矿石中铁、硼、镁、硅的赋存状态
铁、硼、镁、硅是矿石中含量高的四种元素。它们在矿石各组成矿物中的配分，直接影响着矿石的加工性质。在矿石中矿物定量和对矿物元素分析的基础上，四元素在矿石中的配分见表1-4所列。
表1-4 铁、硼、镁、硅在矿石中的配分（东台子矿段）
表1-4所列主要元素在矿石中的配分值反映出铁、硼、镁、硅在矿石中有着极高的集中系数，除镁元素外，其他三种元素几乎均集中于矿石中的某一种矿物。例如，Fe的86.02%存在于磁铁矿中，B2O3的97.02%存在于硼石中，SiO2的74.29%存在于蛇纹石中。而硼石和蛇纹石中的MgO则占79.59%。
四、主要矿物产出特征
1.磁铁矿
它是矿石中最主要的含铁矿物，在矿石各组成矿物中，在含量上它和蛇纹石有近乎相等的重要地位。按产出形式可将其分为原生粒状磁铁矿、后期蚀变细粒磁铁矿和网脉状磁铁矿3种类型。
①原生粒状磁铁矿多与橄榄石（蛇纹石）、斜硅镁石共生。粒径一般大于0.5mm，它在磁铁矿中的含量不超过15%。
②细粒磁铁矿是矿石中磁铁矿的主体，由硼铁矿后期风化而来。硼石是与它共生关系最密切的矿物，两者共同组成了海绵陨铁构造。这类磁铁矿也经常和蛇纹石共生。由硼石、蛇纹石、细粒磁铁矿组成的集合体，是矿石中最普遍的一种构造形式。
③网脉状磁铁矿是含量最低的一种磁铁矿。它多零星地分布于蛇纹石等脉石矿物的裂隙或晶界中。
2.硼石
它是矿石中最重要的含硼矿物，除少数呈柱状晶形外，绝大多数为针状和纤维状，由硼铁矿蚀变而来的针状、纤维状硼石，不仅和磁铁矿共生，而且集合体粒多在0.2mm以下。矿石中集合体粒度在0.2mm以上的硼石，则是柱状硼石的后期产物，这一类硼石集合体中，很少有其他矿物存在，只在集合体的边缘常有蛇纹石与之共生。
3.蛇纹石
它是矿石中含量最高的脉石矿物。在46.38%的脉石中，蛇纹石占据了66.06%。它有叶蛇纹石、纤维蛇纹石和胶蛇纹石三种类型，其中以叶蛇纹石含量最高。在矿石中除了与硼石、磁铁矿组成各种连生集合体外，还有近一半的蛇纹石是以致密块状体存在的。
五、主要矿物的嵌布粒度
矿物定量结果表明，矿石组成矿物的82.39%是磁铁矿、硼石和蛇纹石。因此，这三种矿物的状况将是决定矿石特征的主要因素，下面就其嵌布粒度分述如下。
1.蛇纹石
由图1-2可以看出，蛇纹石的工艺粒度分布近似如半抛物线。120μm以上的各粒度区间占据了86.88%，这其中尤以480μm以上的粗粒含量最高。
图1-2 蛇纹石粒度分布直方图
与矿化关系密切的为富含硼石的蛇纹石，其工艺粒度多集中于细粒级，其中尤以100μm以下的蛇纹石为主。粗粒级中那些1mm左右的蛇纹石，一般与矿化关系不大，除了个别情况下有少许磁铁矿与之共生外，极难有硼石存在。有近半数的蛇纹石属于后一种情况。
蛇纹石与磁铁矿、硼石的共用边界大多较简单，而且颗粒愈粗，与其共生的矿物愈单一，邻接边界也愈趋于简单。
2.磁铁矿
从图1-3可以看出，磁铁矿的平均粒度明显地不如蛇纹石粗大。另外，粒度分布特征也和蛇纹石有别，它趋向于正态分布。不过，120μm以上的粗粒级磁铁矿仍然占据主要部分，含量高达50.49%。
图1-3 磁铁矿粒度分布直方图
30～480μm之间的磁铁矿多属于硼铁矿的后期风化产物，与硼石共生是这类磁铁矿的基本特征之一。
处于粒度分布两端的磁铁矿则主要是与蛇纹石、斜硅镁石等共生。480μm以上的粗粒属原生粒状磁铁矿；30μm以下的细粒部分则多为网状磁铁矿。
3.硼石
从图1-4可以看出，硼石在矿石三种主要矿物中，不仅含量最低，而且粒度分布最不集中，属于极不均匀粒度分布。矿物颗粒在各粒级中占有大致相同的含量。
图1-4 硼石粒度分布直方图
粒径240μm以下的硼石，主要是和磁铁矿共生，两者犬牙交错、紧密共生。240μm以上、特别是480μm以上的硼石，则多属于柱状体或者是它蚀变而成的纤维状硼石集合体。
六、翁泉沟硼铁矿化学组成及其加工工艺
该矿属于多元素共生矿，其主要化学成分平均品位TFe30.65%、B2O3 7.23%。该硼铁矿属于接触变质矿床，磁铁矿、纤维硼石主要由硼铁矿受热液作用分解而成，因此除少量原生磁铁矿、板柱状硼石粒度较粗外，绝大部分磁铁矿、纤维硼石浸染粒度细。它们之间共生关系十分密切、连晶十分复杂，呈犬牙交错状、网格状、放射状、尘点状、象形文字状、树枝状等多种结构。这种极不规则的接触形态给磁铁矿、硼石彼此解离带来了极大的困难。
矿石中的铀矿物为晶质铀矿（占总铀矿量的93%），它呈浸染状，分布于蛇纹石和磁铁矿、硼石中。
综上所述，硼铁矿石使用价值很高，是我国未来硼资源的主要来源，但有用成分低，属低品位贫杂矿。该矿主要有用矿物磁铁矿和硼石浸染粒度微细，共生关系十分密切复杂，属难加工矿石。原矿光谱分析结果见表1-5所列。
表1-5 硼铁矿化学元素组成
该矿还具有如下特点：
一是含微铀，平均品位0.0048%。
二是矿石矿物及脉石矿物种类繁多，近60多余种，主要有用矿物为硼石和磁铁矿，脉石矿物为蛇纹石和斜硅镁石，微量矿物为晶质铀矿和硼铁矿。
化学多项分析结果、主要矿段矿物含量见表1-6、表1-7所列。
表1-6 化学多项分析结果 单位：%（质量分数）
表1-7 主要矿段矿物含量 单位：%（质量分数）
矿石结构复杂，不同矿段的矿石类型是不同的，除翁泉沟矿段以外，其余三大矿段以硼石-磁铁矿型为主。翁泉沟矿段则有部分是硼铁-磁铁矿型，但就整个矿区而论，还是以硼铁矿-硼石-磁铁矿型及硼石-磁铁矿型分布广泛，这两种矿石类型往往互相过渡，难以单独圈定。
这种结构组成复杂的矿物的加工过程中，全工艺流程一直围绕着矿石中各有价元素。在硼的分离、富集、提取过程中，对于不同的对象采用不同的分离、富集、提取手段，如采用机械分离的办法选矿，采用“火法”（冶金）分离硼铁矿，富硼渣、硼精矿采用化工工艺提硼。具体地说，对硼铁矿需进行硼铁分离选矿才能进行合理加工。目前国内已有的方法如下所述。
（1）磁重法 对原矿石中的磁性部分先进行磁选，使其与铁进行分离，而非磁性部分采用重力法将其分离出来，该法得到的硼精矿经化工过程处理制取硼砂、硼酸。
另外对这种含硼铁矿进行高温生产冶炼，即所谓的“火法”冶炼，得到的富硼渣进行缓冷工艺处理，作为含硼二次资源使用，同时得到的含硼生铁作为耐磨合金可应用在机械行业中。
含硼铁精矿采用选择性还原法进行熔化分离，获得含硼铁或不含硼铁，同时得到高品位的高硼渣作为二次含硼资源。
（2）磁选法 这种方法得到的两种精矿，一是以铁硼为主的矿，称为混合精矿；二是以硼为主的精矿，称为硼精矿。
对这种工艺得到的混合精矿，试验研究单位有的采用盐酸分解，有的采用硫酸分解，得到硼酸产品和副产品镁盐，或者再进行深加工。这两种方法均在酸解过程中加入一种阻铁剂使铁转入尾渣中，然后再对这种含铁量较高的尾渣进行处理，把铁分离出来后作为炼钢原料。
（3）磁浮联选法 在磁选的基础上补充了浮选作用，提高了硼精矿品位及硼回收率。
硼铁矿分离加工工艺都处在开发研究阶段，有的企业还将硼铁原矿与硼矿混用，经活化焙烧后应用于硼砂生产中。国内不少科研单位、高等院校多年来对硼铁矿进行了大量的研究工作，取得了一些较好的成果，有的已经投入了工业规模生产，如磁重法分离铁硼；有的进行了中试和半工业规模、工业规模试验，进一步完善了加工数据，如“火法”冶炼。目前一些主管部门及相关单位都在规划开发相关项目，有的规模还相当可观，这就为硼铁矿开发应用展示了可喜的前景。