《武汉工程大学学报》  2012年3期 45-50   出版日期：2012-03-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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湖北某中低品位硅质磷矿工艺矿物学研究


0引言　　磷是生命循环过程中不可或缺的元素之一，在生物制剂、农业肥料、精细化工等行业中具有非常重要的作用.人类社会的生存和发展需要大量的磷资源，然而由于世界上各国都实行“先富矿后贫矿，先易选矿后难选矿”的开采原则，在经过长期大量的开采之后，磷矿资源逐渐趋于贫化，高品位磷矿明显减少［1-5］，人类正面临磷矿资源短缺和磷矿质量不断下降的威胁，从而迫使人们积极寻求中低品位磷矿的利用途径，我国国土资源部已将磷矿列于2010年后不能满足国民经济发展需要的重要矿种之一［6］.　　中低品位磷矿是指P2O5含量在 25%以下的磷矿资源.磷矿浮选工艺广泛使用于磷矿选矿的实际生产中，经过约20年的发展，已经形成了如正浮选、反浮选、正—反浮选和二次反浮选等浮选工艺［7］.浮选主要适用于硅质磷矿和变质型硅—钙质磷矿，分选效果较好；单一反浮选主要是脱除含钙（镁）的脉石，对于沉积型的钙（镁）磷矿浮选指标较好；正—反浮选和二次反浮选都是通过除去硅酸盐和碳酸盐矿物达到富集磷矿物的目的，适用于较难选的沉积型硅钙（镁）质磷块岩.然而浮选工艺的选择主要取决于磷矿石中脉石矿物的类型、含量和成分［8］.本文通过研究湖北某地区的磷矿石的化学组成、矿物组成，结合其矿物学特征，从而确定了该矿区磷矿资源的选矿工艺，达到了传统的中低品位磷矿一次浮选工艺难以达到的P2O5品位必须在30%以上、SiO2含量15%以下、MgO和倍半氧化物(Al2O3和Fe2O3等)含量分别低于1%和4%的选矿要求，对于处理该矿区磷矿生产中出现的问题、解决矿产工程工艺和合理有效的利用该矿区磷矿资源具有重要的意义.1矿物的化学组成及矿物组成11矿物的化学组成　　对原矿样品进行多元素分析，得到矿物的化学组成结果如表1，从表1中可以看出，原矿中的主要成分为P2O5 、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3，占矿物总质量的90%以上，其中P2O5质量分数为1913%，SiO2则达到3732%，说明该磷矿为硅质中低品位磷矿，而MgO和倍半氧化物（Fe2O3和Al2O3等）是磷矿浮选过程中需要尽量去除的成分，所以在以后的考察中，是以P2O5 、CaO、MgO、SiO2和倍半氧化物为主要组分.
表1原矿样品化学组成分析
Table 1Chemical composition of run\|of\|mine ore
组分P2O5CaOMgOSiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%191328582013732127225组分K2ONa2OFCO2MnOA·I质量分数/%040014196306013390612矿石的矿物组成　　矿石中有用矿物主要为胶磷矿（氟磷灰石），其次还有少量的隐晶磷灰石、碳氟磷灰石及次生银星石.脉石矿物主要有石英、玉髓、白云石，还有少量的长石—粘土类矿物（白云母，高岭石、斜长石）、黄（褐）铁矿、有机质及微量锆石、电气石.利用可视化偏光显微镜观测，采用过尺线测法，先测定矿石中各矿物平均体积含量，再根据比重计算矿石中各矿物平均质量百分比，测定结果如表2.可以看出，在原矿石中, 胶磷矿和石英质矿物为主要矿物成分，分别占总质量的5075%和3215%, 碳酸盐矿物占369%, 粘土、长石类矿物占691%,  铁碳质矿物占460%.表2各矿物在原矿中的含量
Table 2Contents of several minerals of run\|of\|mine ore
矿物线测长度/(L/cm)体积/(cm3/100)体积分数H/% 密度d/（g/cm3）质量分数w/%胶磷矿388561 28152049032985075碳酸盐矿物16784 920707393270369石英质矿物364645 08163036072653215粘土类矿物22019 619951770254691铁碳质矿物15254 096192327400460合计12935125 000.001000099462 33第3期田兴，等：湖北某中低品位硅质磷矿工艺矿物学研究
武汉工程大学学报第34卷
2矿石中主要组分在各矿物中的赋
存状态21矿物单体成分测定 　　将单体解离出的矿物看成为单体，被包裹物的最小粒度确定为0039 4 mm，采用磷钼酸喹啉容量法测定磷矿石中的P2O5含量、EDTA-DCYTA法分别测定CaO和 MgO含量，通过碱熔-氟硅酸钾容量法测定SiO2含量、邻菲咯啉比色法测定Fe2O3含量、铜盐回滴EDTA法测定Al2O3含量，测定结果为：     a 胶磷矿（化学分析,质量分数）：P2O5 3950%；MgO 004%；CaO 5435%；SiO2 014%；Fe2O3 031%；Al2O3 036%.     b 碳酸盐脉石矿物(质量分数)：MgO 1989%；CaO 3052%；CO2 3057%.22主要组分在矿物中的赋存状态　　通过单矿物成分测定数据，结合矿物在矿石中的平均含量，依次查清原矿中主要考查组份在各矿物中的赋存状态，所得的结果如表3.从表3中可以看出，P2O5全部赋存于胶磷矿中；SiO2主要赋存于石英质矿物，分布率达到8935%；MgO主要赋存于碳酸盐矿物中，分布率为9643%，CaO主要赋存于胶磷矿中，分布率达9445%，为选矿流程各阶段产物主要考查组份的走向提供了数据.表3原矿中主要组份在各矿物中的赋存状态
Table 3Occurrence of main components in various minerals in run\|of\|mine ore%
矿物质量
分数P2O5含量/
分布率CaO含量
/分布率MgO含量/
分布率SiO2含量/
分布率Fe2O3含
量/分布率Al2O3含量/
分布率胶磷矿50891909/1002687/9445007/357012/033032/2370029/1256碳酸盐矿物401158/555189/9643001/074008/346石英质矿物32933288/8935007/303长石类、粘土
类矿物651380/1033187/8095铁碳质矿物566102/7556合计10000190928451963680135231原矿品位191328582013732127225平衡997999549752986110630102673胶磷矿的嵌布粒度和单体解离度
分析31嵌布粒度测定采用过尺线测法在显微镜下对原矿石中的胶磷矿的嵌布粒度进行测定，统计结果见表4.从表中可以看出，胶磷矿在-0313 6~+0039 2 mm粒级占9060%，属中粒嵌布.32单体解离度分析　　在测定胶磷矿的单体解离度时，由于胶磷矿在形成过程中包裹有细粒脉石矿物（如石英、碳酸盐矿物等），本研究将被视为胶磷矿单体包裹的脉石矿物的最大极限粒度确定为002 mm，所选粒度范围为－0074 8+ 0045 mm粒级，利用直线法测量得到主要矿物单体解离度见表5.表4原矿中胶磷矿的嵌布粒度
Table 4Dissemination size of collophanite in run\|of\|mine ore
粒级粒度范围/mm比粒径d线测颗数n含量比nd含量分布/%累计含量/%IV+0156 8－0313 683222 57626182618V+0078 4－0156 847142 8562902552VI+0039 2－0078 421 7123 42434890VII+0019 6－0039 2198498410100共计3 7329 840100表5主要矿物单体解离度
Table 5Dissociation degree of monomer of main minerals
矿物1/41/23/41平均单体
解离度/%胶磷矿58954737916477003白云石6657523566504454石英4905193212262663注：解离度L（S）=Nm（p）Nm（p）+34NL（3/4）+12NL（1/2）+14NL（1/4）（1）
式（1）中，L（S）为粒级目的矿物单体解离度；Nm（p）为目的矿物单体数；　　      N为连生体中不同大小目的矿物单体数.　　从表5中可以看出，在-0748+0045 mm粒级中，胶磷矿单体解离度为7003%，白云石为4405%，石英为2662%.说明胶磷矿的单体解离度良好，符合选矿的要求［9］.4矿物嵌布嵌镶特征分析　　本矿区的胶磷矿的嵌布特征主要是均匀嵌布，有少许的杂乱状嵌布（图1）. 胶磷矿同脉石矿图1几种矿物的工艺矿相照片（正交偏光：10×10）
Fig1Processing mineralogy pictures of several minerals（Cross polarizer,10×10）物的嵌镶关系主要有两种： 一是包裹嵌镶，二是毗连嵌镶关系.如图1a为硅质磷块岩工艺矿相照片, 胶磷矿（Clh）与大颗石英（Qtz）毗连镶嵌，与小颗石英包裹镶嵌；图1b为硅质磷块岩工艺矿相照片，胶磷矿（Clh）与石英（Qtz）毗连镶嵌；图1c为鲕状磷块岩，鲕状胶磷矿（Clh）与玉髓（Cln）毗连镶嵌；图1d为白云质、硅质磷块岩,胶磷矿（Clh）与玉髓（Cln）毗连镶嵌.5选矿工艺及矿相跟踪质量流程图
51中低品位磷矿选矿工艺流程图　　根据对该矿区磷矿的工艺矿相分析结果可以看出，原矿中P2O5中含量为1913%，SiO2为3712%， CaO为2858%， MgO 为201%， 说明
该矿区的磷矿属于中低品位硅质低镁磷矿，  其中P2O5和CaO主要赋存于胶磷矿中，SiO2主要赋存于石英质、粘土质矿物中，而9643%的MgO则存在于碳酸盐矿物中.为了满足磷矿浮选的的P2O5品位必须在30%以上、SiO2含量15%以下、MgO和倍半氧化物(Al2O3和Fe2O3等)含量分别低于1%和4%的选矿要求［10］，传统的对于中低品位磷矿的一次浮选工艺难以达到上述选矿要求，为此制定了如图2的中低品位磷矿选矿的工艺：先将原矿进行选择性研磨，再经过正浮粗选，将磷矿品位提高到2485%，粗选后的矿分别经过正浮精选和正浮扫选后，部分矿掺入到正浮粗选矿中进行二次正浮粗选，剩余部分进入反浮粗选阶段，最后经过反浮精选得到P2O5含量分别为3102%的精矿，提高了该矿区的磷矿的品位，且P2O5的回收率达到7215%.
图2湖北某中低品位磷矿选矿工艺流程图
Fig 2Flow chart of beneficiation technology for middle\|low grade phosphorite in Hubei52磷矿矿相质量跟踪　　为了检验所制定出的湖北某中低品位磷矿浮选工艺路线，根据上述工艺流程（如图2）进行矿相跟踪考察，结果如表6所示，可以看出，原矿中的胶磷矿含量为5089%，碳酸盐、石英质、长石类、铁碳质矿物含量分别为373%、3354%、686%和460%,在经过上述选矿工艺后，胶磷矿含量提高到7714%、单体解离度达到8249%，碳酸盐矿物和石英质矿物分别降低至086%和1422%，长石类和铁碳质矿物含量也分别比原矿中有所减少.我们再将浮选后精矿中矿物含量根据表3换算成主要成分的含量，结果如表7.表6中低品位磷矿矿相跟踪质量统计表
Table 6Tracking the quality of mineral phase for middle\|low grade phosphorite
矿相跟踪矿物含量w/%胶磷矿碳酸盐矿物石英质矿物长石类/粘土类矿物铁碳质矿物胶磷矿单
体解离度原矿50893733354686460选择性磨矿5010361295510026727001正浮粗选精矿650639120636234177543尾矿3306314400614219535895正浮精选精矿707142316934873267977尾矿4967355299610076756848正浮扫选精矿528439127969156147233尾矿23492814589196511165271反浮粗选精矿763011814194993348576尾矿2195368834723862595066反浮精选精矿771408614224663128249尾矿663853213448905967598由表7可以很直观的看出，经如图2所示的浮选工艺后， 得到的精矿中的P2O5品位提高到3102%、SiO2的含量为1420%、MgO含量低于1%、倍半氧化物(Al2O3和Fe2O3)含量为288%；均符合中低品位磷矿的选矿要求.
表7精矿中主要组分含量
Table 7Contents of main components in beneficiation
组分P2O5SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3质量分数/%3102142042270411831056结语a 原矿中的主要组分为P2O5 、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3，其中P2O5含量为1913%，SiO2含量达到3732%；胶磷矿、石英质矿物和为主要矿物成分，分别占总质量的5075%和3215%. b P2O5全部赋存于胶磷矿中；SiO2主要赋存于石英质矿物，分布率达到8935%；MgO主要赋存于碳酸盐矿物中，分布率为9643%，CaO主要赋存于胶磷矿中，分布率达9445%.c 矿石中的胶磷矿在－0313 6+0039 2 mm粒级占9060%，属中粒嵌布；胶磷矿在－0748～+0045 mm粒级中的单体解离度为7003%.d 本矿区胶磷矿的嵌布特征主要是均匀嵌布，有少许的杂乱状嵌布，胶磷矿与脉石矿物的嵌镶关系主要有包裹镶嵌和毗连镶嵌两种.e 结合该矿区中低品位磷矿的工艺矿相特征，制定出了先经正浮粗选，再正浮精选和正浮扫选后，部分掺入到正浮粗选矿中进行二次正浮粗选，剩余部分进入反浮粗选阶段，最后经过反浮精选的选矿工艺，并对其进行矿相跟踪考察，结果显示，最后得到的精矿的P2O5品位提高到3102%、SiO2的含量为1420%、MgO含量低于1%、倍半氧化物(Al2O3和Fe2O3)含量为288%，符合中低品位磷矿的选矿要求