宜昌磷礦工藝礦相學(xué)研究

王樹林，黃志良，羅 欣，池汝安，季家友

(武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

宜昌磷礦資源比較豐富，保有儲量為9.53 億t，由12個礦區(qū)組成，其中品位大于30 %的富礦石1.1 億t,只占11.74 %，大部分為中低品位且難選[1].中低品位磷礦石的開采利用成為宜昌磷資源合理開發(fā)的關(guān)鍵.前期大量的實驗室研究和較多選礦廠選別流程研究均表明[2-3]：宜昌中低品位磷礦種類復(fù)雜，主要有鎂質(zhì)(碳酸鹽)、粘土質(zhì)、硅質(zhì)等磷塊巖種類.隨著大型選廠的建立，中低品位磷礦的選礦存在兩個問題：a.能合理地同時降鎂、硅和鋁的工藝流程較難確定；b.較難實現(xiàn)常溫浮選.

因此，為了宜昌磷化工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須對宜昌磷礦進(jìn)行工藝礦相學(xué)的詳細(xì)研究，以指導(dǎo)選礦.

1 宜昌磷礦的物質(zhì)特征

我國磷礦主要有巖漿結(jié)晶型磷灰石礦床、沉積變質(zhì)型磷灰石礦床、沉積型磷塊巖礦床.宜昌磷礦屬于第三類沉積型磷塊巖礦床[1-3].本次研究的宜昌磷礦石的自然類型可分為三類，分別是：致密條帶狀磷塊巖(P2O5含量30 %左右)、白云質(zhì)條帶狀磷塊巖(P2O5含量平均為20 %左右)和頁巖條帶狀磷塊巖(P2O5含量15 %左右).其主要有用礦物為隱晶質(zhì)膠磷礦，脈石礦物主要為碳酸鹽礦物、石英、粘土類礦物、含鐵質(zhì)礦物等.由于原礦中致密條帶狀磷塊巖含量較低，需進(jìn)行配礦，以提高礦石利用率[4-5].配礦后多元素分析見表1，品位達(dá)到了選礦的要求.

表1 配礦樣品多元素分析

2 組份在礦石中的賦存狀態(tài)

2.1 測定各礦物在配礦中的含量

利用光學(xué)偏光顯微鏡觀測(奧林巴斯BH-2型顯微鏡)，首先根據(jù)礦物單體在偏光顯微鏡下不同的晶體光學(xué)性質(zhì)確定其礦物單體種類，然后采用過尺線測法測定礦石中各礦物平均體積含量，最后依據(jù)各礦物平均體積含量和比重可計算出各礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其結(jié)果如表2.

2.2 測定礦物單體成分

根據(jù)光學(xué)偏光顯微鏡分析，把能被解離出的礦物被看成為單體(最小粒度確定為0.0392 mm).其中膠磷礦、石英、碳酸鹽礦物可以通過挑樣選擇單體礦物，用化學(xué)方法分析各成分含量；而鐵碳質(zhì)礦物、粘土礦物、長石類礦物不易挑樣，用SEM微區(qū)能譜成分分析.礦物單體成分結(jié)果如下：

表2 各礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

a.膠磷礦：含P2O533.41 %、含MgO 0.58 %、含CaO 37.87 %、含SiO26.57 %、含F(xiàn)e2O30.41 %、含Al2O31.57 %；

b.碳酸鹽脈石礦物：含MgO 21.35 %、含CaO 34.31 %、含F(xiàn)e2O30.41 %、含SiO26.43 %、含Al2O31.39 %；

c.石英質(zhì)礦物: 含SiO299.58 %；

d.粘土類礦物: 含SiO245.45 %、含Al2O334.65 %、含MgO 0.64 %；

e.鐵碳質(zhì)礦物: 含F(xiàn)e2O385.74 %；

f.長石類礦物: 含SiO244.71 %、含Al2O333.11 %、含MgO 0.77 %.

2.3 主要組份在各礦物中的賦存狀態(tài)

根據(jù)單體礦物成分和礦物的平均重量百分比含量，確定磷礦中主要考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)以及各組分的存在形式，結(jié)果如表3所示.查明了各組分存在的形式.

表3 主要考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)Table 3 Occurrence state of the main group in each mineral %

從表3中可以看出，需要選出的P2O5主要存賦存在膠磷礦中；需要選去的MgO主要存賦存在碳酸鹽礦物中；需要選去的SiO2主要存賦存在石英礦物和粘土類礦物中；需要選去的Al2O3賦存在長石-粘土類礦物中；需要選去的Fe2O3賦存在鐵碳質(zhì)礦物中.

3 礦物的嵌布特征

3.1 膠磷礦與脈石礦物的嵌布、嵌鑲關(guān)系

本礦區(qū)膠磷礦的嵌布特征主要是條帶狀嵌布，有少許的雜亂狀嵌布.

在致密條帶狀磷塊巖中磷塊巖條帶占90 %左右，磷塊巖條帶寬0.5～5 cm不等，組成磷塊巖條帶的主要是塊狀膠磷礦.另外，有少量碳酸鹽-石英-粘土類礦物和石英-粘土-鐵碳質(zhì)礦物組成的微條紋，條帶占10 %左右，磷塊巖條帶寬0.01～0.05 cm不等.

在白云質(zhì)條帶狀磷塊巖中，磷塊巖條帶以不同寬度(一般寬0.5～2 cm，個別寬5～10 cm)和比例(占45 %左右)嵌布于微晶白云巖中.磷塊巖條帶有塊狀膠磷礦和團粒狀膠磷礦兩種.

在頁巖條帶狀磷塊巖中，磷塊巖條帶嵌布于頁巖中，磷塊巖條帶占30 %～70 %不等，條帶寬0.5～2 cm，膠磷礦有塊狀、團粒狀兩種，塊狀膠磷礦往往單獨組成條帶，而團粒狀膠磷礦多與少量粘土-石英-鐵碳質(zhì)礦物—起組成條帶.

膠磷礦的顆粒中或多或少總是包裹有石英、碳酸鹽類及其它脈石礦物微粒(見圖1).塊狀、碎屑狀膠磷礦同周邊脈石礦物石英、碳酸鹽類礦物毗連嵌鑲(見圖2)，膠磷礦與石英的界面相對平整呈平直、波浪狀毗連嵌鑲，而與碳酸鹽類礦物呈港灣狀毗連嵌鑲.

圖1 膠磷礦團塊(黑色)中包裹石英(Q)、碳酸鹽類礦物(Dl花斑狀)Fig.1 Collophane (Ph)lump enwrapped quartze(Q) and dolomite(Dl)

圖2 碳酸鹽礦物(Dl花斑色)毗連嵌鑲團粒狀膠磷礦(Ph灰黑色)和石英(Q灰白色)Fig.2 Dolomite(Dl) adjacent to aggregate of collophanite(Ph) grains and quartze(Q)

3.2 礦石中各類礦物的嵌布粒度分析

在光學(xué)顯微鏡下采用過尺線測法分別對礦石中各礦物的嵌布粒度進(jìn)行統(tǒng)計，可為礦物單體解離的磨礦粒度提供選擇依據(jù).其結(jié)果見表4～7及圖3，表明：96 %的膠磷礦嵌布粒度大于0.078 4 mm，屬中粒嵌布；93 %的碳酸鹽礦物嵌布粒度大于0.078 4 mm，屬中粒嵌布；接近90 %的石英-長石-粘土類礦物嵌布粒度大于0.039 2 mm， 屬中-細(xì)粒嵌布；只有68 %的鐵碳質(zhì)礦物的嵌布粒度大于0.0196 mm，屬細(xì)粒嵌布.

表4 膠磷礦的嵌布粒度表

表5 碳酸鹽礦物的嵌布粒度表

表6 石英-長石-粘土類礦物的嵌布粒度表

表7 鐵碳質(zhì)礦物的嵌布粒度表

圖3 各類礦物的嵌布粒度累積曲線Fig.3 Grain size distribution of each mineral

4 礦物的單體解離度分析

根據(jù)嵌布粒度與嵌鑲特征分析，礦樣品磨后的粉體選粒度范圍為三個粒級，分別是:-0.037 mm(- 400目)、0.037～0.05 mm(-300+400目)、0.05～0.074 mm(-200+ 300目).將不同粒級的礦粉壓模成光塊后用偏光顯微鏡照相法，利用計算機圖像識別，測定各礦物的單體解離度，結(jié)果如下：

a.膠磷礦的單體解離度在三個粒級均大于90 %；

b.碳酸鹽礦物的單體解離度與膠磷礦相似，在三個粒級均大于90 %；

c. 石英-長石-粘土類礦物的單體解離度在三個粒級處于64 %～69 %之間，主要原因是長石-粘土類礦物的嵌布粒度小，單體解離度較小；

d.鐵碳質(zhì)礦物的單體解離度在三個粒級處于53 %～59 %之間，主要原因是鐵碳質(zhì)礦物嵌布粒度小，而且鐵碳質(zhì)礦物大量被包裹于頁巖和膠磷礦中，單體解離困難[6-7].

5 結(jié) 語

a.根據(jù)顯微鏡礦物的分析與研究，宜昌磷礦石自然類型和工業(yè)類型可分以下三類：致密條帶狀磷塊巖、白云質(zhì)條帶狀磷塊巖、頁巖條帶狀磷塊巖.

b.根據(jù)礦物嵌布粒度的分析與研究，宜昌磷礦以條帶狀嵌布為主，嵌布粒度按從大到小順序依次為:膠磷礦、碳酸鹽礦物、石英-長石-粘土類礦物、鐵碳質(zhì)礦物；其中膠磷礦和碳酸鹽礦物屬中粒嵌布.

c.根據(jù)礦物的單體解離度分析結(jié)果，可見宜昌磷礦降鎂、降硅易，降鐵、降鋁難，那么在以后的研究過程中，我們就需要運用合適的選礦工藝來解決這一問題.

參考文獻(xiàn):

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