某磷塊巖礦石工藝性質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)

劉飛燕，劉江濤，楊 磊

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都610041；2.山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局217地質(zhì)隊(duì)，山西 忻州034000）

1 礦石化學(xué)成分和礦物成分

原礦為硅鎂質(zhì)磷塊巖中品位礦石，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

經(jīng)X射線衍射分析、紅外光譜分析和顯微鏡鑒定，并根據(jù)礦石礦物化學(xué)成分、工業(yè)類型和它們?cè)谶x礦工藝中的性質(zhì)，礦石礦物成分可歸納于表2，礦物含量列于表3。

表1 原礦多項(xiàng)分析／%

表2 礦石的礦物成分

表3 礦石的礦物含量／%

2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石的構(gòu)造

1）條紋條帶狀構(gòu)造。條帶由結(jié)晶白云石和微晶團(tuán)粒狀白云石組成，混有1%左右微～超微膠態(tài)磷灰石和生物碎屑，寬度10mm左右。

條紋有水云母－炭質(zhì)－黃鐵礦條紋，含磷結(jié)晶白云石條紋，白云石基底式的膠結(jié)磷灰石團(tuán)粒條紋，白云石填隙式膠結(jié)的磷灰石團(tuán)粒條紋，寬度一般小于1mm，少數(shù)磷灰石富集條紋寬度達(dá)1.5mm左右。

2）微脈狀構(gòu)造。礦石中有少量微細(xì)方解石脈，脈寬0.01～0.15mm，近于垂直穿切礦石條帶。

2.2 礦石的結(jié)構(gòu)

1）團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)：礦石中，團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)主要是以膠態(tài)磷灰石為主，形態(tài)為球—橢球形的礦物集合體。該集合體中通?；祀s有一定數(shù)量的微細(xì)粒石英（玉髓）和白云石，稱之為磷灰石團(tuán)粒，或團(tuán)粒狀磷灰石。團(tuán)粒最小0.1×0.2mm左右，最大在1.0×2.0mm左右，多數(shù)0.2×0.35～0.5×1.0mm，長(zhǎng)短徑比多為1∶1～2∶1。

磷灰石團(tuán)粒雜質(zhì)礦物有些以白云石為主，石英集合體為輔；有些以石英集合體為主，白云石為輔，且石英集合體粒度一般30～50μm，粗者達(dá)0.1～0.15mm。

其次，礦石中還有少量微晶白云石組成的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)。微晶白云石團(tuán)粒為球～橢球形，長(zhǎng)短徑比多數(shù)小1.5∶1，團(tuán)粒大小0.05～0.5mm，多數(shù)0.05～0.15mm。

此外，礦石中還有少量石英（玉髓）組成的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)，偶見(jiàn)石英呈放射狀球粒產(chǎn)出于白云石條帶中，團(tuán)粒球粒直徑50μm左右。

2）膠結(jié)結(jié)構(gòu)。礦石的膠結(jié)結(jié)構(gòu)有接觸式膠結(jié)結(jié)構(gòu)、填隙式、過(guò)渡式和基底式膠結(jié)結(jié)構(gòu)。

3 主要礦物特征

3.1 磷灰石

3.1.1 磷灰石的產(chǎn)出特征

團(tuán)粒狀膠態(tài)磷灰石：淺褐色－深褐色－黑褐色隱晶質(zhì)磷灰石和少量微晶白云石、玉髓、水云母等，一起組成等軸球狀、橢球狀、枕狀等形態(tài)的團(tuán)粒狀集合體。

無(wú)定形膠態(tài)磷灰石：淺褐色－深褐色隱晶質(zhì)磷灰石和微晶白云石、玉髓、水云母組成的集合體，以團(tuán)粒狀磷灰石膠結(jié)物形式產(chǎn)出。

薄殼狀微晶磷灰石：在膠態(tài)磷灰石團(tuán)粒外，呈顏色深淺不同的環(huán)帶狀纖晶磷灰石。薄殼層數(shù)一般少于5層，薄殼總寬度僅數(shù)微米。

分散狀磷灰石：以磷質(zhì)微?；蛏锼樾夹问?，浸染于白云石晶粒之間，或微晶白云石團(tuán)粒中。

以上四種磷灰石，大部分以第一種形態(tài)形式產(chǎn)出，少量以第二種和第三種形態(tài)形式產(chǎn)出，約占礦石磷灰石的90%～95%，可以滿足選礦回收的基本粒度條件。第四種形態(tài)磷灰石約占礦石磷灰石的5%～10%，是選礦難以回收部分，屬于選礦的合理?yè)p失部分。

3.1.2 磷灰石團(tuán)粒中雜質(zhì)礦物含量

根據(jù)顯微鏡下統(tǒng)計(jì)，磷灰石團(tuán)粒礦物組成列于表4。

表4 團(tuán)粒狀磷灰石的礦物組成／%

3.1.3 磷灰石工藝粒度

由表4可以大致推算出，磷灰石團(tuán)粒的P2O5品位大約在30%左右。如果將該團(tuán)粒作為分選單位，顯然不可能獲得P2O5品位大于30%的磷精礦。因此，必須將團(tuán)粒狀磷灰石進(jìn)行再次分割，將其中粒徑大于10μm的白云石和石英從分選單位中分割出來(lái)。經(jīng)過(guò)再次分割后的磷灰石分選單位，不再是自然狀態(tài)的磷灰石團(tuán)粒，而是之間沒(méi)有粗粒脈石的磷灰石集合體；這種集合體，有的是自然狀態(tài)磷灰石團(tuán)粒的一部分（團(tuán)粒內(nèi)有粗粒白云石或石英的），有的依然是自然狀態(tài)的磷灰石團(tuán)粒（團(tuán)粒內(nèi)沒(méi)有粗粒白云石或石英的），有的則是幾個(gè)團(tuán)粒的集合（團(tuán)粒內(nèi)沒(méi)有粗粒白云石或石英，且數(shù)個(gè)團(tuán)粒之間呈接觸式膠結(jié)或由純凈無(wú)定形磷灰石膠結(jié)的）。

磷灰石集合體工藝粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5，工藝粒度累計(jì)曲線見(jiàn)圖1。由于磷灰石－白云石云霧狀集合體中磷品位太低，不能達(dá)到工業(yè)要求，統(tǒng)計(jì)中不作為磷灰石集合體，而將其歸入白云石集合體。由表5可以知道，磷灰石集合體工藝粒度的眾數(shù)值分布于0.50～0.25mm；85%磷灰石集合體工藝粒度大于0.125mm。

表5 磷灰石集合體粒度測(cè)定結(jié)果

圖1 磷灰石集合體的工藝粒度累計(jì)曲線

3.2 白云石（包括少量方解石）

3.2.1 白云石的產(chǎn)出特征

結(jié)晶白云石：它形粒狀，晶粒粒度多數(shù)0.05～0.25mm，以不規(guī)則集合體膠結(jié)磷灰石團(tuán)粒，或組成獨(dú)立的白云石條紋條帶。

以2～5μm微晶和少量微晶磷灰石組成云霧狀白云石團(tuán)粒，以獨(dú)立團(tuán)粒形式產(chǎn)出，或以磷灰石團(tuán)粒的核心形式產(chǎn)出。

生成方解石脈或方解石－石英脈。

作為雜質(zhì)礦物嵌布于磷灰石團(tuán)粒中。團(tuán)粒內(nèi)白云石，部分粒度2～5μm微晶，它形塵點(diǎn)狀；部分粒度達(dá)10～30μm，它形粒狀或自形菱面體。

3.2.2 白云石工藝粒度

白云石工藝粒度測(cè)定結(jié)果列于表6，累計(jì)曲線見(jiàn)圖2。

由表6可以知道，白云石大于0.125mm占87%以上。

表6 白云石集合體粒度測(cè)定結(jié)果

圖2 白云石集合體的工藝粒度累計(jì)曲線

3.3 硅質(zhì)礦物

3.3.1 石英（玉髓）的產(chǎn)出特征

礦石中石英（玉髓）為自形柱狀，微細(xì)粒狀或微細(xì)粒狀集合體，團(tuán)粒狀集合體，偶見(jiàn)球粒狀集合體。自形柱狀石英粒度一般5×20～15×60μm。微細(xì)粒狀或微細(xì)粒狀集合體，小者僅5μm，大者0.1mm，多數(shù)30～60μm。團(tuán)粒狀和球粒狀玉髓集合體粒徑一般50μm左右，個(gè)別達(dá)0.2mm。

石英（玉髓）空間嵌布關(guān)系可分為兩種類型。

一種礦石中，石英主要嵌布于白云石條帶或白云石膠結(jié)物中，約占該礦石中石英（玉髓）總量的70%左右。另一種礦石中，石英主要和膠態(tài)磷灰石緊密鑲嵌，組成團(tuán)粒狀石英－磷灰石集合體。按照兩種礦石類型的比例以及它們的石英含量，嵌布于白云石之間和磷灰石團(tuán)粒中的石英約各占50%。

3.3.2 水云母的產(chǎn)出特征

礦石中水云母呈細(xì)小鱗片狀，鱗片厚度一般僅1～2μm，長(zhǎng)度一般5～10μm，大者5～10×50～80μm。在石英和磷灰石嵌布關(guān)系密切的礦石中，水云母大部分嵌布于團(tuán)粒狀集合體中，且多數(shù)微細(xì)。在石英和白云石嵌布關(guān)系密切的礦石中，常見(jiàn)水云母和微細(xì)粒黃鐵礦緊密交織，生成寬度達(dá)0.4～0.7mm的條紋，偶見(jiàn)水云母呈氈狀交織，組成獨(dú)立的團(tuán)粒狀集合體。

礦石中90%以上的SiO2是以石英（玉髓）形式產(chǎn)出。

4 礦石單一反浮選可行性分析和預(yù)測(cè)

迄今為止，除了類似宜昌磷礦那種特殊構(gòu)造類型礦石外，對(duì)一般的硅鎂質(zhì)磷塊巖有效的選礦工藝，通常仍然是浮選工藝流程。

在浮選工藝中，有單一反浮選、單一正浮選、雙反浮選、正－反浮選和反－正浮選等不同的工藝流程。實(shí)踐證明，除了單一反浮選之外，其他工藝流程通常要求對(duì)原礦進(jìn)行深度細(xì)磨。要求深度細(xì)磨的主要原因，不是礦物嵌布粒度太細(xì)，而是由于沉積磷灰石可浮性較差。深度細(xì)磨給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)許多難以克服的困難，至今仍困擾工業(yè)化生產(chǎn)。

從礦石礦物工藝粒度看（表5、表6），采用單一反浮選工藝不需要對(duì)礦石進(jìn)行深度細(xì)磨，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

然而，單一反浮選主要適用于以硅質(zhì)礦物含量較低的鈣鎂質(zhì)磷塊巖，利用碳酸鹽較易浮的工藝性質(zhì)，將礦石中白云石浮出，磷灰石等其他礦物留于槽底，達(dá)到脈石礦物和工業(yè)礦物分離的目的。至于本礦石，能否通過(guò)單一反浮選選獲得合格精礦，以及獲得什么樣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，除了選別技術(shù)，還取決于礦石工藝性質(zhì)。為此，在工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上，對(duì)選礦試驗(yàn)樣的單一反浮選可行性進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

根據(jù)以往研究，對(duì)于不同沉積磷塊巖，單一反浮選工藝條件下白云石的拋除率一般在80%左右，磷灰石的回收率一般在80%～90%左右。為預(yù)測(cè)礦石是否具有單一反浮選的工藝性質(zhì)，按照表2所列礦物組成，計(jì)算白云石拋除率為80%和90%條件下，理論上能夠獲得的磷精礦組成（表7）。

單一反浮選工藝中，硅質(zhì)礦物不是藥劑的有效捕收對(duì)象。當(dāng)?shù)V石中硅質(zhì)礦物含量太高，硅質(zhì)礦物全部進(jìn)入精礦，就不可能獲得優(yōu)質(zhì)磷精礦。不過(guò)，根據(jù)礦石中石英和白云石的嵌布關(guān)系，有可能依賴硅質(zhì)礦物同白云石連生關(guān)系，將部分石英隨白云石一起進(jìn)入尾礦。為此，表7中計(jì)算了不同的硅質(zhì)礦物拋除比例所能獲得的磷精礦組成。

表7 不同的白云石拋除率條件下磷精礦的組成

由表7可以看出：

1）在白云石拋除率為80%條件下，磷灰石損失率10%，回收率90%，硅質(zhì)礦物拋除率小于30%，精礦P2O5品位達(dá)不到30%；只有硅質(zhì)礦物拋除率達(dá)到40%以上，精礦P2O5品位才能達(dá)到30%。但是，當(dāng)磷灰石回收率小于80%，損失率達(dá)20%情況下，即使硅質(zhì)礦物拋除率達(dá)到40%，精礦P2O5品位也達(dá)不到30%。這就是說(shuō)，在白云石拋除率為80%條件下，只有磷灰石損失率小于10%，硅質(zhì)礦物拋除率大于40%，才有可能獲得P2O5品位30%的精礦。

2）在白云石拋除率為90%條件下，當(dāng)磷灰石損失率為10%時(shí)，硅質(zhì)礦物即使只拋除20%，精礦P2O5品位也可達(dá)30%；但若磷灰石損失率達(dá)到20%，硅質(zhì)礦物拋除率需要大于30%，精礦P2O5品位才能達(dá)到30%。

3）欲獲得P2O5含量大于30%的磷精礦，如果磷灰石回收率達(dá)85%，白云石拋除率為85%，須將硅質(zhì)礦物拋除率提高到40%左右。

5 結(jié)語(yǔ)

1）該礦石試驗(yàn)樣屬于高鎂中硅型中低品位硅沉積磷塊巖。單就礦石礦物組成論，該礦石不具備單一反浮選的可行性。

2）就空間分布看，選礦試驗(yàn)樣中約一半左右的硅質(zhì)礦物呈微細(xì)粒狀和白云石緊密鑲嵌。如果能夠通過(guò)磨礦粒度試驗(yàn)，在保證白云石和磷灰石集合體基本解離的同時(shí)，使這部分硅質(zhì)礦物和白云石保持連生，有可能通過(guò)單一反浮選在除去白云石的同時(shí)除去這部分硅質(zhì)礦物。

3）白云石集合體、磷灰石集合體工藝粒度屬于較粗類型，不必深度細(xì)磨，而只需適當(dāng)細(xì)磨（例如磨至0.125～0.18mm），就有可能在它們單體解離度滿足選礦要求的同時(shí)，最大限度保持石英和白云石呈連生體。

4）上述磨礦解離度的實(shí)現(xiàn)，只是滿足分選的必要條件。要想獲得優(yōu)質(zhì)磷精礦，還需要提高分選效率，提高磷灰石回收率和白云石拋除率。

［1］洪秉信，傅文章.工藝礦物學(xué)在選礦中的應(yīng)用［C］∥第六屆全國(guó)工藝礦物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.1995.

［2］洪秉信，黃亞琴.宜昌店子坪磷礦礦石工藝特征［J］.礦產(chǎn)綜合利用，1987（4）：61－65.

［3］洪秉信.磷塊巖工藝礦物學(xué)研究中的幾個(gè)問(wèn)題［J］.礦產(chǎn)綜合利用，1992（3）：45－49.