貴州某碳酸鹽型磷塊巖工藝礦物學(xué)研究

宋春玉,王 燦,王建蕊

(1.六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 貴州 六盤水 553001；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 ,貴州 貴陽 550025；3.貴州非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 貴陽 550025)

貴州某碳酸鹽型磷塊巖工藝礦物學(xué)研究

宋春玉1,王 燦1,王建蕊2,3

(1.六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 貴州 六盤水 553001；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 ,貴州 貴陽 550025；3.貴州非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 貴陽 550025)

通過X射線衍射分析、采用化學(xué)分析、光學(xué)顯微鏡下分析以及掃描電鏡下特征分析等方法，對(duì)貴州某碳酸鹽型磷塊巖進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，研究的主要內(nèi)容有有用礦物含量、微量元素特征、元素賦存狀態(tài)特征及礦物單體解離等工藝礦物學(xué)。礦石中主要脈石礦物為白云石，通過簡單的酸解反應(yīng)即可除去，從而得到富磷的礦物，為資源綜合利用提供有利條件，使元素磷得到充分的利用。

碳酸鹽型磷塊巖；酸解；富磷；工藝礦物學(xué)

磷是動(dòng)植物生長必需的元素，磷肥是糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵。磷資源供應(yīng)的充足度和穩(wěn)定性關(guān)系到糧食供應(yīng)安全。我國磷礦廣泛分布于云南、貴州、四川、湖北和湖南等省，儲(chǔ)量可達(dá)全國總保有磷礦儲(chǔ)量的80%左右，且P2O5大于30%的富礦幾乎全部集中在這些省，具體的有云南滇池地區(qū)、貴州開陽地區(qū)、甕福地區(qū)、四川金河-清平地區(qū)等[1]。鑒于近年來國家對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)的限制，更加迫切地使得我們?nèi)パ芯咳绾尉C合利用有限的磷礦資源。貴州某地是我國西部地區(qū)資源蘊(yùn)藏量較大的磷礦床，儲(chǔ)量達(dá)上百萬噸。磷塊巖大致可以分為兩大類：一是白云質(zhì)磷塊巖，主要為碳氟磷灰石，該類型礦石占磷塊巖的95%以上；二是硅質(zhì)磷塊巖，主要集中在磷礦層頂部，其中SiO2含量較高[2]。本文就貴州某地碳酸鹽型磷塊巖進(jìn)行研究，從礦物組成分析、微量元素特征、元素賦存狀態(tài)特征、礦物單體解離特征等進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究。

1 碳酸鹽型磷塊巖的礦物組成分析

礦物組成是工藝礦物學(xué)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，需要查清礦物的所有礦物種，判明各主要礦物成分的變化規(guī)律，確定各組分含量[3]。

偏反光顯微鏡主要用于研究透明與不透明礦物的光學(xué)各向異性，任何物質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造都可以在顯微鏡下呈現(xiàn)出來，通過顯微鏡觀察物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)等可達(dá)到鑒定礦物的目的[4]。配合X射線衍射分析可以確定該礦樣的礦物組成。采用掃描電鏡配合能譜分析，可知目標(biāo)礦物的形態(tài)特征及定性了解礦物的物質(zhì)成分組成。因此對(duì)貴州某地碳酸鹽型磷塊巖進(jìn)行顯微鏡下礦物特征觀察、X射線衍射分析、掃描電鏡配合能譜分析等，查明其礦物成分構(gòu)成特征。

1.1 碳酸鹽型磷塊巖顯微鏡下特征

在奧林巴斯CX21P型透反射光顯微鏡下，將貴州某碳酸鹽型磷塊巖制成薄片后，經(jīng)顯微鏡下觀察，見圖1所示。

圖1 碳酸鹽型磷塊巖 正交偏光 10ⅹ20

從圖1可得出，該碳酸鹽型磷塊巖主要由磷灰石和白云石構(gòu)成，磷灰石粒狀和塊狀集合體產(chǎn)出；在正交偏光下觀察石英，石英顯光性，少量碳酸鹽礦物與石英共生，呈透明狀態(tài)；圖中見方解石，顯示出方解石的顯微鏡下礦物特征。

1.2 碳酸鹽型磷塊巖X射線衍射分析

針對(duì)貴州某碳酸鹽型磷塊巖進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)分析，其目的是查明碳酸鹽型磷塊巖的礦物組成。將取自貴州某地的碳酸鹽型磷塊巖樣經(jīng)破碎、制樣后進(jìn)行X-射線衍射分析，見表1所示。

表1 碳酸鹽型磷塊巖的XRD分析結(jié)果 %

測(cè)試結(jié)果表明該碳酸鹽型磷塊巖主要礦物為磷灰石，磷灰石含量為40.5%。脈石礦物主要為白云石、方解石、石英、粘土礦物，其中白云石含量為52.2%，方解石含量為1.3%，石英含量為3.8%，粘土礦物含量為2.2%。

1.3 碳酸鹽型磷塊巖掃描鏡下特征

對(duì)貴州某碳酸鹽型磷塊巖樣品進(jìn)行掃描電鏡配合能譜分析。使用掃描電鏡(SEM)配合能譜分析，在確定礦物形態(tài)特征基礎(chǔ)上，通過測(cè)定礦物成分特征，確定礦物成分組成及種類，以達(dá)到配合鑒定礦物的目的。見圖2所示。

圖2 磷塊巖A位置的掃描電鏡圖

某碳酸鹽型磷塊巖樣品的掃描電鏡及能譜成分測(cè)試分析結(jié)果表明，樣品主要由磷灰石和白云石礦物組成。測(cè)點(diǎn)1主要為磷灰石和粘土礦物，測(cè)點(diǎn)2為較純的白云石，測(cè)點(diǎn)3為較純的磷灰石。

2 碳酸鹽型磷塊巖的微量元素特征

用等離子質(zhì)譜儀對(duì)貴州某碳酸鹽型磷塊巖樣進(jìn)行微量元素測(cè)試，見表2所示。

表2 某碳酸鹽型磷塊巖的微量元素分析結(jié)果 ×10-6

微量元素測(cè)試分析數(shù)據(jù)表明，該碳酸鹽型磷塊巖樣品中，主要以La、Ba、Ce、Y 、Nd、Zn、Sr 、Pb等元素含量較高，其中La含量為264×10-6，Ba含量為232 ×

10-6，Ce含量為164 ×10-6，Y含量為362 ×10-6，Nd含量為184.5 ×10-6，Zn含量為232×10-6，Sr含量為673×10-6，Pb含量為679 ×10-6。其中稀土元素含量La等16種元素，∑REE為1172.95 ppm，稀土總含量大于1000 ×10-6，故此碳酸鹽型磷塊巖屬于含稀土碳酸鹽型磷塊巖。

3 碳酸鹽型磷塊巖的元素賦存狀態(tài)特征

賦存狀態(tài)是指元素在礦物中的存在形式及其在各組成物相中的分配比例。元素可以有多種不同的存在形式，隨礦物相的不同而改變。

從能譜分析中可看出貴州某碳酸鹽型磷塊巖中的Ca元素可存在磷灰石中，也可在白云石中存在；O元素可在磷酸鹽中存在，也可在碳酸鹽中存在等。從光學(xué)顯微鏡下分析、掃描電鏡下特征以及X射線衍射分析，得出該磷塊巖中含有大量的白云石及少部分方解石，而白云石及方解石在酸性條件下會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式主要有：

CaMg(CO3)2+4H+=Ca2++Mg2++2H2O+2CO2↑

(ⅰ)

CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑

(ⅱ)

研究發(fā)現(xiàn)，該磷塊巖石的微觀結(jié)構(gòu)中具有毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，生成的氣體會(huì)逸出或存在毛細(xì)孔中，使得磷塊巖的比表面積增大，這給磷塊巖的酸解反應(yīng)提供有力條件。當(dāng)白云石及方解石減少的同時(shí)，相對(duì)的磷灰石的百分含量就相應(yīng)的增加，及可得到P元素的富集，為資源綜合利用提供有利條件，使元素磷得到充分的利用。

4 碳酸鹽型磷塊巖的礦物單體解離特征

圖3 礦物單體解離特征 單偏光 10×100

單體解離是通過破碎、研磨或其他方法，對(duì)礦石中緊密共生的有用礦物和脈石礦物的連生體進(jìn)行破壞，使之各自形成單一性質(zhì)礦粒的稱謂。貴州某碳酸鹽型磷塊巖經(jīng)過破碎、研磨后，將其樣制成薄片，經(jīng)顯微鏡下觀察，見圖3所示。

貴州某碳酸鹽型磷塊巖中的膠磷礦主要呈不規(guī)則粒狀產(chǎn)出，呈條帶狀或纖維狀，膠磷礦在單偏光下呈淺褐色至褐黑色。脈石礦物中白云石主要呈粉砂集合體，石英主要呈棱角或圓狀，粘土礦物一般呈片狀集合體等。

從顯微鏡下圖片可以看出，當(dāng)貴州某碳酸鹽型磷塊巖經(jīng)過破碎、研磨后，其有用礦物和脈石礦物可以充分的解離出來，這有利于此碳酸鹽型磷塊巖浮選的進(jìn)行，為下一步的磷精礦富集及綜合利用提供有力的條件。

5 結(jié)論

該碳酸鹽型磷塊巖中主要由磷灰石和白云石構(gòu)成，磷灰石粒狀和塊狀集合體產(chǎn)出；少量碳酸鹽礦物與石英共生。

微量元素測(cè)試分析數(shù)據(jù)表明，該碳酸鹽型磷塊巖樣品中，稀土元素含量La、Ce、Nd等16種元素，∑REE為1172.95×10-6，稀土總含量大于1000×10-6，故此碳酸鹽型磷塊巖屬于含稀土碳酸鹽型磷塊巖。

該碳酸鹽型磷塊巖在酸性條件下會(huì)發(fā)生酸解反應(yīng)，生成的氣體會(huì)使得磷塊巖的比表面積增大，這給磷塊巖的酸解反應(yīng)提供有力條件。當(dāng)白云石及方解石減少的同時(shí)，相對(duì)的磷灰石的百分含量就相應(yīng)的增加，及可得到P元素的富集，為資源綜合利用提供有利條件，使元素磷得到充分的利用。

該碳酸鹽型磷塊巖在破碎后，有用礦物和脈石礦物可以充分的解離出來，這有利于此碳酸鹽型磷塊巖浮選的進(jìn)行，為下一步的磷精礦富集及綜合利用提供有力的條件。

[1] 常蘇娟,朱杰勇,劉 益,等.西南滇黔風(fēng)化磷塊巖研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].化工礦物與加工, 2010, 39(12):41-44.

[2] 張 杰,陳 飛,張覃等.貴州織金含稀土中低品位磷塊巖工藝礦物學(xué)特征[J].稀土,2010, 2(30):70-74.

[3] 張 杰,張 覃,龔美菱，等.貴州寒武紀(jì)早期磷塊巖稀土元素特征[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2008.

[4] 周樂光.工藝礦物學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

(本文文獻(xiàn)格式：宋春玉,王 燦,王建蕊.貴州某碳酸鹽型磷塊巖工藝礦物學(xué)研究[J].山東化工，2017，46(10)：141-142，149.)

Study on Process Mineralogy of a Carbonate Type Phosphate Rock in Guizhou

SongChunyu1，WangCan1，WangJianrui2,3

(1. Liupanshui Vocational and Technical College, Liupanshui 553001,China;2.Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025,China;3. Guizhou Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Guiyang 550025,China)

Through the method of X-ray diffraction analysis, by means of chemical analysis, analysis under optical microscope and characteristics analysis of scanning electron microscope, researching the process mineralogy on Guizhou carbonate type phosphate rock, the main contents of the study are useful mineral content,characteristics of trace elements, characteristics of element occurrence state and mineral monomer dissociation. The main gangue mineral in ore is dolomite, through simple acid solution reaction can be removed, in order to get rich phosphorus mineral, for providing favorable conditions of using natural resources, the element phosphorus is fully utilized.

carbonate type phosphate rock; acid hydrolysis; phosphorus rich; process mineralogy

2017-03-29

六盤水市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：52020-2013-1-05-03)

宋春玉(1986-)，女，湖南汝城人，六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榈V物材料的加工與利用。

P619.2

A

1008-021X(2017)10-0141-02