湖北某中低品位磷礦石中倍半氧化物賦存狀態(tài)研究

王 斌，張可成，何東升

（1.湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北 宜昌 443000；2.武漢工程大學(xué) 興發(fā)礦業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430073）

0 引言

我國磷礦資源豐富，但富礦日益稀缺［1］，儲量豐富的中低品位磷礦資源的開發(fā)利用顯得尤為重要。中低品位磷礦石中鈣、鎂、鐵、鋁等有害雜質(zhì)含量高，需要對其進(jìn)行加工處理才能滿足工業(yè)應(yīng)用或市場要求［2］。目前，浮選是脫除中低品位磷礦中鐵、鋁、鎂等有害雜質(zhì)的主要方法［3-4］。在實際浮選過程中，脈石礦物 （尤其是碳酸鹽和硅酸鹽礦物）與磷酸鹽礦物的大量共生，給浮選分離帶來挑戰(zhàn)，使生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)磷精礦變得越來越困難［5-7］，主要表現(xiàn)在正浮選中白云石難以抑制，反浮選中倍半氧化物（即Fe2O3與Al2O3）脫除困難，脫硅效果差［8-9］。另外，當(dāng)磷礦中倍半氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時，將引起濕法磷酸生產(chǎn)困難并難以保證產(chǎn)品質(zhì)量［10］。為了確定合理有效的選礦工藝，減輕雜質(zhì)對濕法磷酸加工帶來的不利影響，認(rèn)識并查明磷礦中倍半氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、賦存狀態(tài)、嵌布粒度及嵌布特征至關(guān)重要。

1 磷礦樣品性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分

磷礦樣品采自湖北省某磷礦區(qū)，其化學(xué)組成見表1。礦石中w（P2O5）為25.36%，符合典型中低品位磷塊巖P2O5含量特征［11］；倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.91%，w（MgO）較低，為1.47%；礦石中堿金屬氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%。

表1 磷礦樣品化學(xué)組成分析結(jié)果 %

1.2 礦物組成

通過鏡下鑒定、掃描電鏡分析和礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng) （MLA）綜合研究查明，磷礦石中主要有用礦物為磷灰石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.90%，主要脈石礦物有碳酸鹽類礦物（白云石、方解石）、石英質(zhì)礦物（石英）、鐵碳質(zhì)礦物（黃鐵礦、褐鐵礦）、黏土類礦物（蒙脫石、云母、鉀長石、鈣長石等）、其他硅酸鹽礦物（角閃石、綠泥石、輝石、橄欖石）、少量硫酸鹽礦物（重晶石）和金紅石。各種礦物的具體組成見表2。

從表2可知，因為含鎂礦物較少，浮選的任務(wù)主要是脫除硅以及倍半氧化物。

表2 磷礦石主要的礦物組成

2 倍半氧化物的賦存狀態(tài)

2.1 磷礦中Fe和Al元素分配

Fe元素主要存在于黃鐵礦和白云石之中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為61.78%和17.00%（見表3）；主要含Al礦物為鉀長石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.30%（見表4）。在主要含F(xiàn)e 礦物中，石英雖然占比最大，約41%，但含F(xiàn)e 的比例非常小，w（Fe）小于1%，說明石英中只是少量摻雜著Fe；黃鐵礦卻恰恰相反，雖然在主要含F(xiàn)e礦物中占比較小，約7%，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)約62%的Fe賦存其中。鉀長石不僅Al含量最大，在主要含Al礦物中占比也較大，僅次于磷灰石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約22%。

表3 磷礦石中主要含F(xiàn)e礦物的比例及Fe元素的分配 %

表4 磷礦石中主要含Al礦物的比例及Al元素的分配 %

2.2 含倍半氧化物礦物的粒度分布

為考察黃鐵礦、白云石和鉀長石在不同粒級中的分布情況，對3種礦物進(jìn)行了粒度分析，結(jié)果見表5、 6、 7。

表5 黃鐵礦粒度分布結(jié)果

表6 白云石粒度分布結(jié)果

表7 鉀長石粒度分布結(jié)果

從表5、表6、表7可以看出，3種礦物中，黃鐵礦的嵌布粒度最小。黃鐵礦的粒徑分布范圍為1.2～106.0 μm， 粒徑主要分布在11.4～16 μm，共占17.56%，≥75 μm 的粒度占3.60%，屬于細(xì)粒嵌布；白云石的粒徑分布范圍為1.2～600.0 μm，主要分布在300～600.0 μm，比例為18.73%，≥75 μm的粒度占52.12%，屬于粗-中粒嵌布；鉀長石的粒徑分布范圍為1.2～1 200.0 μm，粒徑主要分布在850～1 200.0 μm，占比為 20.45%，≥75 μm 的粒度高達(dá)82.15%，屬于粗粒嵌布。

根據(jù)礦物嵌布特性可知，鉀長石可在較粗粒度下脫除，而脫除黃鐵礦則需要細(xì)磨。

2.3 含倍半氧化物礦物的嵌布關(guān)系

采用MLA 對樣品中黃鐵礦、白云石和鉀長石的單體解離度以及與不同礦物的嵌布比例進(jìn)行了測定，結(jié)果見圖2。樣品中主要礦物顆粒微區(qū)形貌特征見圖3。

圖2 3種礦物與不同礦物間的嵌布比例

圖3 主要礦物顆粒微區(qū)形貌特征

由圖2 a.、圖3 c.可知，黃鐵礦主要以細(xì)小顆粒狀包裹在磷灰石和鉀長石中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.49%和22.73%，而且黃鐵礦與磷灰石、鉀長石共生的比例也較大，分別為14.79%和21.32%。黃鐵礦單體解離度僅為12.30%，小于在有用礦物中的含量，說明在磨礦選礦過程中，黃鐵礦難以與有用礦物分離。

由圖2 b.可知，白云石與其他礦物間主要發(fā)生包裹關(guān)系，其中包裹于磷灰石、鉀長石中的白云石占比較大，分別為14.51%和11.05%，白云石的單體解離度為59.99%。

結(jié)合圖2 a.和圖2 b.可以得出，雖然含F(xiàn)e礦物（黃鐵礦、白云石）與磷灰石、鉀長石發(fā)生共生、包裹關(guān)系的比例都較大，但比例的分布略微不同。黃鐵礦主要與鉀長石產(chǎn)生共生、包裹關(guān)系，而白云石則主要與磷灰石發(fā)生共生、包裹關(guān)系，這說明大部分的黃鐵礦有望與鉀長石一起在磨礦、選礦過程中脫除。

由圖2 c.、圖3 b.可以看出，磷灰石與黑云母、鉀長石相互毗連嵌鑲，形成連生體。其中與石英、磷灰石共生的比例較大，分別為12.29%和8.77%。有53.77%的鉀長石能單體解離，由于鉀長石呈粗粒嵌布，可在較粗磨礦粒度下脫除。

3 結(jié)論

（1）該樣品為中低品位磷塊巖，倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)6.91%，礦石中主要有用礦物為磷灰石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.90%，脈石礦物主要有鉀長石、石英、白云石等。

（2）Fe2O3主要賦存于黃鐵礦和白云石中，Al2O3主要存在于鉀長石中，3種礦物的嵌布粒度大小順序為：鉀長石>白云石>黃鐵礦，黃鐵礦的粒徑主要分布在11.4～16.0 μm，屬細(xì)粒嵌布；白云石的粒徑主要分布在500～600 μm，屬粗-中粒嵌布；鉀長石呈粗粒嵌布，粒徑集中在1.0 ～1.2 mm。

（3）黃鐵礦呈細(xì)小顆粒狀主要零散分布于鉀長石和磷灰石中，單體解離度僅為12.30%，在選礦時難以與磷灰石分離；白云石與其他礦物間主要發(fā)生包裹關(guān)系，其中包裹于磷灰石、鉀長石中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，分別為14.51%和11.05%；鉀長石與其他礦物間主要發(fā)生共生關(guān)系，其中與磷灰石、石英共生的比例較大，分別為8.77%和12.29%。白云石和鉀長石的單體解離度相近，分別為59.99%和53.77%。

（4）脫除倍半氧化物主要是脫除黃鐵礦、鉀長石，脫除黃鐵礦難度大于鉀長石。