越南某磷礦工藝礦物學(xué)研究

王燦霞 龐建濤 肖 喆 楊穩(wěn)權(quán) 張 華

(1.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，昆明 650600；2.云南磷化集團(tuán)有限公司研發(fā)中心，昆明 650600)

越南磷礦資源豐富，總儲量為14億t[1]，不僅儲量大，而且種類齊全，既有沉積變質(zhì)磷灰石，又有風(fēng)化淋濾形成的磷塊巖，還有鳥糞[2]。由于越南對磷礦采取的是保守的貿(mào)易政策，出口磷礦原礦很少[3]。以往對越南磷礦資源研究的也較少，此次開展越南磷礦工藝礦物學(xué)研究，可以查定礦石的可選性，選定礦石的加工工藝流程，確定礦石的綜合利用方案等[4-6]，為礦石的選別和化學(xué)加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對磷源的評估、選礦工藝流程的確定等都起著基礎(chǔ)與先導(dǎo)的作用[7-8]。

1 樣品化學(xué)成分

樣品能譜半定量分析和主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1～2。

表1 礦樣能譜半定量分析結(jié)果

表2 礦樣化學(xué)分析結(jié)果

根據(jù)磷礦地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T 0209—2002)可判斷該磷礦工業(yè)類型為硅質(zhì)及硅酸鹽型。根據(jù)(2×P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)+酸不溶質(zhì)量分?jǐn)?shù))>74%，可判斷該磷礦為風(fēng)化磷礦[9]。

2 樣品的礦物組成

樣品經(jīng)過加工處理后，借助偏光顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀，對樣品中的礦物種類進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)樣品中主要礦物為碳氟磷灰石、銀星石、石英、玉髓、水云母(伊利石)、白云母、白云石、褐鐵礦，少量的高嶺石、黃鐵礦、長石、重晶石、石膏、方解石、金紅石、鋯石、綠泥石等。

利用MLA系統(tǒng)對礦樣中主要礦物組成和含量進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表3。

表3 礦樣的礦物組成及含量

1)碳氟磷灰石

樣品主要有用礦物碳氟磷灰石以碎屑狀、自形短柱狀、微晶集合體產(chǎn)出，碎屑狀、自形短柱狀粒徑細(xì)小，主要分布在10～20 μm，微晶集合體粒徑稍大，但常包裹脈石礦物。

2)銀星石

為含水的磷酸鋁，常呈球狀或柱狀，晶體的集合體成放射狀(圖1～2)。銀星石產(chǎn)于氧化帶內(nèi)，屬表生含磷礦物，一般在氧化不夠強(qiáng)烈的礦床中不易形成。

圖1 銀星石礦物照片 Fig.1 Photo of wavellite mineral

圖2 銀星石SEM圖像Fig.2 SEM image of wavellite

3)硅質(zhì)礦物

石英主要為陸源碎屑產(chǎn)物，形狀呈不規(guī)則粒狀，顆粒較小，粒徑主要分布在0.015～0.030 mm。

玉髓為石英的隱晶質(zhì)變體，在樣品中主要呈磷質(zhì)礦物、石英、黏土礦物的膠結(jié)物出現(xiàn)，也可見大塊的玉髓巖塊和透鏡體。

4)硅酸鹽礦物

水云母(伊利石)屬單斜晶系的含水層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，常呈極細(xì)小的鱗片狀集合體，由白云母或鉀長石風(fēng)化后變成。

白云母晶體呈板狀及片狀，集合體為鱗片狀和葉片狀，顆粒較小，一般僅有0.020～0.050 mm。

5)白云石

礦樣中白云石含量極少。

6)褐鐵礦

以含水氧化鐵為主要成分，可混有纖鐵礦、赤鐵礦、石英、黏土等，成分可變，局部可見呈黃鐵礦晶形假象出現(xiàn)。

3 礦樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

3.1 礦樣的構(gòu)造特征

礦樣的主要構(gòu)造類型為塊狀構(gòu)造(圖3)，少量的為透鏡狀構(gòu)造(圖4)。其中，塊狀磷塊巖經(jīng)風(fēng)化作用，碳酸鹽淋失，留存大量孔隙(圖5、圖6)，礦石質(zhì)地松軟。后期經(jīng)硅質(zhì)礦物膠結(jié)顆粒狀、短柱狀、微晶集合體碳氟磷灰石和石英、硅酸鹽礦物等脈石礦物而形成。透鏡體主要為硅質(zhì)礦物，是磷塊巖經(jīng)風(fēng)化作用后碳酸鹽淋失形成大的空穴，后被硅質(zhì)礦物填充而形成透鏡體。

圖3 塊狀構(gòu)造Fig.3 Massive structure

圖4 透鏡體構(gòu)造Fig.4 Lenticular structure

圖5 塊狀構(gòu)造礦石中風(fēng)化孔隙Fig.5 Weathering pores in massive structure ore

圖6 塊狀構(gòu)造礦石表面 Fig.6 Surface of massive structure ore

3.2 礦樣的結(jié)構(gòu)特征

經(jīng)偏光顯微鏡和掃描電鏡下觀測，發(fā)現(xiàn)礦石中碳氟磷灰石主要為碎屑狀、自形短柱狀、微晶集合體結(jié)構(gòu)。銀星石呈柱狀結(jié)構(gòu)。其中，碎屑狀的主要為碳氟磷灰石，粒徑分布在0.02～0.04 mm(圖7)，其次為石英，粒徑分布在0.015～0.03 mm(圖8)，碎屑顆粒多呈次圓狀，后期被硅質(zhì)礦物膠結(jié)而形成塊狀磷塊巖。自形短柱狀結(jié)構(gòu)的碳氟磷灰石晶體呈六方柱狀，樣品中部分碳氟磷灰石結(jié)晶程度好，可見其自形晶體，但粒徑較小，多分布在0.01～0.015 mm(圖9、圖10)。微晶集合體結(jié)構(gòu)的碳氟磷灰石呈膠狀，包裹顆粒細(xì)小的脈石礦物(圖11)，碳氟磷灰石集合體粒徑較粗，最大可達(dá)0.1 mm，薄片中可見干縮裂紋。塊狀磷塊巖裂隙、孔隙表面次生銀星石，晶體呈柱狀(圖12)，集合體呈放射狀。

圖7 碎屑狀結(jié)構(gòu)Fig.7 Clastic structure

圖8 碎屑狀結(jié)構(gòu)Fig.8 Clastic structure

圖9 自形短柱狀結(jié)構(gòu)Fig.9 Euhedral short columnar structure

圖10 自形短柱狀結(jié)構(gòu)Fig.10 Euhedral short columnar structure

圖11 微晶集合體結(jié)構(gòu) Fig.11 Microcrystalline aggregate structure

圖12 銀星石柱狀結(jié)構(gòu)Fig.12 Columnar structure of wavellite

4 元素的賦存狀態(tài)研究

利用能譜儀對磷礦樣品進(jìn)行面掃描測定，查看樣品中的元素組成及分布情況，并對礦樣中主要元素分布進(jìn)行疊加，主要元素疊加分布圖如圖13所示。

從元素的分布情況來看，P元素主要賦存在碳氟磷灰石里，Si元素主要富集在石英、玉髓、硅酸鹽礦物里，P和Si元素賦存在不同的礦物相里，可通過脫硅達(dá)到富磷的目的。

圖13 磷礦樣品主要元素分布圖Fig.13 Main element distributions in phosphate rock

5 礦樣主要礦物的嵌布粒度特征

碳氟磷灰石主要呈碎屑狀、自形短柱狀和微晶集合體狀。碎屑狀、自形短柱狀碳氟磷灰石粒徑較小，主要分布在0.01～0.02 mm，微晶集合體狀粒徑較大，主要分布在0.04～0.10 mm，少量可達(dá)0.15 mm。脈石礦物中石英為陸源碎屑，粒徑主要分布在0.015～0.030 mm，玉髓多為后期形成，呈碎屑物的膠結(jié)物或裂隙、孔隙的填充物，集合體會呈團(tuán)塊出現(xiàn)，粒徑大小不一，大的可達(dá)10 cm以上。水云母粒徑一般分布在0.01～0.03 mm。白云母粒徑一般分布在0.02～0.05 mm。褐鐵礦粒徑一般分布在0.015～0.04 mm，少量可達(dá)0.2 mm。

6 礦樣磨礦粒度分布特征

礦樣經(jīng)破磨后，礦樣的粒度分布見表4。礦樣風(fēng)化嚴(yán)重，質(zhì)地較軟，破磨后顆粒主要分布在細(xì)粒級，-0.038 mm粒級占有率為93%，-0.032 mm粒級占有率為85%。

表4 礦樣破磨后粒度分布表Table 4 Particle size distribution table of ore sample after grinding

由表5可知，礦樣經(jīng)破磨后，碳氟磷灰石、石英、玉髓、水云母的粒度較粗，銀星石、白云母的粒度較細(xì)。碳氟磷灰石主要分布0.004 8～0.032 mm；石英、玉髓粒度主要分布0.004 1～0.032 mm；水云母粒度主要分布0.002 9～0.032 mm；銀星石粒度主要分布0.002 4～0.019 mm；白云母的粒度主要分布0.002 4～0.022 mm。

表5 礦樣破磨后主要礦物粒度分布表

7 礦樣中主要礦物的單體解離特征

利用MLA系統(tǒng)對樣品中碳氟磷灰石的單體解離度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，碳氟磷灰石的單體及連生體含量測定結(jié)果見表6。由表6可知，礦樣中碳氟磷灰石在+0.038 mm粒級解離度一般，碳氟磷灰石和石英、玉髓有部分連生，在-0.038 mm粒級碳氟磷灰石單體解離較好。礦樣破磨后，產(chǎn)品主要分布在-0.038 mm粒級，因此加權(quán)平均后，礦樣中碳氟磷灰石的單體解離情況較好，僅有少量碳氟磷灰石和石英、玉髓連生，且多呈包裹連生。

表6 碳氟磷灰石單體解離度及連生體測定結(jié)果

礦樣中主要的脈石礦物為石英和玉髓，利用MLA系統(tǒng)對樣品中石英、玉髓的單體解離度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，碳氟磷灰石的單體及連生體含量測定結(jié)果見表7。由表7可知，礦樣中石英、玉髓的單體解離度均較好，有利于對其進(jìn)行脫除達(dá)到富集碳氟磷灰石的目的。

表7 石英和玉髓單體解離度及連生體測定結(jié)果

8 結(jié)論與建議

1)越南某磷礦礦樣為風(fēng)化磷礦，工業(yè)類型為硅質(zhì)及硅酸鹽型，樣品中主要有用礦物為碳氟磷灰石、銀星石，主要脈石礦物為石英、玉髓、水云母(伊利石)、白云母。選礦脫除石英和玉髓即可達(dá)到富集磷礦物的目的，但礦樣中水云母(伊利石)、白云母含量也較高，會對后續(xù)濕法磷酸工藝產(chǎn)生不利影響，應(yīng)盡可能多地脫除。

2)礦樣的主要構(gòu)造類型為塊狀構(gòu)造，少量為透鏡狀構(gòu)造。透鏡體主要為硅質(zhì)礦物。礦樣中碳氟磷灰石主要為碎屑狀、自形短柱狀、微晶集合體狀結(jié)構(gòu)。銀星石呈柱狀結(jié)構(gòu)。礦石質(zhì)地松軟，易破磨，破磨后礦樣顆粒向細(xì)粒級富集，磨礦至-0.038 mm粒級占有率為85%時，碳氟磷灰石的單體解離度為93.62%，石英和玉髓的單體解離度為95.49%，解離情況均較好。

3)礦樣中存在硅質(zhì)礦物巖塊及透鏡體可在破碎階段或者粗磨階段進(jìn)行脫除，從而降低磨礦成本。