某磷塊巖礦石工藝性質和技術經濟指標預測

劉飛燕，劉江濤，楊 磊

（1.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都610041；2.山西省地質礦產勘查局217地質隊，山西 忻州034000）

1 礦石化學成分和礦物成分

原礦為硅鎂質磷塊巖中品位礦石，其化學成分見表1。

經X射線衍射分析、紅外光譜分析和顯微鏡鑒定，并根據礦石礦物化學成分、工業類型和它們在選礦工藝中的性質，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 礦石的結構構造

2.1 礦石的構造

1）條紋條帶狀構造。條帶由結晶白云石和微晶團粒狀白云石組成，混有1%左右微～超微膠態磷灰石和生物碎屑，寬度10mm左右。

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

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

2.2 礦石的結構

1）團粒狀結構：礦石中，團粒狀結構主要是以膠態磷灰石為主，形態為球—橢球形的礦物集合體。該集合體中通常混雜有一定數量的微細粒石英（玉髓）和白云石，稱之為磷灰石團粒，或團粒狀磷灰石。團粒最小0.1×0.2mm左右，最大在1.0×2.0mm左右，多數0.2×0.35～0.5×1.0mm，長短徑比多為1∶1～2∶1。

磷灰石團粒雜質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0.1～0.15mm。

其次，礦石中還有少量微晶白云石組成的團粒狀結構。微晶白云石團粒為球～橢球形，長短徑比多數小1.5∶1，團粒大小0.05～0.5mm，多數0.05～0.15mm。

此外，礦石中還有少量石英（玉髓）組成的團粒狀結構，偶見石英呈放射狀球粒產出于白云石條帶中，團粒球粒直徑50μm左右。

2）膠結結構。礦石的膠結結構有接觸式膠結結構、填隙式、過渡式和基底式膠結結構。

3 主要礦物特征

3.1 磷灰石

3.1.1 磷灰石的產出特征

團粒狀膠態磷灰石：淺褐色－深褐色－黑褐色隱晶質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、枕狀等形態的團粒狀集合體。

無定形膠態磷灰石：淺褐色－深褐色隱晶質磷灰石和微晶白云石、玉髓、水云母組成的集合體，以團粒狀磷灰石膠結物形式產出。

薄殼狀微晶磷灰石：在膠態磷灰石團粒外，呈顏色深淺不同的環帶狀纖晶磷灰石。薄殼層數一般少于5層，薄殼總寬度僅數微米。

分散狀磷灰石：以磷質微粒或生物碎屑形式，浸染于白云石晶粒之間，或微晶白云石團粒中。

以上四種磷灰石，大部分以第一種形態形式產出，少量以第二種和第三種形態形式產出，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，屬于選礦的合理損失部分。

3.1.2 磷灰石團粒中雜質礦物含量

根據顯微鏡下統計，磷灰石團粒礦物組成列于表4。

表4 團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，磷灰石團粒的P2O5品位大約在30%左右。如果將該團粒作為分選單位，顯然不可能獲得P2O5品位大于30%的磷精礦。因此，必須將團粒狀磷灰石進行再次分割，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。經過再次分割后的磷灰石分選單位，不再是自然狀態的磷灰石團粒，而是之間沒有粗粒脈石的磷灰石集合體；這種集合體，有的是自然狀態磷灰石團粒的一部分（團粒內有粗粒白云石或石英的），有的依然是自然狀態的磷灰石團粒（團粒內沒有粗粒白云石或石英的），有的則是幾個團粒的集合（團粒內沒有粗粒白云石或石英，且數個團粒之間呈接觸式膠結或由純凈無定形磷灰石膠結的）。

磷灰石集合體工藝粒度統計結果見表5，工藝粒度累計曲線見圖1。由于磷灰石－白云石云霧狀集合體中磷品位太低，不能達到工業要求，統計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定結果

圖1 磷灰石集合體的工藝粒度累計曲線

3.2 白云石（包括少量方解石）

3.2.1 白云石的產出特征

結晶白云石：它形粒狀，晶粒粒度多數0.05～0.25mm，以不規則集合體膠結磷灰石團粒，或組成獨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粒，以獨立團粒形式產出，或以磷灰石團粒的核心形式產出。

生成方解石脈或方解石－石英脈。

作為雜質礦物嵌布于磷灰石團粒中。團粒內白云石，部分粒度2～5μm微晶，它形塵點狀；部分粒度達10～30μm，它形粒狀或自形菱面體。

3.2.2 白云石工藝粒度

白云石工藝粒度測定結果列于表6，累計曲線見圖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定結果

圖2 白云石集合體的工藝粒度累計曲線

3.3 硅質礦物

3.3.1 石英（玉髓）的產出特征

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

石英（玉髓）空間嵌布關系可分為兩種類型。

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，石英主要和膠態磷灰石緊密鑲嵌，組成團粒狀石英－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粒中的石英約各占50%。

3.3.2 水云母的產出特征

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

礦石中90%以上的SiO2是以石英（玉髓）形式產出。

4 礦石單一反浮選可行性分析和預測

迄今為止，除了類似宜昌磷礦那種特殊構造類型礦石外，對一般的硅鎂質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。實踐證明，除了單一反浮選之外，其他工藝流程通常要求對原礦進行深度細磨。要求深度細磨的主要原因，不是礦物嵌布粒度太細，而是由于沉積磷灰石可浮性較差。深度細磨給工業化生產帶來許多難以克服的困難，至今仍困擾工業化生產。

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礦石進行深度細磨，易于實現工業化生產。

然而，單一反浮選主要適用于以硅質礦物含量較低的鈣鎂質磷塊巖，利用碳酸鹽較易浮的工藝性質，將礦石中白云石浮出，磷灰石等其他礦物留于槽底，達到脈石礦物和工業礦物分離的目的。至于本礦石，能否通過單一反浮選選獲得合格精礦，以及獲得什么樣的技術經濟指標，除了選別技術，還取決于礦石工藝性質。為此，在工藝礦物學研究基礎上，對選礦試驗樣的單一反浮選可行性進行分析和預測。

根據以往研究，對于不同沉積磷塊巖，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。為預測礦石是否具有單一反浮選的工藝性質，按照表2所列礦物組成，計算白云石拋除率為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，硅質礦物不是藥劑的有效捕收對象。當礦石中硅質礦物含量太高，硅質礦物全部進入精礦，就不可能獲得優質磷精礦。不過，根據礦石中石英和白云石的嵌布關系，有可能依賴硅質礦物同白云石連生關系，將部分石英隨白云石一起進入尾礦。為此，表7中計算了不同的硅質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%，硅質礦物拋除率小于30%，精礦P2O5品位達不到30%；只有硅質礦物拋除率達到40%以上，精礦P2O5品位才能達到30%。但是，當磷灰石回收率小于80%，損失率達20%情況下，即使硅質礦物拋除率達到40%，精礦P2O5品位也達不到30%。這就是說，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，當磷灰石損失率為10%時，硅質礦物即使只拋除20%，精礦P2O5品位也可達30%；但若磷灰石損失率達到20%，硅質礦物拋除率需要大于30%，精礦P2O5品位才能達到30%。

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

5 結語

1）該礦石試驗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，選礦試驗樣中約一半左右的硅質礦物呈微細粒狀和白云石緊密鑲嵌。如果能夠通過磨礦粒度試驗，在保證白云石和磷灰石集合體基本解離的同時，使這部分硅質礦物和白云石保持連生，有可能通過單一反浮選在除去白云石的同時除去這部分硅質礦物。

3）白云石集合體、磷灰石集合體工藝粒度屬于較粗類型，不必深度細磨，而只需適當細磨（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，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現，只是滿足分選的必要條件。要想獲得優質磷精礦，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.工藝礦物學在選礦中的應用［C］∥第六屆全國工藝礦物學學術會議論文集.1995.

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

［3］洪秉信.磷塊巖工藝礦物學研究中的幾個問題［J］.礦產綜合利用，1992（3）：45－49.