湖北省中低品位磷塊巖工業類型劃分的研究

王樹林，黃志良，劉 苗，池汝安，石和彬

（武漢工程大學，湖北 武漢430074）

磷資源是我國重要的戰略性礦產資源。湖北省作為我國的磷資源大省，保有儲量達到25.43億t，占全國總資源量的15.14%［1］。由于近幾十年的不斷開采，大部分高品位磷礦被開采完，剩下80%左右為中低品位的沉積型磷塊巖［2］。由于其品位較低（P2O5%＜25%），且礦石種類復雜，目前都沒有系統性地對中低品位磷塊巖工業類型進行劃分。本次工作在研究了課題組前期工作的基礎上［3－6］，根據湖北省各礦區中低品位磷塊巖的化學成分、礦物賦存狀態特征、礦物的嵌布嵌鑲特征和具體采用的浮選選礦流程，將磷塊巖的工業類型劃分為硅質磷塊巖、鎂質磷塊巖、硅（鎂）質磷塊巖和鎂（硅）質磷塊巖。

1 研究方法

以磷塊巖不同的化學組分及化學組分在礦物中賦存狀態特征做為工業類型劃分的基礎，以磷塊巖的礦物嵌布嵌鑲特征為工業類型劃分的依據，以相應工業類型確定其選礦工藝流程為工業類型劃分的目標。首先，在分析湖北省各主要磷資源產地大量磷塊巖礦石樣品的基礎上，選取了四種磷塊巖礦石樣品，并一一編號。將它們的塊狀樣品制備成厚0.03mm的晶體光學薄片，用奧林巴斯BH－2型偏光顯微鏡進行巖礦鑒定及工藝礦相學研究。然后，將塊狀樣品破碎球磨成礦粉，做X螢光分析，測定其化學組分，并篩分成不同粒級，按相應的選礦流程進行礦相跟蹤考察。

2 結果與討論

2.1 不同磷塊巖的化學組分及主要化學組分在礦物中賦存狀態特征

將編號后的四種磷塊巖礦樣分別做X螢光分析，測定其化學組分，結果如下表1。

表1 各礦樣的多元素分析（單位：%）

通過礦物晶體光學性質研究可知，這四種磷塊巖中工業礦物為膠磷礦，脈石礦物主要有碳酸鹽礦物、石英質礦物、粘土類礦物和鐵碳質礦物。根據磷礦主要化學組分和磷礦中礦物的關系，重點確定了P2O5組分、MgO組分和SiO2組分在四種磷塊巖各礦物中的賦存狀態，結果如表2～表5。

表2 1＃磷塊巖中考查組分在各礦物中的賦存狀態

表3 2＃磷塊巖中考查組分在各礦物中的賦存狀態

表4 3＃磷塊巖中考查組份在各礦物中的賦存狀態

表5 4＃磷塊巖中考查組份在各礦物中的賦存狀態

根據各礦物的賦存狀態可知，在四種磷塊巖中P2O5組分賦存在膠磷礦中；MgO組分主要賦存在碳酸鹽礦物中，少量賦存在膠磷礦中；SiO2組分主要賦存在石英質礦物中，少量賦存在膠磷礦、粘土類礦物中。由于中低品位磷礦經過選礦后P2O5品位必須在30%以上、SiO2含量15%以下、MgO含量低于1%［5，7］，才能進行后續工業化使用。當在磷塊巖原礦中，如SiO2含量在15%以上，需要通過選礦降硅，選除石英質礦物；同樣當MgO含量高于1%時，則需要降鎂，選除碳酸鹽礦物。由此，我們根據這四種磷塊巖的化學組分，其中1＃MgO含量＜1%，SiO2含量＞15%，將其工業類型定為硅質磷塊巖，需要通過選礦降硅；2＃MgO含量＞1%，SiO2含量＜15%，將其工業類型定為鎂質磷塊巖，需要通過選礦降鎂。而另外兩種磷塊巖，它們的SiO2和MgO含量都超過了選礦指標，需通過選礦降硅降鎂。對于這種情況，我們可根據SiO2和MgO主要賦存脈石礦物的重量百分比的高低來對它們進行劃分，而劃分意義在于選礦流程是以降硅為主，還是以降鎂為主。對于3＃磷塊巖，由于其碳酸鹽礦物重量百分比＜石英質礦物重量百分比，可將工業類型定為硅（鎂）質磷塊巖，相應地4＃磷塊巖工業類型定為鎂（硅）質磷塊巖。

2.2 各磷塊巖的礦物嵌布嵌鑲特征

將四種磷塊巖的光片在顯微鏡下照相，研究其不同工業類型的礦物嵌布嵌鑲特征，結果如圖1所示。

在硅質磷塊巖礦樣（1＃）中，膠磷礦（Clh）呈塊狀，－0.320～＋0.075mm粒級占83.29%，屬中粒嵌布，和石英（Qtz）毗連鑲嵌，同時可見有少量的碳酸鹽。

在鎂質磷塊巖礦樣（2＃）中，膠磷礦（Clh）呈凝膠狀，－0.320～＋0.075mm粒級占82.76%，屬中粒嵌布，與白云石（Dol）主要平直毗連鑲嵌，同時膠磷礦（Clh）包裹小顆白云石和石英（Qtz）。

在硅（鎂）質磷塊巖礦樣（3＃）中，膠磷礦（Clh）呈鮞狀，在－0.320～0.075mm粒級占90.60%，屬中粒嵌布，與玉髓（Cln）毗連鑲嵌，與白云石（Dol）平直毗連。

圖1 各礦樣的嵌布關系相片

在鎂（硅）質磷塊巖礦樣（4＃）中，膠磷礦（Clh）呈凝膠狀，在 －0.320～＋0.075mm 粒級占75.62%，屬中粒嵌布，和條紋狀白云石（Dol）平直毗連，同時膠磷礦中包裹著細小的石英（Qtz）顆粒。

2.3 不同工業類型磷塊巖浮選選礦流程

目前，針對湖北中低品位磷礦的浮選工藝流程主要有：一步浮選（正浮選和反浮選）和兩步浮選（正反浮選、反正浮選、雙反浮選）工藝［8］。針對本次研究中不同工業類型磷塊巖，我們選取不同浮選工藝流程。

由于硅質磷塊巖（1＃）含SiO2高，含 MgO低，我們采用單一正浮選工藝進行降硅處理。經一粗、一精、一掃、中礦集中返回粗選的閉合流程實驗，獲得了精礦含 P2O530.67%、SiO212.47%、產率60.36%、回收率91.65%的正浮選指標。

鎂質磷塊巖（2＃）含 MgO高，含SiO2低，我們采用單一反浮選工藝進行降鎂處理。經一粗、一精的反浮選流程（圖2）實驗，獲得精礦含P2O530.51%、MgO 0.43%、產 率 67.18%、回收率88.74%的反浮選指標。

硅（鎂）質磷塊巖（3＃）含SiO2高，含 MgO較高，我們采用正反浮選工藝進行降硅降鎂處理。經一粗、一精、一掃正浮選與一粗、一精反浮選聯合流程（圖3）實驗，獲得精礦含 P2O539.88%、SiO212.17%、MgO 0.64%、產 率 46.64%、回 收 率71.81%的正－反浮選指標。

圖2 2＃磷塊巖反浮選選礦流程圖

圖3 3＃磷塊巖正反浮選選礦流程圖

鎂（硅）質磷塊巖（4＃）含 MgO高，含SiO2較高，我們采用反正浮選工藝進行降鎂降硅處理。經一粗、一精反浮選與一粗、一精、一掃正浮選聯合流程實驗，獲得精礦含P2O535.20%、SiO29.74%、MgO 0.68%、產率56.54%、回收率73.42%的反－正浮選指標。

3 結語

通過對我們選取4種湖北省中低品位磷塊巖化學組分、礦物賦存狀態特征、礦物的嵌布嵌鑲特征和具體采用的浮選選礦流程，將磷塊巖的工業類型劃分為硅質磷塊巖、鎂質磷塊巖、硅（鎂）質磷塊巖和鎂（硅）質磷塊巖。其劃分依據如表6。

表6 湖北省中低品位磷塊巖工業類型劃分依據

［1］彭三國，姚敬劬.湖北磷礦資源的保護［J］.中國礦業，2005，14（12）：30－33.

［2］劉乃富.湖北磷礦開采現狀與展望［J］.化工礦物與加工，2004（9）：1－3.

［3］石和彬，王樹林，梁永忠，等.云南中低品位硅鈣質磷塊巖工藝礦物學研究［J］.武漢工程大學學報，2008，30（2）：5－8.

［4］王樹林，黃志良，羅欣，等.宜昌磷礦工藝礦相學研究［J］.武漢工程大學學報，2012，34（2）：55－59.

［5］田興，石和彬，趙靜，等.湖北某中低品位硅質磷礦工藝礦物學研究［J］.武漢工程大學學報，2012，34（3）：45－50.

［6］黃志良，冷盛強，孫家壽.黃麥嶺磷礦礦石工藝礦相學研究［J］.化工礦山技術，1996，25（3）：27－29.

［7］黃大雨，肖云漢，高之忠.我國磷礦資源概況及主要選別流程［J］.化工礦山技術，1982（1）：40－44.

［8］羅惠華.湖北宜昌中低品位膠磷礦選礦工藝探討［J］.礦冶，2007，16（4）：10－13.