湖北某中低品位磷礦石中倍半氧化物賦存狀態研究

王 斌，張可成，何東升

（1.湖北興發化工集團股份有限公司，湖北 宜昌 443000；2.武漢工程大學 興發礦業學院，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、鋁等有害雜質含量高，需要對其進行加工處理才能滿足工業應用或市場要求［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，使生產優質磷精礦變得越來越困難［5-7］，主要表現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，當磷礦中倍半氧化物的質量分數超過3%時，將引起濕法磷酸生產困難并難以保證產品質量［10］。為了確定合理有效的選礦工藝，減輕雜質對濕法磷酸加工帶來的不利影響，認識并查明磷礦中倍半氧化物的質量分數、賦存狀態、嵌布粒度及嵌布特征至關重要。

1 磷礦樣品性質

1.1 化學成分

磷礦樣品采自湖北省某磷礦區，其化學組成見表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）的質量分數為 6.91%，w（MgO）較低，為1.47%；礦石中堿金屬氧化物的質量分數為3.7%。

表1 磷礦樣品化學組成分析結果 %

1.2 礦物組成

通過鏡下鑒定、掃描電鏡分析和礦物參數自動分析系統 （MLA）綜合研究查明，磷礦石中主要有用礦物為磷灰石，質量分數為63.90%，主要脈石礦物有碳酸鹽類礦物（白云石、方解石）、石英質礦物（石英）、鐵碳質礦物（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

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，質量分數分別為61.78%和17.00%（見表3）；主要含Al礦物為鉀長石，質量分數為74.30%（見表4）。在主要含Fe 礦物中，石英雖然占比最大，約41%，但含Fe 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Fe礦物中占比較小，約7%，但質量分數約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，質量分數約22%。

表3 磷礦石中主要含Fe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種礦物進行了粒度分析，結果見表5、 6、 7。

表5 黃鐵礦粒度分布結果

表6 白云石粒度分布結果

表7 鉀長石粒度分布結果

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82.15%，屬于粗粒嵌布。

根據礦物嵌布特性可知，鉀長石可在較粗粒度下脫除，而脫除黃鐵礦則需要細磨。

2.3 含倍半氧化物礦物的嵌布關系

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行了測定，結果見圖2。樣品中主要礦物顆粒微區形貌特征見圖3。

圖2 3種礦物與不同礦物間的嵌布比例

圖3 主要礦物顆粒微區形貌特征

由圖2 a.、圖3 c.可知，黃鐵礦主要以細小顆粒狀包裹在磷灰石和鉀長石中，質量分數分別為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生包裹關系，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%。

結合圖2 a.和圖2 b.可以得出，雖然含Fe礦物（黃鐵礦、白云石）與磷灰石、鉀長石發生共生、包裹關系的比例都較大，但比例的分布略微不同。黃鐵礦主要與鉀長石產生共生、包裹關系，而白云石則主要與磷灰石發生共生、包裹關系，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 結論

（1）該樣品為中低品位磷塊巖，倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的質量分數高達6.91%，礦石中主要有用礦物為磷灰石，質量分數為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生包裹關系，其中包裹于磷灰石、鉀長石中的質量分數較大，分別為14.51%和11.05%；鉀長石與其他礦物間主要發生共生關系，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。