云南某低品位膠磷礦中倍半氧化物的賦存狀態*

張可成 李智力 鄧 杰 梁 歡 何東升

（1.武漢工程大學資源與安全工程學院；2.中國地質科學院成都礦產綜合利用研究所）

云南擁有豐富的磷礦資源，磷礦石平均品位22.2%，但富礦比例小，可采量少，能直接加工利用的更少［1］。云南磷礦大部分為中低品位膠磷礦，膠磷礦中普遍不同程度混入了脈石礦物［2］。其特點是品位低，礦物組成和結構構造復雜，嵌布粒度細，解離難［3-4］，因而造成選礦難度大。鈣、鎂、鐵、鋁等是膠磷礦中常見的雜質元素，其含量是評價膠磷礦品質的重要指標。鐵、鋁雜質的氧化物合稱為倍半氧化物，常以R2O3表示（即Fe2O3+Al2O3）。在濕法磷酸生產過程中，磷礦中的倍半氧化物能產生極大影響，它不僅增加硫酸的消耗，而且干擾硫酸鈣結晶的成長，使磷酸形成淤渣，造成P2O5的極大損失。生成的鐵和鋁的復雜磷酸鹽結晶細小，不但增加溶液和料漿的黏度，而且容易堵塞濾布和濾餅孔隙；在運輸中析出淤泥，給貯存和運輸帶來困難。鐵和鋁的磷酸鹽還會給后續加工（如磷酸或磷銨料漿的濃縮、干燥）帶來困難，并導致產品物性不佳和質量下降［5-7］。因此，工業標準中酸法磷肥對鐵、鋁倍半氧化物（R2O3）有明確的要求：一類磷精礦倍半氧化物不得高于2.5%；二類磷精礦倍半氧化物不得高于3.0%［8］。鑒于R2O3對濕法磷酸生產過程的危害較大，需要對其進行脫除或抑制［9］。

了解R2O3在膠磷礦中的賦存狀態，對于指導高鐵高鋁膠磷礦制備濕法磷酸過程配礦，有效利用磷礦資源具有重要意義。本研究通過XRF、MLA 等測試手段對云南某低品位膠磷礦進行礦相研究，旨在查明倍半氧化物在膠磷礦中的存在形式及嵌布特征，為選礦工藝的選擇，最優化指標的控制以及提高濕法磷酸品質提供一定的理論指導。

1 礦石性質

試驗研究的膠磷礦石樣品采自云南某磷礦區，原礦化學成分和礦物組成分析結果分別見表1和表2。

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由表1 可知，礦石P2O5品位為16.37%，CaO、SiO2含量分別高達25.02%和41.35%，MgO 含量較低，為2.00%，表明該礦樣屬于低品位硅鈣質膠磷礦；倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的含量為8.47%。

由表2 可知，礦石中主要的磷酸鹽礦物為磷灰石，含量為41.37%，脈石礦物有石英、鈣長石、角閃石、方解石、白云石、白云母及微量的鉀長石、蒙脫石、針鐵礦、綠泥石、黑云母、鐵橄欖石、其他礦物。其中，主要的脈石礦物為硅酸鹽礦物石英、鈣長石和碳酸鹽礦物白云石。由于含鎂礦物較少，浮選的任務主要是脫除硅及倍半氧化物。

2 礦石中倍半氧化物的賦存狀態分析

2.1 礦石中鐵元素和鋁元素的配分

通過MLA 分析了鐵元素和鋁元素在礦石中的配分，結果分別見表3和表4。

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從表3和表4可以看出，鐵元素主要以獨立礦物和類質同象的形式存在于針鐵礦（α-FeOOH）和白云石（（Ca，Mg，Fe）CO3）中，含量分別為36.43%和21.61%；鋁元素主要作為礦物組成元素和雜質元素賦存于鈣長石（CaAl2Si2O8）、白云母（KAl2（AlSi3O10）（OH）2）和石英（SiO2）之中，含量分別為28.33%、17.27%和15.72%。可見，脫除倍半氧化物的關鍵是要脫除礦石中的針鐵礦、白云石、鈣長石、白云母和石英。

2.2 含倍半氧化物礦物的主要粒度分布

為考察含鐵礦物（針鐵礦、白云石）和含鋁礦物（鈣長石、白云母、石英）在不同粒級中的分布情況，對幾種礦物進行了粒度分析，結果分別見表5～表9。

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從表5 和表6 可以看出，針鐵礦、白云石均屬于細粒嵌布，針鐵礦9.6～11.4 μm 粒級的產率最大，為12.62%；白云石在22～27 μm 粒級的產率最大，為9.57%；針鐵礦的粒度主要集中在8.1～19 μm，白云石的粒度主要集中在9.6～32 μm，累計占有率分別為50.39%和61.30%。

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由表7～表9可以看出，鈣長石、白云母和石英的嵌布粒度較細，鈣長石8.1～9.6 μm 粒級的產率最大，為25.67%；白云母8.1～9.6 μm 粒級的產率最大，為14.10%；石英32～38 μm 粒級的產率最大，為9.17%；鈣長石的粒度主要集中在6.8～11.4 μm，白云母的粒度主要集中在8.1～16 μm，石英的粒度主要集中在22～53 μm，累計占有率分別為57.65%、47.28% 和41.82%。

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由這幾種礦物的嵌布粒度特征可知，脫除含倍半氧化物礦物首先需要細磨，這使得后續浮選分離脈石礦物的難度變大，分離成本增加。

2.3 主要含倍半氧化物的礦物的嵌布關系

采用MLA 對樣品中針鐵礦、白云石、鈣長石、白云母和石英的單體解離度及與其他礦物的嵌布比例進行了測定，結果分別見圖1、圖2 和圖3，主要含鐵、鋁礦物及磷灰石的相互共生情況見圖4。

從圖1～圖4 可以看出：①大部分的針鐵礦、白云石、鈣長石、白云母、石英和磷灰石相互共生，除此以外，部分針鐵礦被包裹在鈣長石中；除了礦物單體解離以外，與其他礦物共生是含倍半氧化物礦物在礦石中的主要存在形式；白云石、白云母及石英的單體解離度較高，含量分別為75.4%、64.0%和61.9%，而單體解離的針鐵礦和鈣長石含量較低，分別為44.6%和36.3%。②由于部分針鐵礦、白云石與鈣長石、石英共生，因此，在選礦過程中，它們有望作為整體而被脫除；另外，大部分的針鐵礦、白云石、鈣長石及石英均與磷灰石緊密共生，這使得在選礦過程中有用礦物難以與脈石礦物分離。

3 結 論

（1）礦樣為低品位硅鈣質膠磷礦石，礦石中P2O5品位為16.37%，倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的含量為8.47%。主要磷酸鹽礦物為磷灰石，含量為41.37%，主要脈石礦物為石英、鈣長石和白云石。

（2）鐵元素主要賦存于針鐵礦和白云石中，鋁元素主要存在于鈣長石、白云母和石英中。針鐵礦和白云石均屬于細粒嵌布，針鐵礦的粒度主要集中在8.1～19 μm，白云石的粒度主要集中在9.6～32 μm，累計占有率分別為50.39%和61.30%；鈣長石的粒度主要集中在6.8～11.4 μm，白云母的粒度主要集中在8.1～16 μm，石英的粒度主要集中在22～53 μm，累計占有率分別為57.65%、47.28%和41.82%。

（3）大部分的針鐵礦、白云石、鈣長石、白云母、石英和磷灰石相互共生，還有部分針鐵礦被包裹在鈣長石中；與其他礦物共生是含倍半氧化物礦物在礦石中的主要存在形式。

（4）脫除針鐵礦、白云石、鈣長石、白云母和石英需要細磨；部分針鐵礦、白云石有望與鈣長石、石英一起從選礦中脫離，而呈細粒嵌布的針鐵礦、白云石、鈣長石及石英都與磷灰石共生緊密，這使得脫除倍半氧化物的難度加大，分離成本高。