某磷礦礦石性質及開發利用方向分析

葛基軍

（貴州有色地質化驗監測中心，貴州黔南 558000）

從目前磷礦資源使用情況來看，磷礦資源作為不可再生的戰略性礦產資源，雖然在我國擁有很多大型磷礦資源儲備，但富礦數量較少，中低品位磷礦數量較多，磷礦資源已無法滿足經濟發展要求，提高磷礦資源利用率是目前國土資源部門急需考慮的問題。針對該種情況，政府部門組織專業人員前往其他區域開發磷礦資源，在哈薩克斯坦小卡拉套盆地蘇沙克區域出現一座大型磷礦，獲取磷礦資源總量為9 851.6萬t，能有效緩解國內磷礦資源壓力?；诖耍疚耐ㄟ^分析我國磷礦資源的地質特征和分布情況，以初步掌握磷礦礦石情況，進一步分析磷礦礦石性質和礦床基本情況，合理控制礦石開發利用方向，提高我國不可再生資源利用率。

1 我國磷礦資源的地質特征和分布情況

我國磷礦來源于海相沉積的磷塊巖礦床，成礦年代主要包括泥盆紀、震旦紀、寒武紀等年代。如四川金河和清平磷礦區是在泥盆紀產生的磷塊巖礦床；貴州開陽磷礦區是震旦紀形成的磷塊巖礦床；云南滇池區域磷礦是寒武紀形成的磷塊巖礦床。其中寒武紀和震旦紀海相沉積磷塊巖礦床形狀呈層狀，其夾層和頂板上有大量含磷白云巖；磷礦物以低碳氟磷灰石為主，結構呈凝膠狀，中間夾雜著各種細散脈石礦物，其物化性質和磷礦物基本相同，需要進行反復細磨才能進行分解。因此，寒武紀和震旦紀海相沉積磷塊巖礦床具有氧化鎂含量高、分選困難等特征，據調查氧化鎂含量占原礦含量的3%～6%，最高占比為10%。泥盆紀海相沉積磷塊巖礦床的磷礦物為細晶碳氟磷灰石和隱晶碳氟磷灰石，礦床中有大量硫磷鋁成本，其含量達到10%。除了磷塊巖礦床外，在我國東部和北部區域分布海相沉積變質磷灰巖礦和巖漿巖磷灰石，如湖北黃麥嶺磷礦、江蘇錦屏磷礦均是磷灰巖礦床；承德馬營磷、礬山磷礦全部為巖漿巖礦床。上述兩種磷礦的礦物質為氟磷灰石，結晶顆粒較粗，雖然其P2O5含量為8%，但分選難度較低[1]。

2 礦床基本情況

2019年，政府部門組織專業人員前往其他區域開發磷礦資源，在哈薩克斯坦小卡拉套盆地蘇沙克區域出現一座大型磷礦，該礦區坐落在小卡拉套盆地西北部，其東部有扎納塔斯礦和科克蘇磷礦等。小卡拉套盆地是全球磷礦資源最豐富的礦產地，其具有礦層規模大、穩定性高等特征，礦層沉積情況和沉積環境有直接聯系。目前，含磷地層被白云質灰巖和泥質頁巖進行分割，分成K1，K2兩個磷礦層，其中K1礦層在磷礦的上部，K2礦層在磷礦下部，礦層產出數量非常穩定，而在礦區東部地層因受到斷層晃動影響，很容易出現錯段現象，導致局部地層出現重復問題。礦層向110°方向發展，傾角均在40°，局部傾角達到70°，呈單斜趨勢進行分布。含礦層位頂部和寒武紀時代形成的條帶狀泥質灰巖位置有明顯邊界線，礦層巖性呈灰黑色磷塊巖，整體顏色為藍黑色、深灰色，形狀呈橢圓形，局部為薄層狀，是由膠結物、膠磷礦、巖屑等環節組成，其中摻和適量褐鐵礦（如圖1所示）。通過工作人員檢查，礦區中共有磷塊巖9 851.6萬t，其中遠景資源量為5 502.2萬t，推斷資源量4 349.4萬t，礦床P2O5含量占總數量的20.03%，酸不溶物占比34.06%。

圖1 礦區構造簡圖

3 礦石性質

3.1 礦石礦物成分

礦石礦物中膠磷礦占比最重，占全礦物質的85%；脈石礦物主要包括褐鐵礦、長石、石英等礦物質，占比為10%，其他的是膠結物，由鈣質和硅質組成。膠磷礦為非晶質集合體，通常呈橢圓形，粒徑在0.1～0.4 mm，整體為均質，個別環節出現十字消光現象，呈現不均勻分布狀態，鏡下為黃色和褐色。路源碎屑為次圓狀，粒徑在0.2～0.4 mm，以石英為主要成分，偶爾出現巖屑，分布非?；靵y；褐鐵礦為顆粒狀，粒徑低于0.01 mm，整體布局較亂；膠結物成分中有少量鈣質和硅質，粒徑低于0.05 mm，硅膠碎屑[2]。

3.2 礦石化學成分

目前，單工程中的單礦層根據品級不同，其品位厚度加權平均值存在嚴重差異性，且要加權平均各剖面品位、不同剖面間的塊段體積，計算出不同級別礦層化學組分的平均值（如表1所示）。

表1 礦層平均品位表 單位：%

通過分析表1內容，發現本礦區中礦石中低品位礦石數量占大多數，P2O5最高含量為26.55%，最低含量15.22%，均為II 級和III 級礦石。其中III 級礦石為混合型；II 級礦石為硅酸鹽型。由于上述礦石品位都小于28%，只能將酸法加工應用到生產過磷酸鈣[3]。

3.3 礦石開發利用方向

3.3.1 酸法處理

由于在礦區中加工級礦石占比較高，能直接應用酸法制作酸鈣產品，但因為礦區中礦石均為中低品位礦石，所以要應用硫酸法和鹽酸法進行加工。

（1）硫酸法。其通過利用硫酸分解礦石，將其分解成液相磷酸，副產品為固態硫酸鈣，其主要作用是將副產品和成品進行分離，屬于目前最常見的液固分離方法，使用效果遠超其他濕法磷酸生產方法[4]。但從目前使用情況來看，該種方法存在兩個問題：①其在生產過程中會產生大量磷石膏廢渣，導致生產現場出現嚴重的資源浪費問題；②礦石加工工藝過于簡單，對礦石有害物質管理性能較弱，一旦有害物質摻和到液相磷酸中，根本無法通過常用方法進行分離。

（2）鹽酸法。近年來，我國最常用硫酸法作為制作磷酸的主要方法，但該方法對磷礦石質量提出更高要求，適合應用在蘇沙克磷礦開發中。該方法是利用鹽酸將磷礦中P2O5分解，得到CaCl2，但由于CaCl2溶解難度較高，需要采用有機溶劑萃取技術才能取得CaCl2，所以通過CaCl2的鹽析流程能采集大量高純度的磷酸。經過專業人員合作研究，發明一種新型低品位磷礦裝置，給磷礦石開采提供一條新方向。但值得注意的是，雖然鹽酸具有分解低品位磷礦特征，但仍然存在各種問題，如其在制作磷酸過程中會出現大量CaCl2溶液，工作人員要綜合考慮到CaCl2溶液的價值，提高其利用率。同時，在制作磷酸中要使用大量鹽酸，且鹽酸濃度越高制作效果越好，所以提高鹽酸濃度是制作磷酸的重要環節。

（2）硝酸法。硝酸法是由奧達公司研發，其是通過硝酸分解磷礦，從而生成水溶性硝酸鈣和磷酸物質，再通過各種方法將硝酸鈣分離出來，如溶劑萃取、冷凍、離子交換等方法。但由于該種方法操作流程復雜、硝酸價格昂貴、能耗高，給其全面應用帶來嚴重阻礙[5]。

3.3.2 直接利用

（1）中低品位磷礦粉和水溶性磷肥相互結合造粒。由于在礦產中脈石礦物數量較多，礦物嵌布粒度較細，礦山內部出現大量脈石、夾石、尾礦等，這些礦石具有難溶磷、枸溶性磷等特征，其生物價值較低，無法直接應用到工業生產環節中，也不能作為肥料。目前，該種方法所使用的儀器對氮元素檢測負荷為2 mg，對于復混肥料、磷酸一銨、磷酸二銨等材料全部是通過化學反應生產出現的產品，樣品中氮元素分布均勻，稱樣量較小，工作人員只需使用3～5 mg 的稱樣量。但針對摻混型復混肥料來說，其氮元素和其他養分是利用機械方法進行相互結合，并不是利用化學反應形成，氮元素和其他養分在樣品中分布混亂。同時，顆粒樣品在粉碎過程中受到各種外在因素影響，如化學特征、水分、粉碎條件等因素，嚴重限制樣品細度，其氮元素均勻性低于上述三種樣品。如果將這些礦石隨意丟失，會產生嚴重的資源浪費行為。

（2）磷礦粉和含硫材料混合應用。將低品位磷礦粉和石膏、硫磺、其他含硫材料進行融合使用，硫元素在各種天然環境下能形成硫酸，硫酸能促進中低品位磷礦粉中難溶磷進行分解，全面提高磷礦粉的肥料效果?？梢?，含硫材料各方面因素是影響硫元素氧化速度的重要因素，如微生物數量、水分、粒度、含氧量等因素。根據專業人員進行紅壤水田研究發現，將硫肥和磷礦粉混合應用，每年能提高油菜籽8.5%～21.1%的產量。

（3）利用熱分解法處理。通過在磷礦石中摻和適量組溶劑，經過高溫加熱后，能破壞氟磷酸鈣晶體結構，推動其分解進程，引導難溶性氟磷酸鈣轉變為可被植物吸收的磷酸鹽。該種方法通常是應用在鈣鎂磷肥生產環節，通過將活化劑應用到鈣鎂磷肥磷素中，能提高其釋磷性能，優化鈣鎂磷肥磷素的肥料效果。在復混肥料、磷酸一銨、磷酸二銨等化肥樣品總氮含量分析過程中，最常用蒸餾法和滴定法，但值得注意的是，在復混肥料樣品氮含量分析中，一旦樣品中有酰胺態氮和硝態氮物質，要將樣品先進行酸消解，再進行蒸餾后滴定。目前，采用蒸餾后滴定方法進行一次樣品氮含量分析時需要耗費90 min，在整個樣品分析中時間過長，不利于工作人員合理控制產品養分。因此，為降低分析時間，加強分析結果的及時性和準確性，要采用燃燒法檢測復混肥料、磷酸一銨、磷酸二銨中的氮含量，主要原理是將樣品經過高溫燃燒，N 元素被轉變為NO，再被還原成N2，然后通過色譜柱進行分離，最后放在檢測器中進行檢測。經過工作人員檢測方法，利用燃燒法檢測樣品氮含量僅用5 min，可有效減少分析時間，提高分析效率，增強檢測結果的準確性。

（4）利用生物法處理。部分微生物在新陳代謝過程中會釋放大量含有腐殖和有機酸的產物，這些代謝產物不僅能降低pH，還能提高難溶解性磷酸鹽的溶解速度。目前，能溶解無機磷的真菌主要包括青霉素、曲霉菌屬、根霉屬等；細菌是由假單胞菌屬、無色桿菌、黃桿菌屬、氧化硫桿菌等環節組成；鏈霉菌屬是一種具有較強分解性能的微生物，其能分解無機磷和有機磷。從生物法特征來看，其是將磷礦粉和有機廢棄物進行堆肥處理，合理應用溶磷微生物的溶磷作用，能促進磷礦粉中難溶性磷轉變為有效磷，是提高磷肥利用率的重要方法。

4 結束語

蘇沙克地區磷礦規模較大，礦石品位中中低品位占比較高，要注重分析該區域磷礦開發利用方法，合理利用區域磷礦資源，解決我國磷礦資源短缺的問題。