劉 爽，魯 力，康 健，黃 鵬，柳德華

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，湖北武漢 430034)

0 引言

中國磷礦資源雖然豐富，但在已探明的儲(chǔ)量中，沉積型磷塊巖占總儲(chǔ)量的85%，而且大部分為中低品位礦石。由于絕大部分磷礦成礦年代久遠(yuǎn)、埋藏深、巖化強(qiáng)和礦石膠結(jié)致密等原因，無論是露天或地下開采都較困難，造成高損失率、高貧化率和低開采率等問題［1－2］。中國磷礦資源分布特點(diǎn)為富礦少，貧礦多。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面因素的制約，目前大部分磷礦礦山企業(yè)在原礦采掘中采取采富棄貧的方式，對于中低品位磷礦國內(nèi)進(jìn)行開發(fā)利用較少，造成了很大的資源浪費(fèi)［3］。湖北省磷礦資源大多屬于中低品位，全省保有儲(chǔ)量18億t，主要分布在宜昌、恩施等地區(qū)［4］。

磷礦選礦工藝主要包括直接浮選、擦洗脫泥［5］、重介質(zhì)分選、反—正浮選和重選—反浮選［6］等。目前國內(nèi)膠磷礦的選礦主要以浮選為主［7］，低品位膠磷礦開發(fā)利用雖然技術(shù)可行但成本較高。

沉積型磷塊巖礦床之所以有可能采用塊礦重介質(zhì)選礦，主要基于兩點(diǎn):一是客觀上磷礦層(膠磷礦集合體)比重大于白云巖、硅質(zhì)巖等脈石礦物的集合體(有比重差);在礦石構(gòu)造上膠磷礦集合體呈條帶狀(或紋層狀)或者團(tuán)塊狀，與白云巖、硅質(zhì)巖集合體分界明顯。二是主觀上選礦的對象為目的礦物的集合體而不是目的礦物單體，只要膠磷礦集合體與白云巖、硅質(zhì)巖解離(破碎而不需要磨礦)便有實(shí)現(xiàn)分選的可能。本文通過對三個(gè)不同礦區(qū)的中低品位磷礦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室重液浮沉試驗(yàn)，從而考察原礦破碎成粗粒狀態(tài)下進(jìn)行重選分選，降低其工藝成本，使中低品位膠磷礦的開發(fā)應(yīng)用成為可能。

1 ?？蛋字竦V區(qū)中低品位磷礦實(shí)驗(yàn)室重液浮沉試驗(yàn)研究

1.1 礦石性質(zhì)

本礦區(qū)礦石工業(yè)類型有硅質(zhì)磷礦、硅鈣(鎂)質(zhì)磷礦和鈣(鎂)質(zhì)磷礦三種，以硅鈣(鎂)質(zhì)磷礦為主。礦石為灰色、深灰色、黑色，有的夾有淡綠灰、紅棕色，塊狀或灰黑相間的條帶狀。礦石物質(zhì)成份簡單，主要是膠磷礦、碳氟磷灰石、白云石、石英、水云母等。

該礦區(qū)膠磷礦的嵌布特征手標(biāo)本一般為深灰—黑色，呈塊狀。鏡下顯無色、褐色和黑色。正交偏光鏡下顯均質(zhì)性，紅外光譜分析為碳氟磷灰石。實(shí)質(zhì)上它是超顯微顆粒的碳氟磷灰石集合體。部分膠磷礦形成砂屑或假鮞狀。假鮞粒周圍往往有一圈重結(jié)晶的微晶碳氟磷灰石。礦石中的微晶碳氟磷灰石結(jié)晶顆粒細(xì)小，大部分在膠磷礦周圍成網(wǎng)狀分布。局部呈團(tuán)塊狀集合體產(chǎn)出，微晶碳氟磷灰石多產(chǎn)在灰—深灰色磷塊巖中。礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造有膠狀結(jié)構(gòu)、假鮞狀結(jié)構(gòu)(砂屑狀結(jié)構(gòu))、皮殼狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造和條帶狀(或紋層狀)構(gòu)造等(表1)。

1.2 重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果

對不同粒級的試驗(yàn)樣品進(jìn)行了不同比重的重液試驗(yàn)，最終計(jì)算得出－25～0 mm樣品的重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果(表2)和可選性曲線(圖1)。

重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果表明:粒度越小，其分離比重+2.92 g/mL的作業(yè)回收率越高，且產(chǎn)品 P2O5品位＞33%，MgO含量基本在0.5%左右;而原礦 －25+0 mm該分離比重的回收率可達(dá)60.95%、MgO 0.55%，達(dá)到優(yōu)質(zhì)精礦產(chǎn)品質(zhì)量要求。若分離比重為2.82 g/mL，則產(chǎn)品品位 P2O5≥30%，MgO 為 2.61%，回收率為86.36%，取得了較好的試驗(yàn)指標(biāo)。

表1 試驗(yàn)樣品化學(xué)多項(xiàng)分析表Table 1 Chemistry analysis of test samples

表2 白竹礦區(qū)－25+0 mm磷礦石重液分離試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Separation in heavy liquid of phosphate rock(－25+0 mm)in Baizu ore district

圖1 白竹礦物磷礦原礦－25+0 mm可選性曲線Fig.1 Washability curve of crude ore of phosphate ore(－25+0 mm)in Baizu ore district

2 宜昌宦家坪礦區(qū)中低品位磷礦實(shí)驗(yàn)室重液浮沉試驗(yàn)研究

2.1 礦石性質(zhì)

區(qū)內(nèi)磷礦石，主要礦物為膠磷礦、隱晶磷灰石和微晶磷灰石，脈石礦物以白云石為主，次為玉髓及石英、絹云母、褐鐵礦;礦石具條帶狀、團(tuán)塊狀、骨板狀和致密塊狀構(gòu)造。根據(jù)礦石的物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，區(qū)內(nèi)磷礦石可以劃分為:致密塊狀磷塊巖、骨板狀磷塊巖、條帶狀磷塊巖和團(tuán)塊狀磷塊巖4種自然類型，其工業(yè)類型的大類為磷塊巖礦石。

該礦區(qū)礦石具膠狀、隱晶質(zhì)、顯微纖維狀(微晶)結(jié)構(gòu)。礦石中主要有用礦物成分為磷礦物:膠磷礦、隱晶磷灰石和微晶磷灰石(55% ±)。脈石礦物主要為白云石(42% ±)，次為玉髓及石英、絹云母、褐鐵礦鐵(總量3% ±)(見表3)。

2.2 重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果

對該樣品進(jìn)行了不同粒級不同比重的重液試驗(yàn)，綜合各粒級的試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算得出－25+0 mm原礦的重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果(表4)和可選性曲線(圖2)。

重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果表明:原礦－25mm的試驗(yàn)樣品，分離比重為 2.92 kg/L，可得到 P2O5品位為33.48%的精礦產(chǎn)品，MgO含量為1.46%，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，P2O5回收率可達(dá)到82.45%，取得了較好的試驗(yàn)指標(biāo)。

表3 宦家坪礦區(qū)磷礦試驗(yàn)樣品化學(xué)元素分析結(jié)果Table 3 Analytical results of the chemical elements of test samples about phosphate ore in Huanjiaping ore district

圖2 宦家坪礦區(qū)磷礦－25～0 mm原礦可選性曲線Fig.2 Washability curve of grude ore of phosphate ore(－25～0 mm)in Huanjiaping ore district

3 宜昌磷礦丁家河礦區(qū)中低品位磷礦實(shí)驗(yàn)室重液浮沉試驗(yàn)研究

3.1 礦石性質(zhì)

磷礦石中含磷的主要礦物是膠磷礦，其次有微量的磷灰石，膠磷礦的含量20% ～85%不等，平均在45% ～65%范圍。其它礦物成分有石英、水云母、絹云母、白云石、方解石、重晶石、黃鐵礦及炭質(zhì)等，礦石成分硅質(zhì)多于鈣質(zhì)，有利于浮選作業(yè)。

膠磷礦產(chǎn)出類型可劃分為四種，有的磷塊巖中膠磷礦具有假鮞狀、碎屑狀和膠狀集合體等多種產(chǎn)出形式，顆粒中常富含雜質(zhì)，混有石英粉砂、碳酸鹽、炭質(zhì)、氧化鐵等雜質(zhì)包體，使磷精礦品位有一定影響。

膠磷礦集合體通常組成塊狀和條帶狀構(gòu)造，其條帶狀構(gòu)造是膠磷礦條帶與泥質(zhì)石英粉砂條帶呈互層分布。膠磷礦條帶寬度一般為3～4 mm，最寬5.5 mm，最窄 1.5 mm(表5)。

3.2 重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)人員分別對該樣品進(jìn)行了不同粒級不同比重的重液試驗(yàn)，綜合各粒級的試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算得出－25+0 mm原礦的重液浮沉試驗(yàn)結(jié)果(表6)和可選性曲線(圖3)。

表5 丁家河磷礦試驗(yàn)樣品化學(xué)元素分析結(jié)果Table 5 Analytical results of the chemical elements of test samples about phosphate ore in Dingjiahe

表6 丁家河磷礦－25+0 mm磷礦石重液分離試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Separation in heavy liquid of phosphate rock(－25+0 mm)in Dingjiahe

圖3 丁家河磷礦－25～0 mm原礦可選性曲線Fig.3 Washability curve of crude ore of phosphate ore(－25+0 mm)in Dingjiahe

由試驗(yàn)結(jié)果可知，－25 mm粒級樣品經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室重液浮沉試驗(yàn)得到比重＞2.92 kg/L的精礦產(chǎn)品。產(chǎn)率:38.06%，P2O5品位 32.06%，P2O5回收率為70.60%，MgO 0.58%，符合產(chǎn)品要求。

4 結(jié)語

(1)在－25 mm的粒度下直接采用2.92 g/mL的重液進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，均可以得到P2O5品位＞30%的合格磷精礦產(chǎn)品，且回收率＞60%，最高達(dá)到82.45%。說明該法對條帶狀和塊狀中低品位磷礦的選別效果較好，具有實(shí)際應(yīng)用的可行性。需要指出的是試驗(yàn)研究中三個(gè)礦區(qū)的重液浮沉試驗(yàn)全部采用25～0 mm全粒級，所得分選指標(biāo)為重選理論指標(biāo)。目前，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中的重介質(zhì)選礦必須預(yù)先篩除－5 mm或者－3 mm的細(xì)粒級才可進(jìn)行(篩除出的細(xì)粒級需另行處理)。

(2)采用適宜的比重介質(zhì)，該膠磷礦可在粗粒級狀態(tài)下(－25 mm)實(shí)現(xiàn)分選，并產(chǎn)出合格的磷精礦產(chǎn)品。該工藝技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了生產(chǎn)成本，在實(shí)際生產(chǎn)中可將產(chǎn)品進(jìn)一步破碎至－16 mm再選，可提高回收率，使原有尚未開發(fā)的低品位磷礦資源實(shí)現(xiàn)利用變?yōu)榭赡堋?/p>

(3)本次試驗(yàn)采取的最高分離比重為2.92 g/mL，略高于現(xiàn)場重介質(zhì)選礦設(shè)備的分離比重。礦石中白云巖比重比較接近2.92，是導(dǎo)致目前工業(yè)生產(chǎn)中重介質(zhì)選礦的困難因素之一，對于白云巖含量較高的中低品位膠磷礦可先采取重介質(zhì)進(jìn)行初步富集，再進(jìn)行反浮選的聯(lián)合工藝從而得到合格磷精礦產(chǎn)品。

［1］譚明，魏明安.磷礦選礦技術(shù)進(jìn)展［J］.礦冶，2012，19(4):1 －6.

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［3］李成秀，文書明.我國磷礦選礦現(xiàn)狀及其進(jìn)展［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2010(2):22－25.

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［6］李東蓮，張央，牛芳銀.中低品位磷礦重介質(zhì)選礦試驗(yàn)［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(4):29 －32.

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