四川馬邊-金陽地區磷精礦硫酸分解實驗研究*

李 超，劉述平，徐凌飛，鄧 杰，唐湘平，鐘慶文

(中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都 610041)

四川馬邊-金陽地區為我國重要磷礦資源基地之一[1]，位于長江經濟帶，地處長江、珠江上游生態脆弱區，加快區域內重要礦產資源綜合利用調查評價，形成礦業合理開發布局與保護，對實現兩江上游生態脆弱區生態環境保護意義重大。磷是農作物生長的必要元素，也是重要的化工原料，工業用磷主要從磷礦中提取[2]。我國磷礦資源總量較為豐富，但中低品位磷礦占據總資源的80%以上[3-4]，P2O5含量大于30%的富礦僅占7%左右[5-7]。因此，開展中低品位磷礦資源的綜合利用，具有十分重要的戰略意義，可有效提高國家磷資源保障程度。馬邊-金陽一帶磷礦礦石性質復雜，雜質含量高，結合選礦后將大量難處理的中低品位磷礦石開發成優質磷精礦，作為原生富礦的替代品。針對選礦獲得的磷精礦，采用硫酸法進行分解實驗，并考察酸解渣的放射性比活度，探索合適的處理工藝，從而實現馬邊-金陽地區難選膠磷礦的綜合利用。

1 實 驗

1.1 原 料

實驗采用的馬邊-金陽地區磷精礦化學成分見表1。

表1 馬邊-金陽地區磷精礦化學成分

1.2 試劑及設備

實驗所用主要試劑為：分析純濃硫酸等。

主要設備為：H01-3恒溫磁力攪拌器；2XZ-4X旋片式真空泵；CS101-3EB電熱鼓風干燥箱；PGS6000H低本底多道γ能譜儀；GJ-1密封式化驗制樣粉碎機。

1.3 實驗方法

取一定量的磷精礦與水調漿，然后在攪拌條件下，將一定量的濃硫酸加入礦漿中。于一定溫度下攪拌反應一定的時間，過濾、洗滌濾渣，分析檢測濾液、酸解渣有關組分含量。

2 結果與討論

2.1 硫酸分解磷精礦實驗研究

2.1.1 硫酸用量

按化學反應式(以礦石中的氧化鈣計)計算硫酸用量，每次取磷精礦100.00 g，將其加入280 mL水中調漿，然后在攪拌條件下，將不同用量的硫酸加入礦漿中，于75 ℃繼續攪拌反應50 min，過濾并以350 mL水洗滌濾餅，濾渣于110 ℃烘干，送樣檢測。實驗結果見圖1。

圖1 硫酸用量對磷礦酸解的影響

由圖1實驗結果可知，當硫酸用量系數為1.1時，磷的酸解率較高達到96.03%，鎂的酸解率為94.72%，鐵的酸解率50.74%，氟的酸解率85.44%，鋁的酸解率60.68%。繼續增大硫酸用量時，磷的酸解率有所下降，因此選擇硫酸用量系數為1.1。

2.1.2 酸解溫度

每次取磷精礦100.00 g，將其加入280 mL水中調漿，然后在攪拌條件下，將硫酸(硫酸用量系數為1.1)加入礦漿中；加完硫酸后在不同的溫度下繼續攪拌反應50 min，過濾、以350 mL水洗滌濾餅，濾渣于110 ℃烘干，送樣檢測。實驗結果見圖2。

圖2 不同酸解溫度對磷礦酸解的影響

由圖2實驗結果可以看出，當反應溫度低于75 ℃時，礦石中磷、鎂、鐵、氟的酸解率隨反應溫度的升高而增加。當反應溫度大于75 ℃時，磷的酸解率變化不明顯，氟的酸解率仍有增加，鎂和鐵的酸解率下降。綜合考慮酸解率、能耗等因素，選擇反應溫度為75 ℃。

2.1.3 酸解時間

每次取磷精礦100.00 g，將其加入280 mL水中調漿，然后在攪拌條件下，將硫酸(硫酸用量系數為1.1)加入礦漿中；加完硫酸后于75 ℃下攪拌反應不同時間，過濾、以350 mL水洗滌濾餅，濾渣于110 ℃烘干，送樣檢測。實驗結果見圖3。

圖3 磷精礦酸解時間對酸解率的影響

從圖3實驗結果可以看出，當反應時間達到50 min后，繼續延長反應時間，磷的酸解率未進一步升高，但雜質鎂、鋁的酸解率隨反應時間的延長有所升高。因此，選擇反應時間為50 min。

2.1.4 液固比

每次取磷精礦100.00 g，硫酸用量系數為1.1，在不同的水用量下調漿完成后，加入硫酸，然后于75 ℃下攪拌反應50 min，過濾、以350 mL水洗滌濾餅，濾渣于110 ℃烘干，送樣檢測。實驗結果見表2。

表2 磷精礦分解液固比實驗結果

由表2實驗結果可知，雜質鐵、氟、鋁的的酸解率隨反應液固比的增大而升高；液固比為4時，磷的酸解率較高達到96%以上，進一步增大液固比，磷的酸解率變化不明顯。因此，可選擇酸解液固比為4。

2.1.5 磷精礦硫酸分解綜合條件

通過磷精礦硫酸分解的條件實驗，確定磷精礦硫酸分解的綜合條件為：硫酸用量系數1.1、分解溫度75 ℃、分解時間50 min、分解液固比4。在綜合條件下進行了三組平行實驗，實驗結果見表3。

表3 磷精礦硫酸分解綜合條件實驗結果

由表3實驗結果可知，在前期確定的磷精礦硫酸分解的綜合條件下進行實驗，磷的酸解率全部達到95%以上，平均96.37%，獲得了較好的酸解效果。酸解渣率達122%，酸解液和洗液的主要化學成分見表4，酸解液中P2O5含量達到了86.10 g·L-1，除雜后可用于制備磷化工產品。

表4 酸解液主要成分

2.2 酸解渣(磷石膏)的化學成分及放射性比活度檢測

對酸解渣(磷石膏)進行成分分析檢測，主要化學成分見表5。并將產出的磷石膏送樣四川省建材產品質量監督檢驗中心進行了放射性比活度檢測。其放射性比活度檢測結果見表6。

表5 磷石膏化學成分

表6 磷石膏的放射性比活度檢測結果

由表5、表6可見，本實驗產出的磷石膏雜質含量較少，且放射性比活度較低，可直接用作建筑原材料(如用作水泥緩凝劑、用作生產磷石膏建材等)。

3 結 論

(1)馬邊-金陽地區難選膠磷礦通過選礦得到的磷精礦，采用硫酸法進行分解實驗，通過條件實驗得到的優化條件為：硫酸用量系數1.1、分解溫度75 ℃、分解時間50 min、分解液固比4。

(2)優化條件下，實驗得到磷的酸解率達到96.37%，獲得了較好的酸解效果。

(3)酸解渣(磷石膏)渣率達122%，且放射性比活度較低，可直接用作建筑原材料，實現了馬邊-金陽地區難選膠磷礦的綜合利用。