四川某低品位難選磷礦石工藝礦物學研究

余新文 ，王盼盼 ，陳林 ，吳俊峰

（1. 四川省地質礦產勘查開發局成都綜合巖礦測試中心，四川 成都 610081；2. 稀有稀土戰略資源評價與利用四川省重點實驗室，四川 成都 610081）

磷礦屬于不可再生資源，指在經濟上能被利用的磷酸鹽類礦物的總稱，其中的主要礦物為磷灰石，是重要的化工原料，絕大部分用于制取磷肥。磷礦是國家的戰略性資源，涉及國家糧食安全，廣泛應用于食品、農業、醫藥、陶瓷、化工及國防等領域[1-3]。

我國已探明的磷礦資源分布在27 個省自治區，其中湖北、湖南、四川、貴州和云南等五省是主要的磷礦富集區。按成礦作用類型可分為巖漿巖型磷灰石、沉積巖型磷塊巖和沉積變質巖型磷灰巖等三類。巖漿巖型磷灰石主要分布在我國北方；沉積變質巖型磷灰巖主要分布在江蘇、安徽、湖北等??；沉積巖型磷塊巖主要分布在我國中南和西南的云、貴、川、鄂、湘等五省，此類型礦石約占總貯量的70%[4]。

低品位難選復雜沉積型磷礦石是指礦石中P2O5含量小于20%且含兩種以上脈石礦物成分的磷礦石。由于礦石中脈石礦物多且復雜需幾種工藝配合才能去除脈石礦物，這就造成了選礦工藝復雜、成本高、難以實施等問題。朱鵬程等人以云南某低品位鎂硅質磷礦石為研究對象，采用自研鎂硅捕收劑，在原礦P2O5品位13.82% 時入選，經過雙反浮選工藝脫硅和脫鎂，獲得了P2O5品位29.66%，回收率75.96%磷精礦產品[5]。

目前國內對這種低品位復雜難選沉積型磷礦石的研究大多以選礦工藝研究為主，對礦石本身性質研究較少。本文以四川某地復雜難選沉積巖型磷礦石為研究對象，對所采礦樣進行化學分析、顯微鏡鑒定、X 射線衍射分析、紅外吸收光譜分析等系統研究，查明了該磷礦石的化學組成及礦物組成，有用礦物結構構造，確定了主要礦物的賦存狀態、嵌布粒度及工業類型等特征，為該類型磷礦石的選冶加工性能提供礦物學基礎。

1 試樣化學組成

試樣化學多項分析結果見表1。

由表1 可知，試樣中PO5含量為17.54%，有害成分SiO2和MgO 含量分別為18.36%和6.83%。此外，試樣中還含有少量的硫鐵礦。

表1 試樣化學多項分析結果/%Table 1 Results of chemical multinomial analysis of the samples

2 試樣礦物組成

2.1 試樣顯微鑒定分析

對試樣進行偏光顯微鏡和反光顯微鏡鑒定分析[6]，試樣中各礦物組成見表2。

由表2 可知，試樣中主要礦物為磷灰石、白云石和硅質礦物。另外還有少量方解石、水云母及褐鐵礦等。

表2 試樣礦物成分分析Table 2 Analysis of the mineral composition of the samples

2.2 試樣X 射線衍射分析

為進一步確定礦石礦物成分，進行了X 射線衍射分析見圖1[7]。由圖1 X 可知，礦石中的磷灰石、白云石及石英三大類礦物的衍射線全部出現，其他礦物由于其含量低微除水云母略有反映外，黃鐵礦、褐鐵礦等均未見明顯衍射線出現。

圖1 試樣X 射線衍射分析Fig.1 X-ray diffraction pattern of the samples

2.2.1 磷灰石

X 射線衍射分析時，磷灰石特征衍射線幾乎全部均可出現，特別是磷灰石的d=2.594、3.218、3.200、3.214、3.312、3.412、4.015?強度高的衍射線均清楚可見，說明礦石中的磷礦物為氟磷灰石，其特征衍射線強度的高低與礦石中磷灰石含量的多少呈正相關。

2.2.2 白云石

白云石特征衍射線均出現，特別是白云石的d=3.112、4.123、5.107?衍射線強而明顯。白云石衍射線強度較磷灰石衍射線強度要高，與磷灰石礦物一樣白云石礦物各特征衍射線的強弱與礦石中所含白云石礦物量呈正相關。

2.2.3 石英（玉髓）

石英特征衍射線d=2.132、2.663、5.012、6.011?等均出現，說明石英作為礦石中的主礦物之一的存在，其衍射線強弱與礦石中石英礦物的含量呈正相關。

2.2.4 水云母

含量微，僅在主衍射線有微弱反映。

2.3 試樣紅外吸收光譜分析

從圖2 試樣紅外吸收光譜分析可知，圖譜中顯示有磷灰石、白云石和石英吸收振動譜帶，未見其他礦物吸收振動譜帶。

圖2 試樣紅外吸收光譜分析Fig.2 Infrared spectrometry of samples

試樣紅外吸收光譜圖譜中磷灰石礦物的(PO4)3-四個基頻振動吸收帶非常清楚。非對稱伸縮振動譜帶(γ3)出現在1448 cm-1、1095 cm-1，為分裂將很清楚的兩個強的吸收帶；面內彎曲振動譜帶(γ4)出現在604 cm-1、575 cm-1亦為分裂將很清楚的一對譜帶；對稱伸縮振動譜帶(γ1) 出現在965cm-1左右，為一個弱但峰銳的吸收帶，其隨磷灰石含量減少而強度減小至消失；面外彎曲振動譜帶(γ2)出現在323 cm-1、369 cm-1。

白云石的振動譜帶分別出現在（1450、728、881）cm-1。石英譜帶出現在（798、780、692、514～517、467）cm-1。

3 主要礦物嵌布特征

3.1 磷灰石

磷灰石為六方晶系，有灰白、黃褐等色，玻璃光澤，性脆，硬度5，比重3.18～3.21[8]。試樣中磷灰石均為氟磷灰石，主要以團粒狀膠態產出亦稱膠磷礦。磷灰石主要為淺褐色-深褐色-黑褐色隱晶質磷灰石和少量微晶白云石、玉髓、水云母等一起組成等軸球狀、橢球狀、枕狀等形態的團粒狀集合體。磷灰石團粒雖然以球-橢球形為主，但也有一些呈豆角形、枕狀或不規則的彎曲條形。球-橢球形者，徑比多為1∶1～2∶1。豆角形和彎曲條形者長寬比達3∶1～5∶1。最小團粒在（0.1×0.2）mm 左右，最大在（1.0×2.0）mm 左右，一般分布范圍多數在（0.2×0.35～0.5×1.0）mm。在組成特征上白云石、石英（玉髓）等脈石礦物含量較磷灰石礦物多，形成磷質白云石、玉髓條帶。這種條帶含磷礦物小于30%，而白云石、玉髓含量大于70%。磷灰石礦物組成及集合體工藝粒度分別見表3 和表4，具體顯微圖片見圖3 和圖4。

表3 膠磷礦團粒礦物組成Table 3 Agglomerate mineral composition of collophanite

表4 磷灰石集合體工藝粒度測定結果Table 4 Results of particle size determination of apatite aggregate

圖3 薄片（正交偏光）Fig.3 Sheet (orthogonal polarizing)

圖4 薄片（單偏光）Fig.4 Sheet (single polarized light)

3.2 白云石

白云石（圖4）以結晶白云石為主，它形粒狀，晶粒粒度多數0.05～0.25 mm，以不規則集合體膠結磷灰石團粒。結晶白云石晶粒之間或解理面上常嵌布有云霧狀膠態磷灰石，導致白云石帶淡褐色調。另有少量微晶磷灰石組成云霧狀白云石團粒，以獨立團粒形式產出，或以磷灰石團粒的核心形式產出。團粒內白云石，部分粒度2～5 μm 微晶，它形塵點狀；部分粒度達10～30 μm，它形粒狀或自形菱面體。白云石集合體工藝粒度測定結果見表5。

表5 白云石集合體工藝粒度測定結果Table 5 Results of determination of technological granularity of dolomite aggregate

3.3 硅質礦物

3.3.1 石英(玉髓)

礦石中90%以上的SiO2是以石英(玉髓)形式產出，但是，不同礦石中石英(玉髓)的空間分布有存在明顯不同。

礦石中石英(玉髓)見圖3 無色透明，自形柱狀，微細粒狀或微細粒狀集合體，團粒狀集合體，偶見球粒狀集合體。自形柱狀石英粒度一般（5×20～15×60）μm。微細粒狀或微細粒狀集合體，小者僅5 μm，大者0.1 mm，多數30～60 μm。團粒狀和球粒狀玉髓集合體粒徑一般50 μm 左右，個別達0.2 mm。

礦石中極少見到石英(玉髓) 和白云石共生。絕大部分石英(玉髓)和膠態磷灰石一起組成團粒狀石英-磷灰石集合體。在所組成的集合體中，石英(玉髓)和磷灰石含量變化極大：從獨立石英(玉髓) 團粒，到石英(玉髓) 和磷灰石各占一半的團粒，再到石英(玉髓) 占5% 磷灰石占95% 的團粒。石英(玉髓)含量小于10%的團粒，在團粒系列中所占比例不過30%左右。

3.3.2 水云母

水云母礦物在礦石中含量微，但礦石中均有水云母生成。礦石中水云母呈細小鱗片狀，鱗片厚度一般僅1～2 μm，長度一般5～10 μm，大者（5～10×50～80）μm。礦石中常見水云母、炭質和微細粒黃鐵礦緊密交織，生成寬度達（0.4～0.7）mm 的水云母-炭質-黃鐵礦條紋，僅少數水云母呈細小鱗片狀星散嵌布于磷灰石團粒中。

3.4 其他礦物

礦石中黃鐵礦為它形-半自形-自形粒狀（圖5），沿礦石條帶延長方向呈條紋狀分布，條紋寬度0.01～0.1 mm。黃鐵礦晶粒呈粒度大小懸殊的兩個粒度群，大者多為0.1～0.25 mm，小者多為0.002～0.01 mm。見微細黃鐵礦、炭質、水云母緊密交織鑲嵌，平行條帶延長方向組成寬度達0.4～0.7 mm的水云母-炭質-黃鐵礦條紋。

圖5 光片（單偏光）Fig.5 Optical plate (single polarizer)

礦石中褐鐵礦由黃鐵礦氧化生成，依黃鐵礦呈假象。透射光強光下，細小顆粒和粗顆粒邊部呈深褐紅色，半透明。

4 選礦探索實驗

對該磷礦石樣品采用單一反浮選、正-反浮選以及X 射線分選工藝進行了探索實驗研究。采用單一反浮選脫鎂工藝可以獲得P2O5品位26.58%、MgO 含量1.01%、SiO2含量21.25% 的磷精礦產品。采用正-反浮選除硅脫鎂工藝可以獲得P2O5品位30.23%、MgO 含量1.12%、SiO2含量13.78%的磷精礦產品。采用X 射線分選機先脫硅再用反浮選脫鎂工藝可以獲得P2O5品位31.59%、MgO含量1.14%、SiO2含量11.34%的磷精礦產品。該磷礦石宜采用正-反浮選工藝或X 射線光電選礦工藝來提高磷精礦產品質量。

5 結 論

（1）試樣中P2O5、MgO、SiO2含量分別為17.54%、6.83%、18.36%，屬于高鎂中硅型低品位沉積磷塊巖。單就礦石礦物組成論，該礦石不具備單一反浮選的可能性。

（2）試樣中礦物主要由膠態磷灰石、細晶白云石和石英（玉髓）三大部份組成，另雜有少量黃鐵礦、褐鐵礦及水云母等。由于選礦中需要排除的脈石礦石物不僅有鎂質礦物還有硅質礦物由此增加了選礦的難度。

（3）根據工藝礦物學特征和選礦探索實驗結果，該磷礦石可以采用正-反浮選工藝或X 射線光電選礦工藝拋掉白云石、石英（玉髓）這部分脈石礦物，就可以大大提高磷礦石精礦產品質量。