X射線分選技術(shù)在磷礦石選礦中的運用研究

李鵬飛，楊 帆，王政豪，李自強，楊穩(wěn)權(quán)

(云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600)

中國磷礦資源豐富，主要分布在云南、湖北、貴州、四川、湖南五省。這些地區(qū)的磷礦資源占全國總儲量的80%以上。其中，云南省是我國磷礦資源最豐富的地區(qū)，磷礦儲量占全國總儲量的一半以上，而湖北、貴州、四川、湖南四省的磷礦儲量則分別占全國總儲量的10%左右。然而，磷礦分布集中、富礦少、貧礦多、易選礦少、難選礦多。這意味著雖然磷礦資源豐富，但品質(zhì)較低，需要通過提取和加工才能達到工業(yè)生產(chǎn)的需要。含鎂硅酸鹽磷塊巖的選礦是當前磷礦選礦的一大難題，本文對云南某地此類磷礦石進行了探索試驗，獲得了一些改進工藝的措施。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦多元素分析結(jié)果

在表1中對原礦石進行了多元素分析。從表1看出，試樣中主要有用組分為P2O5，需除去的主要雜質(zhì)組分為SiO2、MgO、Al2O3和Fe2O3等。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

1.2 礦石類型特性

樣品中含有三種礦物：磷酸鹽礦物(含氟酸鹽礦物)、碳酸鹽礦物(含白云石及微晶方解石)、硅酸鹽礦物(含硅酸鹽礦物，玉髓)，含量超過97%，并含有黃鐵礦、褐鐵礦及碳質(zhì)等。

1.3 原礦X衍射與紅外吸收光譜分析

在圖1中，對原始礦石進行了X衍射分析。

圖1 原礦X衍射分析結(jié)果

從圖1看出，該礦石以磷灰石、白云石、石英為主，其他礦物衍射線不顯著，只有水云母有微弱的衍射線顯著性。用 IR法測定了礦石的紅外光譜，如圖2所示。從圖2看出，該礦床以磷灰石、白云石、石英為主。在磷灰石中，4條基本頻率的吸振波段十分清晰。1448、1095 cm-1處是兩條明顯分隔開的較強的吸收區(qū)；在 604、575 cm-1處發(fā)現(xiàn)了面內(nèi)彎曲振幅，也是一對分離較好的波段；在約 965 cm-1的范圍內(nèi)，存在一個較弱的吸收波峰，吸收波峰形狀較尖，吸收波峰強度隨著磷灰石含量的降低而逐漸減弱，直至完全消失；在 323、369 cm-1，在平面外的彎曲振動波段有明顯的波段。白云石的振動頻段為 1450、728、881 cm-1，石英的振動頻段為 798、780、692 cm-1。

圖2 原礦紅外吸收光譜分析結(jié)果

1.4 原礦礦物組成含量與粒度組成

礦石礦物組成分析情況如表2。

表2 原礦礦物組成及質(zhì)量分數(shù)分析結(jié)果

通過對該礦進行了顯微鑒別，以明確該礦的各種主要組分的含量和礦物特征。從表2看出，該礦石的主要礦物為膠質(zhì)磷灰石、白云石、石英(玉髓)。

1.5 原礦篩析結(jié)果

為了考察不同顆粒級次的目標物和脈石礦物的成分和回收率，對≤2 mm 粒徑的原礦石進行了顆粒級次成分分析，結(jié)果如表3所示。

表3 原礦粒度組成分析結(jié)果

從表3看出，在各個顆粒級別中，磷酸鹽、鎂酸鹽和硅酸鹽的質(zhì)量分數(shù)幾乎沒有改變。

2 磷塊巖礦石性質(zhì)與選礦工藝特點分析

2.1 磷塊巖礦石性質(zhì)分析

磷塊巖是一種在海底中產(chǎn)生的化學(xué)-沉積巖，在國內(nèi)以早寒武系下統(tǒng)梅樹村階磷塊巖和震旦系陡山沱組磷塊巖為主，其礦物-巖相組分十分復(fù)雜。其礦石特征包括：①以硅質(zhì)型磷塊巖、鈣質(zhì)型磷塊巖和硅(鈣)-鈣(硅)質(zhì)型磷塊巖為主，后者約占80%，磷塊巖礦中P2O5質(zhì)量分數(shù)通常在15%～25%之間，超過28%的富礦僅有8%。②礦床的構(gòu)造以泥晶、顆粒和生物構(gòu)造為主；陸屑-膠結(jié)、結(jié)核、交代等構(gòu)造，成礦構(gòu)造以條帶狀、條狀、致密塊狀為主；巖漿巖具有多層、多層的特征。③在顯微上，磷塊巖體為“膠磷礦”，以碳氟磷灰石為主的膠質(zhì)體。以白云石、方解石、石英為主的脈石、玉髓、黏土礦物。④磷塊巖石的多樣性，在礦床、礦區(qū)、層位等方面表現(xiàn)出明顯的差異，而且，在不同的礦床中，磷礦的化學(xué)成分、可選性也存在著很大的差異。

2.2 磷塊巖傳統(tǒng)選礦工藝分析

磷礦的選礦可以富集含磷礦物，同時降低有害雜質(zhì)含量，從而提高磷產(chǎn)品的品質(zhì)[1]。但是，由于磷塊巖中磷礦物嵌布較為分散，選礦難度較大，這就需要選礦工藝具有較高技術(shù)含量。磷塊巖結(jié)晶顆粒極細，雜質(zhì)嵌布復(fù)雜，這也是選礦的一個難點。常規(guī)的選礦方法有正浮選，正-反浮選，反浮選，雙反浮選，重介質(zhì)選礦，重介質(zhì)-浮選聯(lián)合選礦等。這些方法各有優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進行選擇。

3 X射線分選技術(shù)

X射線智能分選技術(shù)在礦石行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，主要通過對多種礦石進行預(yù)先拋廢拋尾作業(yè)來提高其品位和降低后續(xù)生產(chǎn)過程中的能耗和藥耗。經(jīng)過X射線分選后，礦石可以拋除大量廢石，從而提高入選品位。特別是在銻礦、鎢礦、錫礦、金礦石的處理中，分選技術(shù)可以預(yù)先剔除70%～80%超低品位廢石，而銅礦和鉛鋅礦也能預(yù)先拋除38%和52%的廢石。預(yù)先拋廢的好處不僅在于提高品位，而且還可以降低后續(xù)生產(chǎn)過程中的能耗和藥耗，從而提高磨浮車間的處理能力。通過降低后續(xù)的破碎、磨礦功耗，可以有效地降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。除此之外，X射線智能分選技術(shù)還具有高效、自動化、精準等特點。通過對礦石中的化學(xué)成分和密度進行分析，可以實現(xiàn)快速、準確的分選作業(yè)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4 試驗及結(jié)果

4.1 浮選試驗流程及結(jié)果

針對該礦物的特點，本項目擬在此基礎(chǔ)上，以單反浮選、雙反浮選和正反浮選為研究對象，開展3種除硅、除鎂的探索實驗。在初步實驗的基礎(chǔ)上，提出正、反向浮選新方法，并對抑制劑、捕收劑的種類、用量、礦液的溫度等因素進行了深入的探討。在圖3中示出了正、反浮選脫鎂、脫硅閉路試驗的流程和主要工藝參數(shù)，并在表4中給出了實驗的數(shù)據(jù)。

圖3 浮選閉路試驗流程

表4 正反浮選閉路試驗結(jié)果

從表4中看出，通過前、后浮選閉路過程，這種鎂硅質(zhì)磷礦能得到30.57%的磷礦，回收率含量為80.62%[4]。選出來礦石，技術(shù)指標尚可，但是相對而言工藝要較為復(fù)雜，且藥劑所需用量與類型也較多。

4.2 X射線敷設(shè)分選試驗及結(jié)果

利用X-光分離技術(shù)對磷礦中的石英脈石進行了分離實驗。實驗的詳細過程如圖4所示，并在表5中給出了實驗的結(jié)果。

圖4 X射線輻射分選試驗流程

表5 X射線輻射分選試驗結(jié)果

從表5中看出，經(jīng)X-光分離處理后，二氧化硅的去除率可達68.69%，使產(chǎn)物的等級得到了明顯的改善，二氧化硅的質(zhì)量含量有所下降[5]。

4.3 試驗對比分析

通過X射線輻射分選后，試驗樣品能拋掉28.64%的粗細砂，其中SiO2質(zhì)量分數(shù)為51.74%，占68.69%，具有較好的脫硅作用。同時，由于該硅質(zhì)尾礦無需經(jīng)過后期處理，因此能夠增加裝置的產(chǎn)量，使磷精礦的磷礦質(zhì)量分數(shù)從原本的30.56%，提高到34.59%，而回收率沒有明顯變化。