湖北省中低品位磷塊巖工業(yè)類型劃分的研究

王樹林，黃志良，劉 苗，池汝安，石和彬

（武漢工程大學(xué)，湖北 武漢430074）

磷資源是我國(guó)重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。湖北省作為我國(guó)的磷資源大省，保有儲(chǔ)量達(dá)到25.43億t，占全國(guó)總資源量的15.14%［1］。由于近幾十年的不斷開采，大部分高品位磷礦被開采完，剩下80%左右為中低品位的沉積型磷塊巖［2］。由于其品位較低（P2O5%＜25%），且礦石種類復(fù)雜，目前都沒有系統(tǒng)性地對(duì)中低品位磷塊巖工業(yè)類型進(jìn)行劃分。本次工作在研究了課題組前期工作的基礎(chǔ)上［3－6］，根據(jù)湖北省各礦區(qū)中低品位磷塊巖的化學(xué)成分、礦物賦存狀態(tài)特征、礦物的嵌布嵌鑲特征和具體采用的浮選選礦流程，將磷塊巖的工業(yè)類型劃分為硅質(zhì)磷塊巖、鎂質(zhì)磷塊巖、硅（鎂）質(zhì)磷塊巖和鎂（硅）質(zhì)磷塊巖。

1 研究方法

以磷塊巖不同的化學(xué)組分及化學(xué)組分在礦物中賦存狀態(tài)特征做為工業(yè)類型劃分的基礎(chǔ)，以磷塊巖的礦物嵌布嵌鑲特征為工業(yè)類型劃分的依據(jù)，以相應(yīng)工業(yè)類型確定其選礦工藝流程為工業(yè)類型劃分的目標(biāo)。首先，在分析湖北省各主要磷資源產(chǎn)地大量磷塊巖礦石樣品的基礎(chǔ)上，選取了四種磷塊巖礦石樣品，并一一編號(hào)。將它們的塊狀樣品制備成厚0.03mm的晶體光學(xué)薄片，用奧林巴斯BH－2型偏光顯微鏡進(jìn)行巖礦鑒定及工藝礦相學(xué)研究。然后，將塊狀樣品破碎球磨成礦粉，做X螢光分析，測(cè)定其化學(xué)組分，并篩分成不同粒級(jí)，按相應(yīng)的選礦流程進(jìn)行礦相跟蹤考察。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同磷塊巖的化學(xué)組分及主要化學(xué)組分在礦物中賦存狀態(tài)特征

將編號(hào)后的四種磷塊巖礦樣分別做X螢光分析，測(cè)定其化學(xué)組分，結(jié)果如下表1。

表1 各礦樣的多元素分析（單位：%）

通過礦物晶體光學(xué)性質(zhì)研究可知，這四種磷塊巖中工業(yè)礦物為膠磷礦，脈石礦物主要有碳酸鹽礦物、石英質(zhì)礦物、粘土類礦物和鐵碳質(zhì)礦物。根據(jù)磷礦主要化學(xué)組分和磷礦中礦物的關(guān)系，重點(diǎn)確定了P2O5組分、MgO組分和SiO2組分在四種磷塊巖各礦物中的賦存狀態(tài)，結(jié)果如表2～表5。

表2 1＃磷塊巖中考查組分在各礦物中的賦存狀態(tài)

表3 2＃磷塊巖中考查組分在各礦物中的賦存狀態(tài)

表4 3＃磷塊巖中考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)

表5 4＃磷塊巖中考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)

根據(jù)各礦物的賦存狀態(tài)可知，在四種磷塊巖中P2O5組分賦存在膠磷礦中；MgO組分主要賦存在碳酸鹽礦物中，少量賦存在膠磷礦中；SiO2組分主要賦存在石英質(zhì)礦物中，少量賦存在膠磷礦、粘土類礦物中。由于中低品位磷礦經(jīng)過選礦后P2O5品位必須在30%以上、SiO2含量15%以下、MgO含量低于1%［5，7］，才能進(jìn)行后續(xù)工業(yè)化使用。當(dāng)在磷塊巖原礦中，如SiO2含量在15%以上，需要通過選礦降硅，選除石英質(zhì)礦物；同樣當(dāng)MgO含量高于1%時(shí)，則需要降鎂，選除碳酸鹽礦物。由此，我們根據(jù)這四種磷塊巖的化學(xué)組分，其中1＃MgO含量＜1%，SiO2含量＞15%，將其工業(yè)類型定為硅質(zhì)磷塊巖，需要通過選礦降硅；2＃MgO含量＞1%，SiO2含量＜15%，將其工業(yè)類型定為鎂質(zhì)磷塊巖，需要通過選礦降鎂。而另外兩種磷塊巖，它們的SiO2和MgO含量都超過了選礦指標(biāo)，需通過選礦降硅降鎂。對(duì)于這種情況，我們可根據(jù)SiO2和MgO主要賦存脈石礦物的重量百分比的高低來(lái)對(duì)它們進(jìn)行劃分，而劃分意義在于選礦流程是以降硅為主，還是以降鎂為主。對(duì)于3＃磷塊巖，由于其碳酸鹽礦物重量百分比＜石英質(zhì)礦物重量百分比，可將工業(yè)類型定為硅（鎂）質(zhì)磷塊巖，相應(yīng)地4＃磷塊巖工業(yè)類型定為鎂（硅）質(zhì)磷塊巖。

2.2 各磷塊巖的礦物嵌布嵌鑲特征

將四種磷塊巖的光片在顯微鏡下照相，研究其不同工業(yè)類型的礦物嵌布嵌鑲特征，結(jié)果如圖1所示。

在硅質(zhì)磷塊巖礦樣（1＃）中，膠磷礦（Clh）呈塊狀，－0.320～＋0.075mm粒級(jí)占83.29%，屬中粒嵌布，和石英（Qtz）毗連鑲嵌，同時(shí)可見有少量的碳酸鹽。

在鎂質(zhì)磷塊巖礦樣（2＃）中，膠磷礦（Clh）呈凝膠狀，－0.320～＋0.075mm粒級(jí)占82.76%，屬中粒嵌布，與白云石（Dol）主要平直毗連鑲嵌，同時(shí)膠磷礦（Clh）包裹小顆白云石和石英（Qtz）。

在硅（鎂）質(zhì)磷塊巖礦樣（3＃）中，膠磷礦（Clh）呈鮞狀，在－0.320～0.075mm粒級(jí)占90.60%，屬中粒嵌布，與玉髓（Cln）毗連鑲嵌，與白云石（Dol）平直毗連。

圖1 各礦樣的嵌布關(guān)系相片

在鎂（硅）質(zhì)磷塊巖礦樣（4＃）中，膠磷礦（Clh）呈凝膠狀，在 －0.320～＋0.075mm 粒級(jí)占75.62%，屬中粒嵌布，和條紋狀白云石（Dol）平直毗連，同時(shí)膠磷礦中包裹著細(xì)小的石英（Qtz）顆粒。

2.3 不同工業(yè)類型磷塊巖浮選選礦流程

目前，針對(duì)湖北中低品位磷礦的浮選工藝流程主要有：一步浮選（正浮選和反浮選）和兩步浮選（正反浮選、反正浮選、雙反浮選）工藝［8］。針對(duì)本次研究中不同工業(yè)類型磷塊巖，我們選取不同浮選工藝流程。

由于硅質(zhì)磷塊巖（1＃）含SiO2高，含 MgO低，我們采用單一正浮選工藝進(jìn)行降硅處理。經(jīng)一粗、一精、一掃、中礦集中返回粗選的閉合流程實(shí)驗(yàn)，獲得了精礦含 P2O530.67%、SiO212.47%、產(chǎn)率60.36%、回收率91.65%的正浮選指標(biāo)。

鎂質(zhì)磷塊巖（2＃）含 MgO高，含SiO2低，我們采用單一反浮選工藝進(jìn)行降鎂處理。經(jīng)一粗、一精的反浮選流程（圖2）實(shí)驗(yàn)，獲得精礦含P2O530.51%、MgO 0.43%、產(chǎn) 率 67.18%、回收率88.74%的反浮選指標(biāo)。

硅（鎂）質(zhì)磷塊巖（3＃）含SiO2高，含 MgO較高，我們采用正反浮選工藝進(jìn)行降硅降鎂處理。經(jīng)一粗、一精、一掃正浮選與一粗、一精反浮選聯(lián)合流程（圖3）實(shí)驗(yàn)，獲得精礦含 P2O539.88%、SiO212.17%、MgO 0.64%、產(chǎn) 率 46.64%、回 收 率71.81%的正－反浮選指標(biāo)。

圖2 2＃磷塊巖反浮選選礦流程圖

圖3 3＃磷塊巖正反浮選選礦流程圖

鎂（硅）質(zhì)磷塊巖（4＃）含 MgO高，含SiO2較高，我們采用反正浮選工藝進(jìn)行降鎂降硅處理。經(jīng)一粗、一精反浮選與一粗、一精、一掃正浮選聯(lián)合流程實(shí)驗(yàn)，獲得精礦含P2O535.20%、SiO29.74%、MgO 0.68%、產(chǎn)率56.54%、回收率73.42%的反－正浮選指標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)我們選取4種湖北省中低品位磷塊巖化學(xué)組分、礦物賦存狀態(tài)特征、礦物的嵌布嵌鑲特征和具體采用的浮選選礦流程，將磷塊巖的工業(yè)類型劃分為硅質(zhì)磷塊巖、鎂質(zhì)磷塊巖、硅（鎂）質(zhì)磷塊巖和鎂（硅）質(zhì)磷塊巖。其劃分依據(jù)如表6。

表6 湖北省中低品位磷塊巖工業(yè)類型劃分依據(jù)

［1］彭三國(guó)，姚敬劬.湖北磷礦資源的保護(hù)［J］.中國(guó)礦業(yè)，2005，14（12）：30－33.

［2］劉乃富.湖北磷礦開采現(xiàn)狀與展望［J］.化工礦物與加工，2004（9）：1－3.

［3］石和彬，王樹林，梁永忠，等.云南中低品位硅鈣質(zhì)磷塊巖工藝礦物學(xué)研究［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（2）：5－8.

［4］王樹林，黃志良，羅欣，等.宜昌磷礦工藝礦相學(xué)研究［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（2）：55－59.

［5］田興，石和彬，趙靜，等.湖北某中低品位硅質(zhì)磷礦工藝礦物學(xué)研究［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（3）：45－50.

［6］黃志良，冷盛強(qiáng)，孫家壽.黃麥嶺磷礦礦石工藝礦相學(xué)研究［J］.化工礦山技術(shù)，1996，25（3）：27－29.

［7］黃大雨，肖云漢，高之忠.我國(guó)磷礦資源概況及主要選別流程［J］.化工礦山技術(shù)，1982（1）：40－44.

［8］羅惠華.湖北宜昌中低品位膠磷礦選礦工藝探討［J］.礦冶，2007，16（4）：10－13.