四川馬邊-金陽地區(qū)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(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041)

四川馬邊-金陽地區(qū)為我國重要磷礦資源基地之一[1]，位于長江經(jīng)濟(jì)帶，地處長江、珠江上游生態(tài)脆弱區(qū)，加快區(qū)域內(nèi)重要礦產(chǎn)資源綜合利用調(diào)查評價，形成礦業(yè)合理開發(fā)布局與保護(hù)，對實現(xiàn)兩江上游生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大。磷是農(nóng)作物生長的必要元素，也是重要的化工原料，工業(yè)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(jù)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(zhàn)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(zhì)復(fù)雜，雜質(zhì)含量高，結(jié)合選礦后將大量難處理的中低品位磷礦石開發(fā)成優(yōu)質(zhì)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(jìn)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(xiàn)馬邊-金陽地區(qū)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(qū)磷精礦化學(xué)成分見表1。

表1 馬邊-金陽地區(qū)磷精礦化學(xué)成分

1.2 試劑及設(shè)備

實驗所用主要試劑為：分析純濃硫酸等。

主要設(shè)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(fēng)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(jī)。

1.3 實驗方法

取一定量的磷精礦與水調(diào)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(yīng)一定的時間，過濾、洗滌濾渣，分析檢測濾液、酸解渣有關(guān)組分含量。

2 結(jié)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(xué)反應(yīng)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(diào)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(xù)攪拌反應(yīng)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(jié)果見圖1。

圖1 硫酸用量對磷礦酸解的影響

由圖1實驗結(jié)果可知，當(dāng)硫酸用量系數(shù)為1.1時，磷的酸解率較高達(dá)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(xù)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(shù)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(diào)漿，然后在攪拌條件下，將硫酸(硫酸用量系數(shù)為1.1)加入礦漿中；加完硫酸后在不同的溫度下繼續(xù)攪拌反應(yīng)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(jié)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(jié)果可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度低于75 ℃時，礦石中磷、鎂、鐵、氟的酸解率隨反應(yīng)溫度的升高而增加。當(dāng)反應(yīng)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(yīng)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(diào)漿，然后在攪拌條件下，將硫酸(硫酸用量系數(shù)為1.1)加入礦漿中；加完硫酸后于75 ℃下攪拌反應(yīng)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(jié)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(jié)果可以看出，當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到50 min后，繼續(xù)延長反應(yīng)時間，磷的酸解率未進(jìn)一步升高，但雜質(zhì)鎂、鋁的酸解率隨反應(yīng)時間的延長有所升高。因此，選擇反應(yīng)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(shù)為1.1，在不同的水用量下調(diào)漿完成后，加入硫酸，然后于75 ℃下攪拌反應(yīng)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(jié)果見表2。

表2 磷精礦分解液固比實驗結(jié)果

由表2實驗結(jié)果可知，雜質(zhì)鐵、氟、鋁的的酸解率隨反應(yīng)液固比的增大而升高；液固比為4時，磷的酸解率較高達(dá)到96%以上，進(jìn)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(shù)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(jìn)行了三組平行實驗，實驗結(jié)果見表3。

表3 磷精礦硫酸分解綜合條件實驗結(jié)果

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

表4 酸解液主要成分

2.2 酸解渣(磷石膏)的化學(xué)成分及放射性比活度檢測

對酸解渣(磷石膏)進(jìn)行成分分析檢測，主要化學(xué)成分見表5。并將產(chǎn)出的磷石膏送樣四川省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進(jìn)行了放射性比活度檢測。其放射性比活度檢測結(jié)果見表6。

表5 磷石膏化學(xué)成分

表6 磷石膏的放射性比活度檢測結(jié)果

由表5、表6可見，本實驗產(chǎn)出的磷石膏雜質(zhì)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(chǎn)磷石膏建材等)。

3 結(jié) 論

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

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

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