磷礦的選礦技術(shù)及原理分析

梁世軍

[貴州磷化（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550002]

磷礦是一種重要的礦產(chǎn)資源，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。磷是生物體中必不可少的元素之一，是細胞膜、核酸和骨骼的重要組成部分，同時也是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵營養(yǎng)元素。磷礦在工業(yè)中最重要的應(yīng)用之一是生產(chǎn)肥料。磷是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵營養(yǎng)元素之一，而磷肥的生產(chǎn)需要大量的磷礦。磷肥對于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的作用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的投入品，磷礦還可以用于生產(chǎn)洗滌劑。磷礦在農(nóng)業(yè)中最主要的應(yīng)用之一是生產(chǎn)肥料。磷肥對于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的作用。通過施用磷肥，可以促進植物根系發(fā)育，增強植物抗病能力，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

隨著全球人口的增長和工業(yè)化的發(fā)展，對于磷礦的需求量也在不斷增加。然而，磷礦的儲量是有限的，因此需要采取有效的措施來保障磷礦的可持續(xù)利用。未來磷礦的發(fā)展趨勢將朝著環(huán)保、高效、可持續(xù)的方向發(fā)展。通過改進采選技術(shù)和提高資源利用率，可以降低磷礦開采和加工對環(huán)境的影響，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。同時，加強循環(huán)經(jīng)濟和資源綜合利用，可以減少資源的浪費和損失，提高資源利用效率。

1 磷礦的基本性質(zhì)和選礦概述

1.1 磷礦的分類和分布

磷礦按照成因可以分為天然磷塊巖、沉積磷質(zhì)巖及海相生物化學成因的磷灰?guī)r三大類。磷礦在全國各地均有分布，其中以云南、四川、貴州、湖南、湖北、河南、廣東、廣西等省（區(qū)）的磷礦資源最為豐富。

1.2 磷礦的化學組成和物理性質(zhì)

磷礦是一種含有大量磷質(zhì)的非金屬礦產(chǎn)，其主要化學成分是磷元素與其氧化物（如Ca、Mg、Fe 等的氧化物）的化合物。磷礦的物理性質(zhì)主要包括顏色、光澤、硬度、解理、密度等。常見的磷礦有紅磷礦、黃磷礦、紫磷礦等。其中，紅磷礦是一種紅色的非晶質(zhì)磷塊巖，主要成分是磷酸鹽類礦物，如氟磷灰石、氯磷灰石等；黃磷礦是一種黃色或淺黃色的塊狀或柱狀晶體，主要成分是氟磷灰石；紫磷礦是一種紫色或紅紫色的塊狀或柱狀晶體，主要成分是氯磷灰石。不同種類的磷礦具有不同的物理性質(zhì)和化學組成，在應(yīng)用上也存在差異。

1.3 磷礦的工業(yè)用途和市場需求

磷礦是一種重要的非金屬礦產(chǎn)，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1.3.1 工業(yè)用途

（1）肥料生產(chǎn)。磷礦是制造磷肥的主要原料之一，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。磷肥可以促進作物的生長發(fā)育，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

（2）化工原料。磷礦可以作為生產(chǎn)磷酸、磷酸鹽、磷化物等的原料。這些化工產(chǎn)品在化學工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

（3）冶金助劑。磷礦可以作為冶金助劑，如用于鋼鐵冶煉中的脫硫劑、除氧劑等。

（4）提取元素。磷礦中還含有一些有益元素，如氟、硅、鎂等，可以提取出來用于相關(guān)領(lǐng)域。

1.3.2 市場需求

磷礦的市場需求主要來自農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、化學工業(yè)等領(lǐng)域。隨著全球人口的增長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，磷礦的需求量也在不斷增加。同時，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對食品質(zhì)量和安全的要求也越來越高，這使得磷礦在食品工業(yè)的需求也不斷增加。此外，隨著新技術(shù)、新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，磷礦在化學工業(yè)、電子工業(yè)等領(lǐng)域的需求也不斷增長。

2 磷礦的選礦技術(shù)

2.1 磷礦的物理選礦技術(shù)

2.1.1 破碎與磨碎

破碎是磷礦選礦的第一道工序，其主要目的是將大塊磷礦破碎成小塊，以便于后續(xù)的磨碎和選別。破碎過程一般分為粗碎、中碎和細碎三個階段。

將大塊磷礦送入顎式破碎機中，通過反復(fù)壓縮和彎曲，將大塊磷礦破碎成中等大小的小塊，一般為10～30 mm。將粗碎后的小塊磷礦送入圓錐破碎機中，通過反復(fù)的擠壓和研磨，將小塊磷礦破碎成更小的顆粒，一般為3～10 mm。將中碎后的小塊磷礦送入反擊式破碎機或錘式破碎機中，通過高速沖擊和研磨，將小塊磷礦破碎成更小的細粒，一般為0.1～3 mm。

磨碎是磷礦選礦的第二道工序，其主要目的是將破碎后的磷礦顆粒磨細，使其能夠更好地與藥劑作用，從而便于后續(xù)的選別。磨碎一般采用球磨或棒磨的方式進行。將破碎后的磷礦顆粒加入球磨機中，同時加入定量水和其他藥劑，通過球磨機內(nèi)的鋼球和物料之間的碰撞、研磨和攪拌，將磷礦顆粒進一步磨細。將破碎后的磷礦顆粒加入棒磨機中，同時加入定量水和其他藥劑，通過棒磨機內(nèi)的棒錘和物料之間的碰撞、研磨和攪拌，將磷礦顆粒進一步磨細。經(jīng)過破碎和磨碎后，磷礦顆粒的粒度變得更細，可以更好地與藥劑作用，為后續(xù)的選別提供更好的條件。

2.1.2 篩分與分級

篩分是將磷礦顆粒按其粒度大小進行分類的過程。篩分一般采用振動篩或直線振動篩進行。振動篩分為圓形振動篩和方形振動篩兩種，其中圓形振動篩應(yīng)用較廣。將磷礦顆粒均勻地分布在篩面上，通過振動器的振動，使不同粒度的顆粒產(chǎn)生不同的振動速度和跳躍高度，從而實現(xiàn)按粒度大小分類。

分級是將磷礦顆粒按其密度進行分類的過程。分級一般采用重力分級設(shè)備進行，常用的設(shè)備有沉淀桶、水力旋流器等。將磷礦顆粒和水混合后，加入沉淀桶中，通過重力作用，密度較小的顆粒會上浮至水面，而密度較大的顆粒則會下沉到底部，從而實現(xiàn)按密度分類。然后將磷礦顆粒和水混合后，流入水力旋流器中，通過旋流的作用，密度較小的顆粒會被旋轉(zhuǎn)至外部，而密度較大的顆粒則會聚集在中心，從而實現(xiàn)按密度分類。經(jīng)過篩分和分級后，磷礦顆粒可以按照其粒度和密度進行分類，為后續(xù)的選別提供更好的條件。

2.1.3 重力選礦

重力選礦是根據(jù)礦物比重的不同及在介質(zhì)（水、空氣或其他比重較大介質(zhì)）中具有不同的沉降速度進行分選的方法。重力選礦分為跳汰選礦和重介質(zhì)選礦兩種。將粉碎后的磷礦裝入跳汰機中，加入適量的水，在篩面上形成礦漿床。通過調(diào)整跳汰機的風壓和水量，使不同密度的礦粒在跳汰機內(nèi)分層，從而實現(xiàn)按密度分類。將粉碎后的磷礦置于跳汰機中，加入適量的水，通過調(diào)整水流的速度，使不同密度的礦粒在跳汰機內(nèi)分層，從而實現(xiàn)按密度分類。

將粉碎后的磷礦加入重力分選機中，加入一定密度的重介質(zhì)（如重液），通過調(diào)整重力分選機的轉(zhuǎn)速和重介質(zhì)密度，使不同密度的礦粒在重力分選機內(nèi)分層，從而實現(xiàn)按密度分類。將粉碎后的磷礦和水混合后，加入重介質(zhì)旋流器中，通過旋流的作用，不同密度的礦粒會分別聚集在不同的部位，從而實現(xiàn)按密度分類。重力選礦的優(yōu)點是設(shè)備簡單、操作方便、分選效果好。缺點是對于一些難選磷礦的分選效果不太理想，需要結(jié)合其他選礦方法進行分選。

2.2 磷礦的化學選礦技術(shù)

2.2.1 化學浮選

磷礦的化學選礦技術(shù)中，化學浮選是一種常用的方法?；瘜W浮選的主要步驟包括破碎、磨礦、浮選、脫水等。在浮選階段，經(jīng)過磨礦后的礦漿被送入浮選機中，加入適量的水和浮選藥劑，通過攪拌和充氣，使礦粒與藥劑作用，磷礦顆粒表面形成氣泡，從而浮到水面形成泡沫層，被刮泡器收集，而其他礦物顆粒則留在水中。常用的浮選藥劑包括捕收劑、抑制劑和調(diào)整劑等。捕收劑用于使磷礦顆粒表面疏水，從而使其易于附著在氣泡上浮起，常用的捕收劑有脂肪酸類和合成類捕收劑等。抑制劑用于抑制其他非磷礦物顆粒的浮選，常用的抑制劑有淀粉、糊精、栲膠等。調(diào)整劑用于調(diào)節(jié)礦漿的性質(zhì)，常用的調(diào)整劑有磷酸、硫酸等。在脫水階段，經(jīng)過浮選后的磷礦泡沫被送入多級脫水裝置中，逐步去除水分，最終獲得高濃度的磷礦漿。化學浮選技術(shù)的優(yōu)點是能夠有效地分離出磷礦顆粒，獲得高濃度的磷礦漿。缺點是需要使用大量的水和浮選藥劑，對環(huán)境有一定的影響。此外，對于一些難以浮選的磷礦，化學浮選的效果可能不太理想，需要結(jié)合其他選礦方法進行分選。

2.2.2 酸浸提磷

磷礦的化學選礦技術(shù)中，酸浸是一種常用的提取磷的方法。酸浸的主要步驟包括破碎、磨礦、酸浸、過濾等。在酸浸階段，經(jīng)過磨礦后的礦石加入酸浸槽中，加入適量的酸（如硫酸、鹽酸等），在一定溫度和壓力條件下進行反應(yīng)。酸的作用是將礦石中的鈣質(zhì)和其他雜質(zhì)溶解，而磷則不溶于酸，留在酸浸渣中。常用的酸有硫酸、鹽酸等，其中硫酸的酸度范圍較廣，應(yīng)用較廣泛。

2.2.3 堿處理法

磷礦的化學選礦技術(shù)中，堿處理法是一種常用的處理方法。堿處理法的主要步驟包括破碎、磨礦、堿處理、過濾等。在堿處理階段，經(jīng)過磨礦后的礦石加入堿處理槽中，加入適量的堿（如氫氧化鈉、氫氧化鈣等），在一定溫度和壓力條件下進行反應(yīng)。堿的作用是將礦石中的磷溶解出來，而其他雜質(zhì)則留在渣中。常用的堿有氫氧化鈉、氫氧化鈣等，其中氫氧化鈣的堿性較弱，應(yīng)用較廣泛。在堿處理過程中，反應(yīng)溫度和時間、堿的濃度和加入量等都是影響磷提取率的關(guān)鍵因素。

2.3 磷礦的生物選礦技術(shù)

2.3.1 生物浸出原理

磷礦的生物選礦技術(shù)中的生物浸出過程，是通過細菌的生物氧化作用將礦石中的磷元素以溶解狀態(tài)釋放出來的一種方法。在生物浸出過程中，首先需要將適當?shù)募毦患⑴囵B(yǎng)成一定數(shù)量，以便在后續(xù)的浸出過程中發(fā)揮作用。當細菌與磷礦石接觸時，通過細菌的代謝作用，可以將礦石中的磷元素氧化并釋放出磷離子。這個過程需要一定的溫度和pH 條件，同時還需要提供足夠的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。然后經(jīng)過細菌的代謝作用后，磷元素以可溶性的磷酸鹽形式釋放出來，從而可以從礦石中提取出來。經(jīng)過生物浸出后，可以將含有磷的浸出液進行進一步處理和回收，從而得到高濃度的磷溶液。

2.3.2 生物堆浸法

磷礦生物選礦技術(shù)中的生物堆浸法和槽浸法是兩種常用的浸出方法。生物堆浸法是一種在露天或室內(nèi)將磷礦石與含有細菌的水混合，在一定的溫度和pH條件下，通過細菌的生物氧化作用將礦石中的磷元素以可溶性磷酸鹽形式釋放出來的方法。該方法需要將磷礦石與含有細菌的培養(yǎng)液混合，并在一定的溫度和pH 條件下進行培養(yǎng)。培養(yǎng)后，可以將含有磷的浸出液進行進一步的處理和回收，從而得到高濃度的磷溶液。生物堆浸法適用于處理品位較低、不宜采用化學選礦的磷礦石。

3 結(jié)束語

磷礦是一種重要的礦產(chǎn)資源，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中都有著廣泛應(yīng)用。磷是生物體必需的元素之一，是細胞膜、核酸和骨骼的重要組成部分，同時也是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵營養(yǎng)元素。本次研究磷礦的選礦技術(shù)多種多樣，應(yīng)根據(jù)礦石的性質(zhì)和提純要求選擇合適的選礦方法。物理選礦技術(shù)主要利用礦石的物理性質(zhì)差異進行分離，化學選礦技術(shù)主要利用化學反應(yīng)實現(xiàn)磷與雜質(zhì)的分離，生物選礦技術(shù)則利用細菌的生物氧化作用實現(xiàn)磷的提取。