湖北省中低品位胶磷矿实验室重液分选试验研究

刘 爽，鲁 力，康 健，黄 鹏，柳德华

(湖北省地质实验研究所，湖北武汉 430034)

0 引言

中国磷矿资源虽然丰富，但在已探明的储量中，沉积型磷块岩占总储量的85%，而且大部分为中低品位矿石。由于绝大部分磷矿成矿年代久远、埋藏深、岩化强和矿石胶结致密等原因，无论是露天或地下开采都较困难，造成高损失率、高贫化率和低开采率等问题［1－2］。中国磷矿资源分布特点为富矿少，贫矿多。由于技术、经济等方面因素的制约，目前大部分磷矿矿山企业在原矿采掘中采取采富弃贫的方式，对于中低品位磷矿国内进行开发利用较少，造成了很大的资源浪费［3］。湖北省磷矿资源大多属于中低品位，全省保有储量18亿t，主要分布在宜昌、恩施等地区［4］。

磷矿选矿工艺主要包括直接浮选、擦洗脱泥［5］、重介质分选、反—正浮选和重选—反浮选［6］等。目前国内胶磷矿的选矿主要以浮选为主［7］，低品位胶磷矿开发利用虽然技术可行但成本较高。

沉积型磷块岩矿床之所以有可能采用块矿重介质选矿，主要基于两点:一是客观上磷矿层(胶磷矿集合体)比重大于白云岩、硅质岩等脉石矿物的集合体(有比重差);在矿石构造上胶磷矿集合体呈条带状(或纹层状)或者团块状，与白云岩、硅质岩集合体分界明显。二是主观上选矿的对象为目的矿物的集合体而不是目的矿物单体，只要胶磷矿集合体与白云岩、硅质岩解离(破碎而不需要磨矿)便有实现分选的可能。本文通过对三个不同矿区的中低品位磷矿进行实验室重液浮沉试验，从而考察原矿破碎成粗粒状态下进行重选分选，降低其工艺成本，使中低品位胶磷矿的开发应用成为可能。

1 保康白竹矿区中低品位磷矿实验室重液浮沉试验研究

1.1 矿石性质

本矿区矿石工业类型有硅质磷矿、硅钙(镁)质磷矿和钙(镁)质磷矿三种，以硅钙(镁)质磷矿为主。矿石为灰色、深灰色、黑色，有的夹有淡绿灰、红棕色，块状或灰黑相间的条带状。矿石物质成份简单，主要是胶磷矿、碳氟磷灰石、白云石、石英、水云母等。

该矿区胶磷矿的嵌布特征手标本一般为深灰—黑色，呈块状。镜下显无色、褐色和黑色。正交偏光镜下显均质性，红外光谱分析为碳氟磷灰石。实质上它是超显微颗粒的碳氟磷灰石集合体。部分胶磷矿形成砂屑或假鲕状。假鲕粒周围往往有一圈重结晶的微晶碳氟磷灰石。矿石中的微晶碳氟磷灰石结晶颗粒细小，大部分在胶磷矿周围成网状分布。局部呈团块状集合体产出，微晶碳氟磷灰石多产在灰—深灰色磷块岩中。矿石的结构构造有胶状结构、假鲕状结构(砂屑状结构)、皮壳状结构、块状构造和条带状(或纹层状)构造等(表1)。

1.2 重液浮沉试验结果

对不同粒级的试验样品进行了不同比重的重液试验，最终计算得出－25～0 mm样品的重液浮沉试验结果(表2)和可选性曲线(图1)。

重液浮沉试验结果表明:粒度越小，其分离比重+2.92 g/mL的作业回收率越高，且产品 P2O5品位＞33%，MgO含量基本在0.5%左右;而原矿 －25+0 mm该分离比重的回收率可达60.95%、MgO 0.55%，达到优质精矿产品质量要求。若分离比重为2.82 g/mL，则产品品位 P2O5≥30%，MgO 为 2.61%，回收率为86.36%，取得了较好的试验指标。

表1 试验样品化学多项分析表Table 1 Chemistry analysis of test samples

表2 白竹矿区－25+0 mm磷矿石重液分离试验结果Table 2 Separation in heavy liquid of phosphate rock(－25+0 mm)in Baizu ore district

图1 白竹矿物磷矿原矿－25+0 mm可选性曲线Fig.1 Washability curve of crude ore of phosphate ore(－25+0 mm)in Baizu ore district

2 宜昌宦家坪矿区中低品位磷矿实验室重液浮沉试验研究

2.1 矿石性质

区内磷矿石，主要矿物为胶磷矿、隐晶磷灰石和微晶磷灰石，脉石矿物以白云石为主，次为玉髓及石英、绢云母、褐铁矿;矿石具条带状、团块状、骨板状和致密块状构造。根据矿石的物质组分、结构和构造，区内磷矿石可以划分为:致密块状磷块岩、骨板状磷块岩、条带状磷块岩和团块状磷块岩4种自然类型，其工业类型的大类为磷块岩矿石。

该矿区矿石具胶状、隐晶质、显微纤维状(微晶)结构。矿石中主要有用矿物成分为磷矿物:胶磷矿、隐晶磷灰石和微晶磷灰石(55% ±)。脉石矿物主要为白云石(42% ±)，次为玉髓及石英、绢云母、褐铁矿铁(总量3% ±)(见表3)。

2.2 重液浮沉试验结果

对该样品进行了不同粒级不同比重的重液试验，综合各粒级的试验结果，计算得出－25+0 mm原矿的重液浮沉试验结果(表4)和可选性曲线(图2)。

重液浮沉试验结果表明:原矿－25mm的试验样品，分离比重为 2.92 kg/L，可得到 P2O5品位为33.48%的精矿产品，MgO含量为1.46%，符合产品质量要求，P2O5回收率可达到82.45%，取得了较好的试验指标。

表3 宦家坪矿区磷矿试验样品化学元素分析结果Table 3 Analytical results of the chemical elements of test samples about phosphate ore in Huanjiaping ore district

图2 宦家坪矿区磷矿－25～0 mm原矿可选性曲线Fig.2 Washability curve of grude ore of phosphate ore(－25～0 mm)in Huanjiaping ore district

3 宜昌磷矿丁家河矿区中低品位磷矿实验室重液浮沉试验研究

3.1 矿石性质

磷矿石中含磷的主要矿物是胶磷矿，其次有微量的磷灰石，胶磷矿的含量20% ～85%不等，平均在45% ～65%范围。其它矿物成分有石英、水云母、绢云母、白云石、方解石、重晶石、黄铁矿及炭质等，矿石成分硅质多于钙质，有利于浮选作业。

胶磷矿产出类型可划分为四种，有的磷块岩中胶磷矿具有假鲕状、碎屑状和胶状集合体等多种产出形式，颗粒中常富含杂质，混有石英粉砂、碳酸盐、炭质、氧化铁等杂质包体，使磷精矿品位有一定影响。

胶磷矿集合体通常组成块状和条带状构造，其条带状构造是胶磷矿条带与泥质石英粉砂条带呈互层分布。胶磷矿条带宽度一般为3～4 mm，最宽5.5 mm，最窄 1.5 mm(表5)。

3.2 重液浮沉试验结果

试验人员分别对该样品进行了不同粒级不同比重的重液试验，综合各粒级的试验结果，计算得出－25+0 mm原矿的重液浮沉试验结果(表6)和可选性曲线(图3)。

表5 丁家河磷矿试验样品化学元素分析结果Table 5 Analytical results of the chemical elements of test samples about phosphate ore in Dingjiahe

表6 丁家河磷矿－25+0 mm磷矿石重液分离试验结果Table 6 Separation in heavy liquid of phosphate rock(－25+0 mm)in Dingjiahe

图3 丁家河磷矿－25～0 mm原矿可选性曲线Fig.3 Washability curve of crude ore of phosphate ore(－25+0 mm)in Dingjiahe

由试验结果可知，－25 mm粒级样品经过实验室重液浮沉试验得到比重＞2.92 kg/L的精矿产品。产率:38.06%，P2O5品位 32.06%，P2O5回收率为70.60%，MgO 0.58%，符合产品要求。

4 结语

(1)在－25 mm的粒度下直接采用2.92 g/mL的重液进行浮沉试验，均可以得到P2O5品位＞30%的合格磷精矿产品，且回收率＞60%，最高达到82.45%。说明该法对条带状和块状中低品位磷矿的选别效果较好，具有实际应用的可行性。需要指出的是试验研究中三个矿区的重液浮沉试验全部采用25～0 mm全粒级，所得分选指标为重选理论指标。目前，工业生产技术中的重介质选矿必须预先筛除－5 mm或者－3 mm的细粒级才可进行(筛除出的细粒级需另行处理)。

(2)采用适宜的比重介质，该胶磷矿可在粗粒级状态下(－25 mm)实现分选，并产出合格的磷精矿产品。该工艺技术的应用极大地降低了生产成本，在实际生产中可将产品进一步破碎至－16 mm再选，可提高回收率，使原有尚未开发的低品位磷矿资源实现利用变为可能。

(3)本次试验采取的最高分离比重为2.92 g/mL，略高于现场重介质选矿设备的分离比重。矿石中白云岩比重比较接近2.92，是导致目前工业生产中重介质选矿的困难因素之一，对于白云岩含量较高的中低品位胶磷矿可先采取重介质进行初步富集，再进行反浮选的联合工艺从而得到合格磷精矿产品。

［1］谭明，魏明安.磷矿选矿技术进展［J］.矿冶，2012，19(4):1 －6.

［2］余永富，葛英勇，潘昌林.磷矿选矿进展及存在的问题［J］.矿冶工程，2008，28(1):29 －33.

［3］李成秀，文书明.我国磷矿选矿现状及其进展［J］.矿产综合利用，2010(2):22－25.

［4］刘乃富.湖北磷矿开采现状与展望［J］.化工矿物与加工，2004(9):32－36.

［5］谭菲玲.滇池风化磷矿擦洗脱泥装置评述［J］.化工矿物与加工，1995(2):46－49.

［6］李东莲，张央，牛芳银.中低品位磷矿重介质选矿试验［J］.武汉工程大学学报，2007，29(4):29 －32.

［7］葛英勇，季荣，袁武谱.远安低品位胶磷矿双反浮选试验研究［J］.矿产综合利用，2008(6):7－10.