湖北某中低品位磷矿石中倍半氧化物赋存状态研究

王 斌，张可成，何东升

（1.湖北兴发化工集团股份有限公司，湖北 宜昌 443000；2.武汉工程大学 兴发矿业学院，湖北 武汉 430073）

0 引言

我国磷矿资源丰富，但富矿日益稀缺［1］，储量丰富的中低品位磷矿资源的开发利用显得尤为重要。中低品位磷矿石中钙、镁、铁、铝等有害杂质含量高，需要对其进行加工处理才能满足工业应用或市场要求［2］。目前，浮选是脱除中低品位磷矿中铁、铝、镁等有害杂质的主要方法［3-4］。在实际浮选过程中，脉石矿物 （尤其是碳酸盐和硅酸盐矿物）与磷酸盐矿物的大量共生，给浮选分离带来挑战，使生产优质磷精矿变得越来越困难［5-7］，主要表现在正浮选中白云石难以抑制，反浮选中倍半氧化物（即Fe2O3与Al2O3）脱除困难，脱硅效果差［8-9］。另外，当磷矿中倍半氧化物的质量分数超过3%时，将引起湿法磷酸生产困难并难以保证产品质量［10］。为了确定合理有效的选矿工艺，减轻杂质对湿法磷酸加工带来的不利影响，认识并查明磷矿中倍半氧化物的质量分数、赋存状态、嵌布粒度及嵌布特征至关重要。

1 磷矿样品性质

1.1 化学成分

磷矿样品采自湖北省某磷矿区，其化学组成见表1。矿石中w（P2O5）为25.36%，符合典型中低品位磷块岩P2O5含量特征［11］；倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的质量分数为 6.91%，w（MgO）较低，为1.47%；矿石中碱金属氧化物的质量分数为3.7%。

表1 磷矿样品化学组成分析结果 %

1.2 矿物组成

通过镜下鉴定、扫描电镜分析和矿物参数自动分析系统 （MLA）综合研究查明，磷矿石中主要有用矿物为磷灰石，质量分数为63.90%，主要脉石矿物有碳酸盐类矿物（白云石、方解石）、石英质矿物（石英）、铁碳质矿物（黄铁矿、褐铁矿）、黏土类矿物（蒙脱石、云母、钾长石、钙长石等）、其他硅酸盐矿物（角闪石、绿泥石、辉石、橄榄石）、少量硫酸盐矿物（重晶石）和金红石。各种矿物的具体组成见表2。

从表2可知，因为含镁矿物较少，浮选的任务主要是脱除硅以及倍半氧化物。

表2 磷矿石主要的矿物组成

2 倍半氧化物的赋存状态

2.1 磷矿中Fe和Al元素分配

Fe元素主要存在于黄铁矿和白云石之中，质量分数分别为61.78%和17.00%（见表3）；主要含Al矿物为钾长石，质量分数为74.30%（见表4）。在主要含Fe 矿物中，石英虽然占比最大，约41%，但含Fe 的比例非常小，w（Fe）小于1%，说明石英中只是少量掺杂着Fe；黄铁矿却恰恰相反，虽然在主要含Fe矿物中占比较小，约7%，但质量分数约62%的Fe赋存其中。钾长石不仅Al含量最大，在主要含Al矿物中占比也较大，仅次于磷灰石，质量分数约22%。

表3 磷矿石中主要含Fe矿物的比例及Fe元素的分配 %

表4 磷矿石中主要含Al矿物的比例及Al元素的分配 %

2.2 含倍半氧化物矿物的粒度分布

为考察黄铁矿、白云石和钾长石在不同粒级中的分布情况，对3种矿物进行了粒度分析，结果见表5、 6、 7。

表5 黄铁矿粒度分布结果

表6 白云石粒度分布结果

表7 钾长石粒度分布结果

从表5、表6、表7可以看出，3种矿物中，黄铁矿的嵌布粒度最小。黄铁矿的粒径分布范围为1.2～106.0 μm， 粒径主要分布在11.4～16 μm，共占17.56%，≥75 μm 的粒度占3.60%，属于细粒嵌布；白云石的粒径分布范围为1.2～600.0 μm，主要分布在300～600.0 μm，比例为18.73%，≥75 μm的粒度占52.12%，属于粗-中粒嵌布；钾长石的粒径分布范围为1.2～1 200.0 μm，粒径主要分布在850～1 200.0 μm，占比为 20.45%，≥75 μm 的粒度高达82.15%，属于粗粒嵌布。

根据矿物嵌布特性可知，钾长石可在较粗粒度下脱除，而脱除黄铁矿则需要细磨。

2.3 含倍半氧化物矿物的嵌布关系

采用MLA 对样品中黄铁矿、白云石和钾长石的单体解离度以及与不同矿物的嵌布比例进行了测定，结果见图2。样品中主要矿物颗粒微区形貌特征见图3。

图2 3种矿物与不同矿物间的嵌布比例

图3 主要矿物颗粒微区形貌特征

由图2 a.、图3 c.可知，黄铁矿主要以细小颗粒状包裹在磷灰石和钾长石中，质量分数分别为12.49%和22.73%，而且黄铁矿与磷灰石、钾长石共生的比例也较大，分别为14.79%和21.32%。黄铁矿单体解离度仅为12.30%，小于在有用矿物中的含量，说明在磨矿选矿过程中，黄铁矿难以与有用矿物分离。

由图2 b.可知，白云石与其他矿物间主要发生包裹关系，其中包裹于磷灰石、钾长石中的白云石占比较大，分别为14.51%和11.05%，白云石的单体解离度为59.99%。

结合图2 a.和图2 b.可以得出，虽然含Fe矿物（黄铁矿、白云石）与磷灰石、钾长石发生共生、包裹关系的比例都较大，但比例的分布略微不同。黄铁矿主要与钾长石产生共生、包裹关系，而白云石则主要与磷灰石发生共生、包裹关系，这说明大部分的黄铁矿有望与钾长石一起在磨矿、选矿过程中脱除。

由图2 c.、图3 b.可以看出，磷灰石与黑云母、钾长石相互毗连嵌镶，形成连生体。其中与石英、磷灰石共生的比例较大，分别为12.29%和8.77%。有53.77%的钾长石能单体解离，由于钾长石呈粗粒嵌布，可在较粗磨矿粒度下脱除。

3 结论

（1）该样品为中低品位磷块岩，倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的质量分数高达6.91%，矿石中主要有用矿物为磷灰石，质量分数为63.90%，脉石矿物主要有钾长石、石英、白云石等。

（2）Fe2O3主要赋存于黄铁矿和白云石中，Al2O3主要存在于钾长石中，3种矿物的嵌布粒度大小顺序为：钾长石>白云石>黄铁矿，黄铁矿的粒径主要分布在11.4～16.0 μm，属细粒嵌布；白云石的粒径主要分布在500～600 μm，属粗-中粒嵌布；钾长石呈粗粒嵌布，粒径集中在1.0 ～1.2 mm。

（3）黄铁矿呈细小颗粒状主要零散分布于钾长石和磷灰石中，单体解离度仅为12.30%，在选矿时难以与磷灰石分离；白云石与其他矿物间主要发生包裹关系，其中包裹于磷灰石、钾长石中的质量分数较大，分别为14.51%和11.05%；钾长石与其他矿物间主要发生共生关系，其中与磷灰石、石英共生的比例较大，分别为8.77%和12.29%。白云石和钾长石的单体解离度相近，分别为59.99%和53.77%。

（4）脱除倍半氧化物主要是脱除黄铁矿、钾长石，脱除黄铁矿难度大于钾长石。