四川马边-金阳地区磷精矿硫酸分解实验研究*

李 超，刘述平，徐凌飞，邓 杰，唐湘平，钟庆文

(中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041)

四川马边-金阳地区为我国重要磷矿资源基地之一[1]，位于长江经济带，地处长江、珠江上游生态脆弱区，加快区域内重要矿产资源综合利用调查评价，形成矿业合理开发布局与保护，对实现两江上游生态脆弱区生态环境保护意义重大。磷是农作物生长的必要元素，也是重要的化工原料，工业用磷主要从磷矿中提取[2]。我国磷矿资源总量较为丰富，但中低品位磷矿占据总资源的80%以上[3-4]，P2O5含量大于30%的富矿仅占7%左右[5-7]。因此，开展中低品位磷矿资源的综合利用，具有十分重要的战略意义，可有效提高国家磷资源保障程度。马边-金阳一带磷矿矿石性质复杂，杂质含量高，结合选矿后将大量难处理的中低品位磷矿石开发成优质磷精矿，作为原生富矿的替代品。针对选矿获得的磷精矿，采用硫酸法进行分解实验，并考察酸解渣的放射性比活度，探索合适的处理工艺，从而实现马边-金阳地区难选胶磷矿的综合利用。

1 实 验

1.1 原 料

实验采用的马边-金阳地区磷精矿化学成分见表1。

表1 马边-金阳地区磷精矿化学成分

1.2 试剂及设备

实验所用主要试剂为：分析纯浓硫酸等。

主要设备为：H01-3恒温磁力搅拌器；2XZ-4X旋片式真空泵；CS101-3EB电热鼓风干燥箱；PGS6000H低本底多道γ能谱仪；GJ-1密封式化验制样粉碎机。

1.3 实验方法

取一定量的磷精矿与水调浆，然后在搅拌条件下，将一定量的浓硫酸加入矿浆中。于一定温度下搅拌反应一定的时间，过滤、洗涤滤渣，分析检测滤液、酸解渣有关组分含量。

2 结果与讨论

2.1 硫酸分解磷精矿实验研究

2.1.1 硫酸用量

按化学反应式(以矿石中的氧化钙计)计算硫酸用量，每次取磷精矿100.00 g，将其加入280 mL水中调浆，然后在搅拌条件下，将不同用量的硫酸加入矿浆中，于75 ℃继续搅拌反应50 min，过滤并以350 mL水洗涤滤饼，滤渣于110 ℃烘干，送样检测。实验结果见图1。

图1 硫酸用量对磷矿酸解的影响

由图1实验结果可知，当硫酸用量系数为1.1时，磷的酸解率较高达到96.03%，镁的酸解率为94.72%，铁的酸解率50.74%，氟的酸解率85.44%，铝的酸解率60.68%。继续增大硫酸用量时，磷的酸解率有所下降，因此选择硫酸用量系数为1.1。

2.1.2 酸解温度

每次取磷精矿100.00 g，将其加入280 mL水中调浆，然后在搅拌条件下，将硫酸(硫酸用量系数为1.1)加入矿浆中；加完硫酸后在不同的温度下继续搅拌反应50 min，过滤、以350 mL水洗涤滤饼，滤渣于110 ℃烘干，送样检测。实验结果见图2。

图2 不同酸解温度对磷矿酸解的影响

由图2实验结果可以看出，当反应温度低于75 ℃时，矿石中磷、镁、铁、氟的酸解率随反应温度的升高而增加。当反应温度大于75 ℃时，磷的酸解率变化不明显，氟的酸解率仍有增加，镁和铁的酸解率下降。综合考虑酸解率、能耗等因素，选择反应温度为75 ℃。

2.1.3 酸解时间

每次取磷精矿100.00 g，将其加入280 mL水中调浆，然后在搅拌条件下，将硫酸(硫酸用量系数为1.1)加入矿浆中；加完硫酸后于75 ℃下搅拌反应不同时间，过滤、以350 mL水洗涤滤饼，滤渣于110 ℃烘干，送样检测。实验结果见图3。

图3 磷精矿酸解时间对酸解率的影响

从图3实验结果可以看出，当反应时间达到50 min后，继续延长反应时间，磷的酸解率未进一步升高，但杂质镁、铝的酸解率随反应时间的延长有所升高。因此，选择反应时间为50 min。

2.1.4 液固比

每次取磷精矿100.00 g，硫酸用量系数为1.1，在不同的水用量下调浆完成后，加入硫酸，然后于75 ℃下搅拌反应50 min，过滤、以350 mL水洗涤滤饼，滤渣于110 ℃烘干，送样检测。实验结果见表2。

表2 磷精矿分解液固比实验结果

由表2实验结果可知，杂质铁、氟、铝的的酸解率随反应液固比的增大而升高；液固比为4时，磷的酸解率较高达到96%以上，进一步增大液固比，磷的酸解率变化不明显。因此，可选择酸解液固比为4。

2.1.5 磷精矿硫酸分解综合条件

通过磷精矿硫酸分解的条件实验，确定磷精矿硫酸分解的综合条件为：硫酸用量系数1.1、分解温度75 ℃、分解时间50 min、分解液固比4。在综合条件下进行了三组平行实验，实验结果见表3。

表3 磷精矿硫酸分解综合条件实验结果

由表3实验结果可知，在前期确定的磷精矿硫酸分解的综合条件下进行实验，磷的酸解率全部达到95%以上，平均96.37%，获得了较好的酸解效果。酸解渣率达122%，酸解液和洗液的主要化学成分见表4，酸解液中P2O5含量达到了86.10 g·L-1，除杂后可用于制备磷化工产品。

表4 酸解液主要成分

2.2 酸解渣(磷石膏)的化学成分及放射性比活度检测

对酸解渣(磷石膏)进行成分分析检测，主要化学成分见表5。并将产出的磷石膏送样四川省建材产品质量监督检验中心进行了放射性比活度检测。其放射性比活度检测结果见表6。

表5 磷石膏化学成分

表6 磷石膏的放射性比活度检测结果

由表5、表6可见，本实验产出的磷石膏杂质含量较少，且放射性比活度较低，可直接用作建筑原材料(如用作水泥缓凝剂、用作生产磷石膏建材等)。

3 结 论

(1)马边-金阳地区难选胶磷矿通过选矿得到的磷精矿，采用硫酸法进行分解实验，通过条件实验得到的优化条件为：硫酸用量系数1.1、分解温度75 ℃、分解时间50 min、分解液固比4。

(2)优化条件下，实验得到磷的酸解率达到96.37%，获得了较好的酸解效果。

(3)酸解渣(磷石膏)渣率达122%，且放射性比活度较低，可直接用作建筑原材料，实现了马边-金阳地区难选胶磷矿的综合利用。