云南某中低品位磷矿工艺矿物学研究*

曹阳阳 李智力，2 田承涛 刘学锋 唐 远 何东升

（1.武汉工程大学资源与安全工程学院；2.国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室；3.湖北三宁化工股份有限公司）

磷矿资源是不可再生资源，在国民经济中占有重要地位。我国磷矿资源十分丰富，磷矿总资源量仅次于摩洛哥，居世界第二［1-2］。从资源分布来看，主要集中在云南、贵州、湖北、湖南和四川5省；从资源禀赋来看，贫矿多、富矿少，绝大多数磷矿石属于中低品位磷矿石，P2O5品位平均19.4%［3-4］，需要经过富集才能有效利用。在我国的磷矿中，适宜大规模开采的资源较少，大多数都是较难开采的薄至中厚矿体，难选矿多、易选矿少［5］。

云南是我国的磷矿资源大省，探明储量居全国第一，全省共有9大磷矿带，24个超亿吨的磷矿床和众多的中小型磷矿床［8］。截止2009年，共发现磷矿产地69处，保有磷矿资源储量约42.40亿t，占全国保有总量的23.74%［6］，其中Ⅰ级品（P2O5品位≥30%）富矿5.17亿t，占全省资源总量的12.19%［7］。

云南多年的磷富矿开采加速了资源的消耗和贫化，开发利用中低品位磷矿资源已经迫在眉睫。云南磷矿石类型多，结构构造复杂，不同类型矿石性质差异较大，增加了选矿开发难度。因此，对磷矿进行系统的工艺矿物学分析，研究矿石性质特征，对磷矿的开发利用具有重要的意义。

1 试样与试验方法

试样由云南某公司提供，采用粗碎、对辊细碎和筛分两段一闭路破碎流程，直至全部样品小于2 mm，混匀后装袋。

采用X射线荧光分析仪（XRF）分析矿石化学成分，矿物表征自动定量分析系统（AMICS）测试磷矿中硅元素的赋存状态、矿石的矿物组成、磷灰石嵌布特征及磷灰石矿物的粒度分布与连生特性。

2 矿石成分分析

矿石主要化学成分分析结果见表1，主要矿物组成见表2，AMICS测定的结果显示见图1，AMICS对矿石中硅元素的分布测定结果见图2。

从表1可以看出，矿石P2O5含量18.45%，CaO、MgO含量分别为28.16%和2.20%，SiO2含量36.30%，倍半氧化物含量为5.94%，同时含有钠、钾、锰、钛等组分，因此，矿石为硅钙质高倍半氧化物磷矿石，需要通过选矿的方法脱除部分硅、镁和倍半氧化物才能满足下游产业要求。

从表2、图1可以看出，矿石中的有用矿物主要为磷灰石，占49.22%；脉石矿物主要有石英、白云石、绿泥石、硅灰石、钙长石和钾长石，还有少量辉石、白云母、褐铁矿、方解石和高岭石等，其中，石英占31.44%、白云石占8.90%、硅酸盐或硅铝酸盐占7.8%以上。矿石中需要重点脱除的脉石矿物为石英和白云石，其次为硅铝酸盐矿物和褐铁矿。

从图2可以看出，矿石中硅元素主要集中分布在石英内，占86.93%，少量分布在硅灰石、胶磷矿、绿泥石、白云母和长石等矿物中，石英脱除量决定了脱硅效果。

3 磷灰石的嵌布特征、粒度分布与连生特性

3.1 磷灰石的嵌布特征

采用AMICS对矿石特征进行分析，可知磷灰石在矿石中的主要有以下几种嵌布特征：①磷灰石颗粒与白云石和石英颗粒彼此邻接，属于毗邻连生关系（图3（a）），②粗粒单体解离态的磷灰石（图3（b）），③粒状磷灰石被石英包裹（图3（c）），④圆粒状磷灰石被白云石包裹（图3（d）），⑤碎裂状磷灰石与绿泥石交互嵌布（图3（e）），⑥磷灰石与石英镶嵌嵌布（图3（f））。

总体上看，粗粒磷灰石中包裹少量细粒石英和白云石等脉石矿物颗粒，白云石和石英粗粒中包裹少量细粒磷灰石是影响磷灰石解离的主要因素。微细粒磷灰石和微细粒脉石矿物是影响磷灰石选别指标的主要不利因素。

3.2 磷灰石的粒度分布与连生特性

3.2.1 磷灰石与其他矿物的共生关系

矿石中磷灰石是有用矿物，其与脉石矿物的共生情况直接影响分选指标。采用AMICS对矿石中磷灰石的单体解离度及连生关系进行了表征，其中磷灰石单体占44.05%，与某矿物的二元共生或以某矿物为主的三元包裹关系见表3。

从表3可以看出，磷灰石主要与石英矿物连生，其中与石英二元共生关系占19.65%，与石英三元包裹关系占9.54%，其次是与白云石、硅灰石、钙长石和绿泥石连生，其中与白云石连生占2.80%、与硅灰石连生占4.74%、与钙长石连生占5.13%、与绿泥石连生占2.58%。磷灰石与伴生矿物之间相互连生或互为包裹体会对矿物的单体解离及分选指标产生重要的影响。因此，应通过磨矿方式扩大磷灰石的单体解离度，为后续浮选磷灰石创造条件，降低浮选过程中磷灰石与脉石矿物间的交互影响［9-10］。

3.2.2 矿石中磷灰石的单体解离度测定结果

检测对象中脉石矿物颗粒数为18 448，磷灰石单体及其连生体的颗粒数见表4。

从表4可以看出，磷灰石颗粒中自由表面积占80%及以上颗粒累积占72.94%，因此，可认为该磷矿中磷灰石单体解离粒度为72.94%。需要指出的是，此时磷灰石颗粒单体解离评判标准与上文研究共生关系时不同，所以两者单体解离度数值不同。

3.2.3 矿石中磷灰石的嵌布粒度

矿石中磷灰石的嵌布粒度与磨矿流程、选矿方法及选矿流程的选择有重要的影响，同时，决定着可能达到的选别指标。矿石中磷灰石的嵌布粒度见图4。

从图4可以看出，磷灰石属于以细粒为主的不等粒嵌布的矿石，粒度主要集中在25～150μm，d50=61.9μm，d90=141.8μm。嵌布粒度小于31.53μm的磷灰石占21.10%。所以，一般需要通过技术经济比较，决定是否需要采用阶段磨矿、阶段选别的流程，即先粗磨使一部分磷灰石单体解离，分选出这一部分单体解离的磷灰石，然后再磨矿再单体解离并分选出剩下的磷灰石。

3.2.4 试样各粒级主要化学成分分析

试样各粒级P2O5、MgO、SiO2含量分析结果见表5。

从表5可以看出，磷在各粒级分布较均匀，中间偏粗粒级略有富集，无法通过筛分方法预先抛除部分尾矿；硅在微细粒级（-0.038 mm）明显富集，预示硅质矿物的脱除难度较大。

3 结论

（1）云南某硅钙质高倍半氧化物磷矿石P2O5含量18.45%，SiO2、CaO、MgO含量分别为36.30%、28.16%和2.20%，倍半氧化物含量为5.94%；有用矿物主要为磷灰石，占49.22%；脉石矿物主要有石英、白云石、绿泥石、硅灰石、钙长石和钾长石，其中石英占31.44%、白云石占8.90%、硅酸盐或硅铝酸盐占7.8%以上；矿石中硅主要集中分布在石英内，占86.93%。

（2）磷灰石的主要嵌布特征有磷灰石颗粒与白云石和石英颗粒毗邻连生、粗粒单体解离态的磷灰石、粒状磷灰石被石英包裹、圆粒状磷灰石被白云石包裹、碎裂状磷灰石与绿泥石交互嵌布、磷灰石与石英镶嵌嵌布。

（3）试样中的磷灰石单体解离度为44.05%，主要与石英矿物连生，其中与石英二元共生关系占19.65%，与石英三元包裹关系占9.54%，其次是与白云石、硅灰石、钙长石和绿泥石连生；磷灰石颗粒中自由表面积占80%及以上颗粒累计占72.94%；磷灰石属于以细粒为主的不等粒嵌布的矿石，粒度主要集中在25～150μm，d50=61.9μm，d90=141.8μm；磷在各粒级分布较均匀，中间偏粗粒级略有富集，无法通过筛分方法预先抛除部分尾矿；硅在微细粒级（-0.038 mm）明显富集，预示硅质矿物的脱除难度较大。