王樹林，黃志良，羅 欣，池汝安，季家友

(武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

宜昌磷礦資源比較豐富，保有儲量為9.53 億t，由12個礦區(qū)組成，其中品位大于30 %的富礦石1.1 億t,只占11.74 %，大部分為中低品位且難選[1].中低品位磷礦石的開采利用成為宜昌磷資源合理開發(fā)的關鍵.前期大量的實驗室研究和較多選礦廠選別流程研究均表明[2-3]：宜昌中低品位磷礦種類復雜，主要有鎂質(zhì)(碳酸鹽)、粘土質(zhì)、硅質(zhì)等磷塊巖種類.隨著大型選廠的建立，中低品位磷礦的選礦存在兩個問題：a.能合理地同時降鎂、硅和鋁的工藝流程較難確定；b.較難實現(xiàn)常溫浮選.

因此，為了宜昌磷化工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須對宜昌磷礦進行工藝礦相學的詳細研究，以指導選礦.

1 宜昌磷礦的物質(zhì)特征

我國磷礦主要有巖漿結晶型磷灰石礦床、沉積變質(zhì)型磷灰石礦床、沉積型磷塊巖礦床.宜昌磷礦屬于第三類沉積型磷塊巖礦床[1-3].本次研究的宜昌磷礦石的自然類型可分為三類，分別是：致密條帶狀磷塊巖(P2O5含量30 %左右)、白云質(zhì)條帶狀磷塊巖(P2O5含量平均為20 %左右)和頁巖條帶狀磷塊巖(P2O5含量15 %左右).其主要有用礦物為隱晶質(zhì)膠磷礦，脈石礦物主要為碳酸鹽礦物、石英、粘土類礦物、含鐵質(zhì)礦物等.由于原礦中致密條帶狀磷塊巖含量較低，需進行配礦，以提高礦石利用率[4-5].配礦后多元素分析見表1，品位達到了選礦的要求.

表1 配礦樣品多元素分析

2 組份在礦石中的賦存狀態(tài)

2.1 測定各礦物在配礦中的含量

利用光學偏光顯微鏡觀測(奧林巴斯BH-2型顯微鏡)，首先根據(jù)礦物單體在偏光顯微鏡下不同的晶體光學性質(zhì)確定其礦物單體種類，然后采用過尺線測法測定礦石中各礦物平均體積含量，最后依據(jù)各礦物平均體積含量和比重可計算出各礦物平均質(zhì)量分數(shù)，其結果如表2.

2.2 測定礦物單體成分

根據(jù)光學偏光顯微鏡分析，把能被解離出的礦物被看成為單體(最小粒度確定為0.0392 mm).其中膠磷礦、石英、碳酸鹽礦物可以通過挑樣選擇單體礦物，用化學方法分析各成分含量；而鐵碳質(zhì)礦物、粘土礦物、長石類礦物不易挑樣，用SEM微區(qū)能譜成分分析.礦物單體成分結果如下：

表2 各礦物平均質(zhì)量分數(shù)

a.膠磷礦：含P2O533.41 %、含MgO 0.58 %、含CaO 37.87 %、含SiO26.57 %、含F(xiàn)e2O30.41 %、含Al2O31.57 %；

b.碳酸鹽脈石礦物：含MgO 21.35 %、含CaO 34.31 %、含F(xiàn)e2O30.41 %、含SiO26.43 %、含Al2O31.39 %；

c.石英質(zhì)礦物: 含SiO299.58 %；

d.粘土類礦物: 含SiO245.45 %、含Al2O334.65 %、含MgO 0.64 %；

e.鐵碳質(zhì)礦物: 含F(xiàn)e2O385.74 %；

f.長石類礦物: 含SiO244.71 %、含Al2O333.11 %、含MgO 0.77 %.

2.3 主要組份在各礦物中的賦存狀態(tài)

根據(jù)單體礦物成分和礦物的平均重量百分比含量，確定磷礦中主要考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)以及各組分的存在形式，結果如表3所示.查明了各組分存在的形式.

表3 主要考查組份在各礦物中的賦存狀態(tài)Table 3 Occurrence state of the main group in each mineral %

從表3中可以看出，需要選出的P2O5主要存賦存在膠磷礦中；需要選去的MgO主要存賦存在碳酸鹽礦物中；需要選去的SiO2主要存賦存在石英礦物和粘土類礦物中；需要選去的Al2O3賦存在長石-粘土類礦物中；需要選去的Fe2O3賦存在鐵碳質(zhì)礦物中.

3 礦物的嵌布特征

3.1 膠磷礦與脈石礦物的嵌布、嵌鑲關系

本礦區(qū)膠磷礦的嵌布特征主要是條帶狀嵌布，有少許的雜亂狀嵌布.

在致密條帶狀磷塊巖中磷塊巖條帶占90 %左右，磷塊巖條帶寬0.5～5 cm不等，組成磷塊巖條帶的主要是塊狀膠磷礦.另外，有少量碳酸鹽-石英-粘土類礦物和石英-粘土-鐵碳質(zhì)礦物組成的微條紋，條帶占10 %左右，磷塊巖條帶寬0.01～0.05 cm不等.

在白云質(zhì)條帶狀磷塊巖中，磷塊巖條帶以不同寬度(一般寬0.5～2 cm，個別寬5～10 cm)和比例(占45 %左右)嵌布于微晶白云巖中.磷塊巖條帶有塊狀膠磷礦和團粒狀膠磷礦兩種.

在頁巖條帶狀磷塊巖中，磷塊巖條帶嵌布于頁巖中，磷塊巖條帶占30 %～70 %不等，條帶寬0.5～2 cm，膠磷礦有塊狀、團粒狀兩種，塊狀膠磷礦往往單獨組成條帶，而團粒狀膠磷礦多與少量粘土-石英-鐵碳質(zhì)礦物—起組成條帶.

膠磷礦的顆粒中或多或少總是包裹有石英、碳酸鹽類及其它脈石礦物微粒(見圖1).塊狀、碎屑狀膠磷礦同周邊脈石礦物石英、碳酸鹽類礦物毗連嵌鑲(見圖2)，膠磷礦與石英的界面相對平整呈平直、波浪狀毗連嵌鑲，而與碳酸鹽類礦物呈港灣狀毗連嵌鑲.

圖1 膠磷礦團塊(黑色)中包裹石英(Q)、碳酸鹽類礦物(Dl花斑狀)Fig.1 Collophane (Ph)lump enwrapped quartze(Q) and dolomite(Dl)

圖2 碳酸鹽礦物(Dl花斑色)毗連嵌鑲團粒狀膠磷礦(Ph灰黑色)和石英(Q灰白色)Fig.2 Dolomite(Dl) adjacent to aggregate of collophanite(Ph) grains and quartze(Q)

3.2 礦石中各類礦物的嵌布粒度分析

在光學顯微鏡下采用過尺線測法分別對礦石中各礦物的嵌布粒度進行統(tǒng)計，可為礦物單體解離的磨礦粒度提供選擇依據(jù).其結果見表4～7及圖3，表明：96 %的膠磷礦嵌布粒度大于0.078 4 mm，屬中粒嵌布；93 %的碳酸鹽礦物嵌布粒度大于0.078 4 mm，屬中粒嵌布；接近90 %的石英-長石-粘土類礦物嵌布粒度大于0.039 2 mm， 屬中-細粒嵌布；只有68 %的鐵碳質(zhì)礦物的嵌布粒度大于0.0196 mm，屬細粒嵌布.

表4 膠磷礦的嵌布粒度表

表5 碳酸鹽礦物的嵌布粒度表

表6 石英-長石-粘土類礦物的嵌布粒度表

表7 鐵碳質(zhì)礦物的嵌布粒度表

圖3 各類礦物的嵌布粒度累積曲線Fig.3 Grain size distribution of each mineral

4 礦物的單體解離度分析

根據(jù)嵌布粒度與嵌鑲特征分析，礦樣品磨后的粉體選粒度范圍為三個粒級，分別是:-0.037 mm(- 400目)、0.037～0.05 mm(-300+400目)、0.05～0.074 mm(-200+ 300目).將不同粒級的礦粉壓模成光塊后用偏光顯微鏡照相法，利用計算機圖像識別，測定各礦物的單體解離度，結果如下：

a.膠磷礦的單體解離度在三個粒級均大于90 %；

b.碳酸鹽礦物的單體解離度與膠磷礦相似，在三個粒級均大于90 %；

c. 石英-長石-粘土類礦物的單體解離度在三個粒級處于64 %～69 %之間，主要原因是長石-粘土類礦物的嵌布粒度小，單體解離度較?。?/p>

d.鐵碳質(zhì)礦物的單體解離度在三個粒級處于53 %～59 %之間，主要原因是鐵碳質(zhì)礦物嵌布粒度小，而且鐵碳質(zhì)礦物大量被包裹于頁巖和膠磷礦中，單體解離困難[6-7].

5 結 語

a.根據(jù)顯微鏡礦物的分析與研究，宜昌磷礦石自然類型和工業(yè)類型可分以下三類：致密條帶狀磷塊巖、白云質(zhì)條帶狀磷塊巖、頁巖條帶狀磷塊巖.

b.根據(jù)礦物嵌布粒度的分析與研究，宜昌磷礦以條帶狀嵌布為主，嵌布粒度按從大到小順序依次為:膠磷礦、碳酸鹽礦物、石英-長石-粘土類礦物、鐵碳質(zhì)礦物；其中膠磷礦和碳酸鹽礦物屬中粒嵌布.

c.根據(jù)礦物的單體解離度分析結果，可見宜昌磷礦降鎂、降硅易，降鐵、降鋁難，那么在以后的研究過程中，我們就需要運用合適的選礦工藝來解決這一問題.

參考文獻:

[1] 劉乃富.湖北省中低品位磷礦合理利用的分析與建議[J].化工礦物與加工，2005(11)：1-4.

[2] 洪秉信，黃亞琴.宜昌店子坪磷礦礦石工藝特征[J].礦產(chǎn)綜合利用，1987，4：61-65.

[3] 羅惠華.湖北宜昌中低品位膠磷礦選礦工藝探討[J].礦冶，2007 ，16(4)：10-13.

[4] 肖建華，郁鐘銘.磷礦生產(chǎn)配礦研究[J].礦業(yè)工程，2009，7(2)：25-26.

[5] 廖光大，李天華，黃杰，等.云南磷化集團磷礦石配礦的探討[J].露天采礦技術，2009(4)：45-49.

[6] 石和彬，王樹林，梁永忠,等. 云南中低品位硅鈣質(zhì)磷塊巖工藝礦物學研究[J]. 武漢工程大學學報，2008,30(2):5-8.

[7] 石和彬，鐘宏，劉羽,等. 中低品位磷塊巖在磨礦過程中的成分分異[J]. 武漢工程大學學報，2011,33(3):76-79.