云南某磷矿选矿厂旋流器溢流产品工艺矿物学研究

方福跃 王静明

摘要：通过筛分分析、XRF、SEM-EDS扫描电镜和矿物定量解离系统（MLA）等测试手段对云南某磷矿选矿厂旋流器溢流产品进行了工艺矿物学研究，详尽地研究了P、Al、Mg、Fe元素的赋存状态及矿物间的嵌布特征、矿物单体解离度等工艺矿物学性质。研究结果表明：溢流矿属于贫磷矿（P2O5为20.20%），且有害元素Mg含量较高为3.99%;其中P元素赋存于磷灰石，Mg元素完全赋存于白云石。溢流矿的粒度较细（-74μm 84.74%），大部分矿物解离度较高，其中目的矿物氟磷灰石解离度为81.58%，但仍有13.26%与白云石连生、4.86%与石英连生。最后阐述了影响提质降杂的因素及提出了三种解决思路。

Abstract： The process mineralogy study of the overflow products from hydrocyclone in Yunnan Phosphorite mine was performed using by screening analysis， Scanning Electron Microscopy（SEM-EDS） XRF， and MLA.The occurrence state of P， Al， Mg and Fe elements， the characteristics of mineral dissemination， and the mineral liberation degree were studied in detail. The research results show that the overflow product belongs to poor phosphate ore （P2O5=20.20%） and the content of harmful element Mg is 3.99% P elements are stored in apatite and Mg elements are completely stored in dolomite. The size of overflow product is fine （-74μm 84.74%） and the dissociation degree of most minerals is high. the dissociation degree of phosphate is 81.58%， but phosphate with dolomite is 13.26% and phosphate with quartz is 4.86% with. Finally， the factors that affect the quality improvement and impurity reduction and the three solutions are proposed.

关键词：工艺矿物学研究;低品位磷矿;MLA;提质降杂;溢流矿

Key words： process mineralogy;low-grade phosphate ore;MLA;quality improvement and impurity reduction;overflow product

中图分类号：TD97                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）08-0162-05

0  引言

我国磷矿资源正处于“多而不富、南多北少、难选难分”的现状[1-3]。国土资源部已将磷矿列为2010年后不能满足国民生产需求的20种矿产资源之一，而且随着磷化学工业对磷矿资源需求的增加，富矿的不断消耗，如何合理有效的利用中低品位磷矿是我国磷化工产业现阶段所面临的难题[4-6]。在中低品位磷矿中，主要的杂质成分为石英、粘土、方解石、白云石、钾长石、钠长石以及少量的有机组分，而白云石中镁杂质的存在，严重影响磷矿的处理与应用[7，8]。

在磷酸的湿法加工工艺中，一般要求P2O5含量大于29.0%，MgO含量一般不能超过1.0%、Fe2O3+Al2O3的含量一般不能超过2.5%[9，10]。因此，如果铁镁铝杂质含量过高，会对湿法加工以后续磷产品的深加工带来严重影响。比如，在湿法磷酸生产中，铁镁铝杂质会随着磷矿的溶解进入液相，增加硫酸的消耗[11-14]，從而使液相中硫酸的浓度增加，提高磷石膏中二水硫酸钙的成核速率，促使二水硫酸钙结晶细小，增加了矿石颗粒表面层的阻力，降低磷矿的反应速率，减小了磷的有效利用率，同时增加了磷酸的粘度和磷石膏的含湿量，增加过滤阻力，降低了磷酸的萃取率、磷石膏的过滤强度和洗涤效率;在生产磷铵时，由于铁镁铝杂质的存在，会生成难容的沉淀，造成磷铵中可溶性磷及有效磷含量下降;生产重钙时，会引起磷矿二次分解率降低，反应速率降低，且产品易吸潮结块等[15-17]。

因此，磷矿石中铁镁铝的存在会随着磷矿的深加工进入下游磷产品，降低各工艺系统的效率及磷产品的纯度，增加产品净化系统的负荷，所以在中低品位磷矿应用前必须对其进行预处理。

由于目前云南某磷矿浮选磷精矿中MER值为0.12～0.13，铁镁铝的含量偏高，为较好的满足下游湿法磷酸生产的要求，需降低磷精矿中MER值。弄清溢流矿（浮选原矿）的目的元素、杂质元素的含量及赋存状态对降低磷精矿中MER值十分有利，因此采用矿样筛分分析、XRF、显微镜、SEM-EDS扫描电镜分析和矿物定量解离系统（MLA）等手段对溢流矿进行了工艺矿物学研究，并为该选矿厂工艺流程的选择提供了充分的科学依据和重要的基础资料。

1  溢流矿的化学组成

溢流样品为选矿厂现场旋流器分级后上层溢流细粒级部分，并且为浮选机浮选前的样品。从溢流矿的多元素化学分析表1可以看出，有价元素为P，其含量为8.82%（相当于P2O5为20.20%）≤（P2O5=26%），该矿属于贫矿。溢流矿中有害元素为Al、Mg、Fe，它们的含量分别为0.44%、3.99%、0.5%，其中Mg元素含量较高，增加了选别的难度，需进一步弄明有价、有害元素的赋存状态，才能制定更合理的选别流程。

从溢流矿样元素分配表2可看出，磷元素赋存于磷灰石，镁元素完全赋存于白云石，铁元素赋存于针铁矿，硅元素绝大部分赋存于石英，少部分赋存于钾长石和白云母，而铝元素主要赋存于钾长石，少部分赋存于白云母。矿石中目的矿物为磷灰石，白云石、针铁矿、钾长石为主要的有害矿物，因此需进一步根据目的矿物与有害矿物之间的性质差异来制定选别流程。

2  溢流矿矿物组成及堪布特征分析

2.1 矿物组成

经镜下鉴定、SEM-EDS扫描电镜分析和矿物定量解离系统（MLA）综合研究，查明原矿中目的矿物为氟磷灰石，占总质量的51.61%，主要的脉石矿物为白云石（占总质量的30.28%）、石英（占总质量的12.57%）、钾长石（占总质量的3.83%）、针铁矿（占总质量的1.04%）除此之外还有少量的方解石、白云母等矿物。各种矿物具体含量见表3，溢流矿的SEM-EDS、MLA结果分别如图1、2所示。

2.2 目的矿物与有害矿物堪布特征分析

2.2.1 氟磷灰石

氟磷灰石（Fluorapatite），其化学式为Ca5F（PO4）3，是一种很常见的钙氟磷酸盐矿物。由试样的扫描电镜二次电子图像（图3）和MLA图像（图2）可以看出，溢流矿中氟磷灰石的赋存状态主要以隐晶质，超微晶质的块状集合体形式存在。氟磷灰石除呈单体产出外（图2），主要与石英紧密镶嵌构成不同比例连生，其次少量与白云石连生（这部分微细粒的氟磷灰石较难通过磨矿使其单体解离），此外并未见其与其他矿物连生。氟磷灰石呈现颗粒磨圆度一般，多呈次棱角状，粒度主要分布在5-150μm区间内。

2.2.2 石英

石英（Quartz）是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其化学式为SiO2。由试样的扫描电镜二次电子图像（图4）和MLA图像（图2）可以看出，溢流矿中石英颗粒呈现无色透明，多成次棱角状。颗粒粒度主要分布在1-120μm区间内，表面光洁，块状构造，微细颗粒（2-5μm）含量<5%，部分颗粒与氟磷灰石等颗粒胶结共生。

2.2.3 白云石

白云石（Dolomite）是一种常见碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg（CO3）2，常有铁、锰等类质同象交代白云石替换镁离子。由试样的扫描电镜二次电子图像（图5）和MLA图像（图2）可以看出，溢流矿中白云石除呈单体产出外（图2），主要呈不规则微细粒状嵌布于氟磷灰石中;有时可见白云石与钾长石连生在一起;在较粗粒的白云石中可见有很少量微细粒的氟磷灰石。

2.2.4 钾长石

钾长石（Orthoclase），是常见的一种硅酸盐类矿物，化学式一般为KAlSi3O8，由试样的扫描电镜二次电子图像（图6）和MLA图像（图2）可以看出，钾长石主要呈不规则的带棱角的薄片状，有时也呈不完整的六边形和板条状形态，为氟磷灰石的外岩矿物。颗粒粒度主要分布在1-74μm区间内。解离程度较好，多数与石英、氟磷灰石连生在一起。

2.2.5 针铁矿

针铁矿（Goethite）一般情况下，是其他铁矿（如黄铁矿、磁铁矿等）在风化的条件下形成的。針铁矿也可以因沉积作用而形成于海底或湖底，针铁矿的颜色由黄褐色到红色，晶体为片状、柱状或针状。由试样的扫描电镜二次电子图像（图7）和MLA图像（图2）可以看出，本试样中的针铁矿为主要的含铁矿物，在电镜下呈不规则的或带棱角状，同时矿物表面具有较明显的风化孔洞。颗粒粒度主要分布在1-74μm区间内。解离程度在70%左右，多数与氟磷灰石、石英、白云石等矿物颗粒连生在一起。

2.2.6 其他微量矿物

除了以上矿物之外，溢流矿中还有少量的方解石和白云母等矿物，这些矿物含量在0.3%左右。

2.3 矿物镶嵌粒度分布

溢流样品中最小颗粒粒度为1μm，-100目含量为96.10%，-200目含量为84.74%，-400目含量为53.20%，最大颗粒粒度为250μm。氟磷灰石、白云石、钾长石等矿物的粒度分布见表4。

结合表4、图2可知，溢流矿的粒度较细，溢流矿中氟磷灰石、石英-37μm的含量分别为56.49%，56.88%，且显著低于白云石、钾长石、针铁矿-37μm的含量，说明矿石中氟磷灰石、石英粒度较白云石、钾长石、针铁矿粗。石英较容易抑制，但白云石、钾长石、针铁矿的粒度较细，可能会导致无选择性的吸附较多药剂，并进入精矿，导致Mg、Al、Fe等杂质含量超标，因此在制定方案时需特别注意。

毫无疑问，对于任何矿石而言，了解其中目的矿物的单体解离度及堪布关系对制定合适的选别制度至关重要，因此通过经镜下鉴定、SEM-EDS扫描电镜分析和矿物定量解离系统（MLA）三种测试手段，对溢流矿中主要矿物的单体解离度及堪布关系进行了统计，结果如表5所示。

结合表5、图2可知，溢流矿中各个主要矿物的解离程度依次为钾长石、氟磷灰石、白云母、白云石、石英、针铁矿，其中只有针铁矿的解离程度较较低，矿物彼此之间的连生、共生颗粒较少。溢流矿中目的矿物氟磷灰石解离度较高为81.58%，但与白云石、石英的连生较多，分别为13.26%、4.86%，说明在不进行再磨的条件下，该磷矿需要牺牲回收率来降低Mg（主要含Mg为白云石）的含量。

3  提磷降Al、Mg、Fe工艺讨论

从以上工艺矿物学可看出，溢流矿中氟磷灰石嵌布关系比较简单，且矿物解离度较高为81.58%，在MLA的图像中也证实了这点，这有利于氟磷灰石的选别。但其与白云石、石英的连生较多，且溢流矿整体粒度较细，这可能会对磷精矿的指标产生一定的影响;同时，白云石、钾长石、针铁矿的粒度较细，可能会导致无选择性的吸附较多药剂，并进入精矿，导致Mg、Al、Fe等杂质含量超标。根据矿石工艺性质和氟磷灰石的嵌布粒度，要想提高矿石中磷的选别指标，可以通过以下几种方式：

①碎矿、棒排、溢流矿样去除细粒级可以降低浮选精矿的MER值;

②可以适当降低磷的回收率来提高精矿的品质;

③可以采用中矿再磨-单独浮选（或并与原流程）的流程进一步提高中矿中氟磷灰石的单体解离度，从而提高精矿的品质。

4  结论

通过镜下鉴定、SEM-EDS扫描电镜分析和矿物参数自动定量分析系统（MLA），研究了云南某地低品位磷矿的工艺矿物学。从独特的视角，阐明了目的矿物（氟磷灰石）、有害矿物（白云石、针铁矿等矿物）的含量、堪布特征及单体解离度，为该选矿工艺流程的选择提供了充分的科学依据和重要的基础资料，具体研究内容如下：

①该矿溢流矿属于贫磷矿（P2O5为20.20%），其中有害元素为Al（0.44%）、Mg（3.99%）、Fe（0.5%），较高的Mg含量，增加了选别的难度。此外，磷元素赋存在磷灰石中，镁元素完全赋存在白云石中，铁元素赋存在针铁矿中，少部分而铝元素主要赋存在钾长石中。

②溢流矿中目的矿物为氟磷灰石（51.61%），主要的脉石矿物为白云石（30.28%）、石英（12.57%）、钾长石（3.83 %），针铁矿（1.04%左右），除此之外还有少量的方解石、白云母等矿物。氟磷灰石呈现颗粒磨圆度一般，多呈次棱角状，粒度主要分布在5-150μm区间内。该目的矿物除了以单体的形式存在外，主要与石英紧密镶嵌构成不同比例连生，其次少量与白云石连生，此外并未见其与其他矿物连生。

③溢流矿的粒度较细（-74μm 84.74%），其中氟磷灰石、石英粒度较白云石、钾长石、针铁矿粗。白云石、钾长石、针铁矿的粒度较细，可能会导致无选择性的吸附较多药剂，并进入精矿，导致Mg、Al、Fe等杂质含量超标，因此在制定方案时需特别注意。

④溢流矿中各个主要矿物的解离程度依次为钾长石（84.56%）、氟磷灰石（81.58%）、白云母（80.12%）、白云石（79.37%）等。虽然氟磷灰石解离度较高，但依然有13.26%与白云石连生、4.86%与石英连生。这一部分较难处理，如果进入尾矿会降低磷的回收率，如果进入精矿会增加杂质含量。

⑤通过对溢流矿的工艺矿物学研究，提出了以下种解决思路：1）碎矿、棒排、溢流矿样去除细粒级可以降低浮选精矿的MER值;2）可以适当降低磷的回收率来提高精矿的品质;3）采用可以采用中矿再磨-单独浮选（或并与原流程）的流程进一步提高中矿中氟磷灰石的单体解离度，从而提高精矿的品质。

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