某磷块岩矿石工艺性质和技术经济指标预测

2013-09-07刘飞燕刘江涛

中国矿业 2013年4期

关键词：粒状白云石磷灰石

刘飞燕，刘江涛，杨磊

（1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川成都610041；2.山西省地质矿产勘查局217地质队，山西忻州034000）

1 矿石化学成分和矿物成分

原矿为硅镁质磷块岩中品位矿石，其化学成分见表1。

经X射线衍射分析、红外光谱分析和显微镜鉴定，并根据矿石矿物化学成分、工业类型和它们在选矿工艺中的性质，矿石矿物成分可归纳于表2，矿物含量列于表3。

表1 原矿多项分析／%

表2 矿石的矿物成分

表3 矿石的矿物含量／%

2 矿石的结构构造

2.1 矿石的构造

1）条纹条带状构造。条带由结晶白云石和微晶团粒状白云石组成，混有1%左右微～超微胶态磷灰石和生物碎屑，宽度10mm左右。

条纹有水云母－炭质－黄铁矿条纹，含磷结晶白云石条纹，白云石基底式的胶结磷灰石团粒条纹，白云石填隙式胶结的磷灰石团粒条纹，宽度一般小于1mm，少数磷灰石富集条纹宽度达1.5mm左右。

2）微脉状构造。矿石中有少量微细方解石脉，脉宽0.01～0.15mm，近于垂直穿切矿石条带。

2.2 矿石的结构

1）团粒状结构：矿石中，团粒状结构主要是以胶态磷灰石为主，形态为球—椭球形的矿物集合体。该集合体中通常混杂有一定数量的微细粒石英（玉髓）和白云石，称之为磷灰石团粒，或团粒状磷灰石。团粒最小0.1×0.2mm左右，最大在1.0×2.0mm左右，多数0.2×0.35～0.5×1.0mm，长短径比多为1∶1～2∶1。

磷灰石团粒杂质矿物有些以白云石为主，石英集合体为辅；有些以石英集合体为主，白云石为辅，且石英集合体粒度一般30～50μm，粗者达0.1～0.15mm。

其次，矿石中还有少量微晶白云石组成的团粒状结构。微晶白云石团粒为球～椭球形，长短径比多数小1.5∶1，团粒大小0.05～0.5mm，多数0.05～0.15mm。

此外，矿石中还有少量石英（玉髓）组成的团粒状结构，偶见石英呈放射状球粒产出于白云石条带中，团粒球粒直径50μm左右。

2）胶结结构。矿石的胶结结构有接触式胶结结构、填隙式、过渡式和基底式胶结结构。

3 主要矿物特征

3.1 磷灰石

3.1.1 磷灰石的产出特征

团粒状胶态磷灰石：浅褐色－深褐色－黑褐色隐晶质磷灰石和少量微晶白云石、玉髓、水云母等，一起组成等轴球状、椭球状、枕状等形态的团粒状集合体。

无定形胶态磷灰石：浅褐色－深褐色隐晶质磷灰石和微晶白云石、玉髓、水云母组成的集合体，以团粒状磷灰石胶结物形式产出。

薄壳状微晶磷灰石：在胶态磷灰石团粒外，呈颜色深浅不同的环带状纤晶磷灰石。薄壳层数一般少于5层，薄壳总宽度仅数微米。

分散状磷灰石：以磷质微粒或生物碎屑形式，浸染于白云石晶粒之间，或微晶白云石团粒中。

以上四种磷灰石，大部分以第一种形态形式产出，少量以第二种和第三种形态形式产出，约占矿石磷灰石的90%～95%，可以满足选矿回收的基本粒度条件。第四种形态磷灰石约占矿石磷灰石的5%～10%，是选矿难以回收部分，属于选矿的合理损失部分。

3.1.2 磷灰石团粒中杂质矿物含量

根据显微镜下统计，磷灰石团粒矿物组成列于表4。

表4 团粒状磷灰石的矿物组成／%

3.1.3 磷灰石工艺粒度

由表4可以大致推算出，磷灰石团粒的P2O5品位大约在30%左右。如果将该团粒作为分选单位，显然不可能获得P2O5品位大于30%的磷精矿。因此，必须将团粒状磷灰石进行再次分割，将其中粒径大于10μm的白云石和石英从分选单位中分割出来。经过再次分割后的磷灰石分选单位，不再是自然状态的磷灰石团粒，而是之间没有粗粒脉石的磷灰石集合体；这种集合体，有的是自然状态磷灰石团粒的一部分（团粒内有粗粒白云石或石英的），有的依然是自然状态的磷灰石团粒（团粒内没有粗粒白云石或石英的），有的则是几个团粒的集合（团粒内没有粗粒白云石或石英，且数个团粒之间呈接触式胶结或由纯净无定形磷灰石胶结的）。

磷灰石集合体工艺粒度统计结果见表5，工艺粒度累计曲线见图1。由于磷灰石－白云石云雾状集合体中磷品位太低，不能达到工业要求，统计中不作为磷灰石集合体，而将其归入白云石集合体。由表5可以知道，磷灰石集合体工艺粒度的众数值分布于0.50～0.25mm；85%磷灰石集合体工艺粒度大于0.125mm。

表5 磷灰石集合体粒度测定结果

图1 磷灰石集合体的工艺粒度累计曲线

3.2 白云石（包括少量方解石）

3.2.1 白云石的产出特征

结晶白云石：它形粒状，晶粒粒度多数0.05～0.25mm，以不规则集合体胶结磷灰石团粒，或组成独立的白云石条纹条带。

以2～5μm微晶和少量微晶磷灰石组成云雾状白云石团粒，以独立团粒形式产出，或以磷灰石团粒的核心形式产出。

生成方解石脉或方解石－石英脉。

作为杂质矿物嵌布于磷灰石团粒中。团粒内白云石，部分粒度2～5μm微晶，它形尘点状；部分粒度达10～30μm，它形粒状或自形菱面体。

3.2.2 白云石工艺粒度

白云石工艺粒度测定结果列于表6，累计曲线见图2。

由表6可以知道，白云石大于0.125mm占87%以上。

表6 白云石集合体粒度测定结果

图2 白云石集合体的工艺粒度累计曲线

3.3 硅质矿物

3.3.1 石英（玉髓）的产出特征

矿石中石英（玉髓）为自形柱状，微细粒状或微细粒状集合体，团粒状集合体，偶见球粒状集合体。自形柱状石英粒度一般5×20～15×60μm。微细粒状或微细粒状集合体，小者仅5μm，大者0.1mm，多数30～60μm。团粒状和球粒状玉髓集合体粒径一般50μm左右，个别达0.2mm。

石英（玉髓）空间嵌布关系可分为两种类型。

一种矿石中，石英主要嵌布于白云石条带或白云石胶结物中，约占该矿石中石英（玉髓）总量的70%左右。另一种矿石中，石英主要和胶态磷灰石紧密镶嵌，组成团粒状石英－磷灰石集合体。按照两种矿石类型的比例以及它们的石英含量，嵌布于白云石之间和磷灰石团粒中的石英约各占50%。

3.3.2 水云母的产出特征

矿石中水云母呈细小鳞片状，鳞片厚度一般仅1～2μm，长度一般5～10μm，大者5～10×50～80μm。在石英和磷灰石嵌布关系密切的矿石中，水云母大部分嵌布于团粒状集合体中，且多数微细。在石英和白云石嵌布关系密切的矿石中，常见水云母和微细粒黄铁矿紧密交织，生成宽度达0.4～0.7mm的条纹，偶见水云母呈毡状交织，组成独立的团粒状集合体。

矿石中90%以上的SiO2是以石英（玉髓）形式产出。

4 矿石单一反浮选可行性分析和预测

迄今为止，除了类似宜昌磷矿那种特殊构造类型矿石外，对一般的硅镁质磷块岩有效的选矿工艺，通常仍然是浮选工艺流程。

在浮选工艺中，有单一反浮选、单一正浮选、双反浮选、正－反浮选和反－正浮选等不同的工艺流程。实践证明，除了单一反浮选之外，其他工艺流程通常要求对原矿进行深度细磨。要求深度细磨的主要原因，不是矿物嵌布粒度太细，而是由于沉积磷灰石可浮性较差。深度细磨给工业化生产带来许多难以克服的困难，至今仍困扰工业化生产。

从矿石矿物工艺粒度看（表5、表6），采用单一反浮选工艺不需要对矿石进行深度细磨，易于实现工业化生产。

然而，单一反浮选主要适用于以硅质矿物含量较低的钙镁质磷块岩，利用碳酸盐较易浮的工艺性质，将矿石中白云石浮出，磷灰石等其他矿物留于槽底，达到脉石矿物和工业矿物分离的目的。至于本矿石，能否通过单一反浮选选获得合格精矿，以及获得什么样的技术经济指标，除了选别技术，还取决于矿石工艺性质。为此，在工艺矿物学研究基础上，对选矿试验样的单一反浮选可行性进行分析和预测。

根据以往研究，对于不同沉积磷块岩，单一反浮选工艺条件下白云石的抛除率一般在80%左右，磷灰石的回收率一般在80%～90%左右。为预测矿石是否具有单一反浮选的工艺性质，按照表2所列矿物组成，计算白云石抛除率为80%和90%条件下，理论上能够获得的磷精矿组成（表7）。

单一反浮选工艺中，硅质矿物不是药剂的有效捕收对象。当矿石中硅质矿物含量太高，硅质矿物全部进入精矿，就不可能获得优质磷精矿。不过，根据矿石中石英和白云石的嵌布关系，有可能依赖硅质矿物同白云石连生关系，将部分石英随白云石一起进入尾矿。为此，表7中计算了不同的硅质矿物抛除比例所能获得的磷精矿组成。

表7 不同的白云石抛除率条件下磷精矿的组成

由表7可以看出：

1）在白云石抛除率为80%条件下，磷灰石损失率10%，回收率90%，硅质矿物抛除率小于30%，精矿P2O5品位达不到30%；只有硅质矿物抛除率达到40%以上，精矿P2O5品位才能达到30%。但是，当磷灰石回收率小于80%，损失率达20%情况下，即使硅质矿物抛除率达到40%，精矿P2O5品位也达不到30%。这就是说，在白云石抛除率为80%条件下，只有磷灰石损失率小于10%，硅质矿物抛除率大于40%，才有可能获得P2O5品位30%的精矿。

2）在白云石抛除率为90%条件下，当磷灰石损失率为10%时，硅质矿物即使只抛除20%，精矿P2O5品位也可达30%；但若磷灰石损失率达到20%，硅质矿物抛除率需要大于30%，精矿P2O5品位才能达到30%。

3）欲获得P2O5含量大于30%的磷精矿，如果磷灰石回收率达85%，白云石抛除率为85%，须将硅质矿物抛除率提高到40%左右。