湖北省中低品位磷块岩工业类型划分的研究

王树林，黄志良，刘 苗，池汝安，石和彬

（武汉工程大学，湖北 武汉430074）

磷资源是我国重要的战略性矿产资源。湖北省作为我国的磷资源大省，保有储量达到25.43亿t，占全国总资源量的15.14%［1］。由于近几十年的不断开采，大部分高品位磷矿被开采完，剩下80%左右为中低品位的沉积型磷块岩［2］。由于其品位较低（P2O5%＜25%），且矿石种类复杂，目前都没有系统性地对中低品位磷块岩工业类型进行划分。本次工作在研究了课题组前期工作的基础上［3－6］，根据湖北省各矿区中低品位磷块岩的化学成分、矿物赋存状态特征、矿物的嵌布嵌镶特征和具体采用的浮选选矿流程，将磷块岩的工业类型划分为硅质磷块岩、镁质磷块岩、硅（镁）质磷块岩和镁（硅）质磷块岩。

1 研究方法

以磷块岩不同的化学组分及化学组分在矿物中赋存状态特征做为工业类型划分的基础，以磷块岩的矿物嵌布嵌镶特征为工业类型划分的依据，以相应工业类型确定其选矿工艺流程为工业类型划分的目标。首先，在分析湖北省各主要磷资源产地大量磷块岩矿石样品的基础上，选取了四种磷块岩矿石样品，并一一编号。将它们的块状样品制备成厚0.03mm的晶体光学薄片，用奥林巴斯BH－2型偏光显微镜进行岩矿鉴定及工艺矿相学研究。然后，将块状样品破碎球磨成矿粉，做X萤光分析，测定其化学组分，并筛分成不同粒级，按相应的选矿流程进行矿相跟踪考察。

2 结果与讨论

2.1 不同磷块岩的化学组分及主要化学组分在矿物中赋存状态特征

将编号后的四种磷块岩矿样分别做X萤光分析，测定其化学组分，结果如下表1。

表1 各矿样的多元素分析（单位：%）

通过矿物晶体光学性质研究可知，这四种磷块岩中工业矿物为胶磷矿，脉石矿物主要有碳酸盐矿物、石英质矿物、粘土类矿物和铁碳质矿物。根据磷矿主要化学组分和磷矿中矿物的关系，重点确定了P2O5组分、MgO组分和SiO2组分在四种磷块岩各矿物中的赋存状态，结果如表2～表5。

表2 1＃磷块岩中考查组分在各矿物中的赋存状态

表3 2＃磷块岩中考查组分在各矿物中的赋存状态

表4 3＃磷块岩中考查组份在各矿物中的赋存状态

表5 4＃磷块岩中考查组份在各矿物中的赋存状态

根据各矿物的赋存状态可知，在四种磷块岩中P2O5组分赋存在胶磷矿中；MgO组分主要赋存在碳酸盐矿物中，少量赋存在胶磷矿中；SiO2组分主要赋存在石英质矿物中，少量赋存在胶磷矿、粘土类矿物中。由于中低品位磷矿经过选矿后P2O5品位必须在30%以上、SiO2含量15%以下、MgO含量低于1%［5，7］，才能进行后续工业化使用。当在磷块岩原矿中，如SiO2含量在15%以上，需要通过选矿降硅，选除石英质矿物；同样当MgO含量高于1%时，则需要降镁，选除碳酸盐矿物。由此，我们根据这四种磷块岩的化学组分，其中1＃MgO含量＜1%，SiO2含量＞15%，将其工业类型定为硅质磷块岩，需要通过选矿降硅；2＃MgO含量＞1%，SiO2含量＜15%，将其工业类型定为镁质磷块岩，需要通过选矿降镁。而另外两种磷块岩，它们的SiO2和MgO含量都超过了选矿指标，需通过选矿降硅降镁。对于这种情况，我们可根据SiO2和MgO主要赋存脉石矿物的重量百分比的高低来对它们进行划分，而划分意义在于选矿流程是以降硅为主，还是以降镁为主。对于3＃磷块岩，由于其碳酸盐矿物重量百分比＜石英质矿物重量百分比，可将工业类型定为硅（镁）质磷块岩，相应地4＃磷块岩工业类型定为镁（硅）质磷块岩。

2.2 各磷块岩的矿物嵌布嵌镶特征

将四种磷块岩的光片在显微镜下照相，研究其不同工业类型的矿物嵌布嵌镶特征，结果如图1所示。

在硅质磷块岩矿样（1＃）中，胶磷矿（Clh）呈块状，－0.320～＋0.075mm粒级占83.29%，属中粒嵌布，和石英（Qtz）毗连镶嵌，同时可见有少量的碳酸盐。

在镁质磷块岩矿样（2＃）中，胶磷矿（Clh）呈凝胶状，－0.320～＋0.075mm粒级占82.76%，属中粒嵌布，与白云石（Dol）主要平直毗连镶嵌，同时胶磷矿（Clh）包裹小颗白云石和石英（Qtz）。

在硅（镁）质磷块岩矿样（3＃）中，胶磷矿（Clh）呈鲕状，在－0.320～0.075mm粒级占90.60%，属中粒嵌布，与玉髓（Cln）毗连镶嵌，与白云石（Dol）平直毗连。

图1 各矿样的嵌布关系相片

在镁（硅）质磷块岩矿样（4＃）中，胶磷矿（Clh）呈凝胶状，在 －0.320～＋0.075mm 粒级占75.62%，属中粒嵌布，和条纹状白云石（Dol）平直毗连，同时胶磷矿中包裹着细小的石英（Qtz）颗粒。

2.3 不同工业类型磷块岩浮选选矿流程

目前，针对湖北中低品位磷矿的浮选工艺流程主要有：一步浮选（正浮选和反浮选）和两步浮选（正反浮选、反正浮选、双反浮选）工艺［8］。针对本次研究中不同工业类型磷块岩，我们选取不同浮选工艺流程。

由于硅质磷块岩（1＃）含SiO2高，含 MgO低，我们采用单一正浮选工艺进行降硅处理。经一粗、一精、一扫、中矿集中返回粗选的闭合流程实验，获得了精矿含 P2O530.67%、SiO212.47%、产率60.36%、回收率91.65%的正浮选指标。

镁质磷块岩（2＃）含 MgO高，含SiO2低，我们采用单一反浮选工艺进行降镁处理。经一粗、一精的反浮选流程（图2）实验，获得精矿含P2O530.51%、MgO 0.43%、产 率 67.18%、回收率88.74%的反浮选指标。

硅（镁）质磷块岩（3＃）含SiO2高，含 MgO较高，我们采用正反浮选工艺进行降硅降镁处理。经一粗、一精、一扫正浮选与一粗、一精反浮选联合流程（图3）实验，获得精矿含 P2O539.88%、SiO212.17%、MgO 0.64%、产 率 46.64%、回 收 率71.81%的正－反浮选指标。

图2 2＃磷块岩反浮选选矿流程图

图3 3＃磷块岩正反浮选选矿流程图

镁（硅）质磷块岩（4＃）含 MgO高，含SiO2较高，我们采用反正浮选工艺进行降镁降硅处理。经一粗、一精反浮选与一粗、一精、一扫正浮选联合流程实验，获得精矿含P2O535.20%、SiO29.74%、MgO 0.68%、产率56.54%、回收率73.42%的反－正浮选指标。

3 结语

通过对我们选取4种湖北省中低品位磷块岩化学组分、矿物赋存状态特征、矿物的嵌布嵌镶特征和具体采用的浮选选矿流程，将磷块岩的工业类型划分为硅质磷块岩、镁质磷块岩、硅（镁）质磷块岩和镁（硅）质磷块岩。其划分依据如表6。

表6 湖北省中低品位磷块岩工业类型划分依据

［1］彭三国，姚敬劬.湖北磷矿资源的保护［J］.中国矿业，2005，14（12）：30－33.

［2］刘乃富.湖北磷矿开采现状与展望［J］.化工矿物与加工，2004（9）：1－3.

［3］石和彬，王树林，梁永忠，等.云南中低品位硅钙质磷块岩工艺矿物学研究［J］.武汉工程大学学报，2008，30（2）：5－8.

［4］王树林，黄志良，罗欣，等.宜昌磷矿工艺矿相学研究［J］.武汉工程大学学报，2012，34（2）：55－59.

［5］田兴，石和彬，赵静，等.湖北某中低品位硅质磷矿工艺矿物学研究［J］.武汉工程大学学报，2012，34（3）：45－50.

［6］黄志良，冷盛强，孙家寿.黄麦岭磷矿矿石工艺矿相学研究［J］.化工矿山技术，1996，25（3）：27－29.

［7］黄大雨，肖云汉，高之忠.我国磷矿资源概况及主要选别流程［J］.化工矿山技术，1982（1）：40－44.

［8］罗惠华.湖北宜昌中低品位胶磷矿选矿工艺探讨［J］.矿冶，2007，16（4）：10－13.