X射线分选技术在磷矿石选矿中的运用研究

李鹏飞，杨 帆，王政豪，李自强，杨稳权

(云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650600)

中国磷矿资源丰富，主要分布在云南、湖北、贵州、四川、湖南五省。这些地区的磷矿资源占全国总储量的80%以上。其中，云南省是我国磷矿资源最丰富的地区，磷矿储量占全国总储量的一半以上，而湖北、贵州、四川、湖南四省的磷矿储量则分别占全国总储量的10%左右。然而，磷矿分布集中、富矿少、贫矿多、易选矿少、难选矿多。这意味着虽然磷矿资源丰富，但品质较低，需要通过提取和加工才能达到工业生产的需要。含镁硅酸盐磷块岩的选矿是当前磷矿选矿的一大难题，本文对云南某地此类磷矿石进行了探索试验，获得了一些改进工艺的措施。

1 矿石性质

1.1 原矿多元素分析结果

在表1中对原矿石进行了多元素分析。从表1看出，试样中主要有用组分为P2O5，需除去的主要杂质组分为SiO2、MgO、Al2O3和Fe2O3等。

表1 原矿多元素分析结果

1.2 矿石类型特性

样品中含有三种矿物：磷酸盐矿物(含氟酸盐矿物)、碳酸盐矿物(含白云石及微晶方解石)、硅酸盐矿物(含硅酸盐矿物，玉髓)，含量超过97%，并含有黄铁矿、褐铁矿及碳质等。

1.3 原矿X衍射与红外吸收光谱分析

在图1中，对原始矿石进行了X衍射分析。

图1 原矿X衍射分析结果

从图1看出，该矿石以磷灰石、白云石、石英为主，其他矿物衍射线不显著，只有水云母有微弱的衍射线显著性。用 IR法测定了矿石的红外光谱，如图2所示。从图2看出，该矿床以磷灰石、白云石、石英为主。在磷灰石中，4条基本频率的吸振波段十分清晰。1448、1095 cm-1处是两条明显分隔开的较强的吸收区；在 604、575 cm-1处发现了面内弯曲振幅，也是一对分离较好的波段；在约 965 cm-1的范围内，存在一个较弱的吸收波峰，吸收波峰形状较尖，吸收波峰强度随着磷灰石含量的降低而逐渐减弱，直至完全消失；在 323、369 cm-1，在平面外的弯曲振动波段有明显的波段。白云石的振动频段为 1450、728、881 cm-1，石英的振动频段为 798、780、692 cm-1。

图2 原矿红外吸收光谱分析结果

1.4 原矿矿物组成含量与粒度组成

矿石矿物组成分析情况如表2。

表2 原矿矿物组成及质量分数分析结果

通过对该矿进行了显微鉴别，以明确该矿的各种主要组分的含量和矿物特征。从表2看出，该矿石的主要矿物为胶质磷灰石、白云石、石英(玉髓)。

1.5 原矿筛析结果

为了考察不同颗粒级次的目标物和脉石矿物的成分和回收率，对≤2 mm 粒径的原矿石进行了颗粒级次成分分析，结果如表3所示。

表3 原矿粒度组成分析结果

从表3看出，在各个颗粒级别中，磷酸盐、镁酸盐和硅酸盐的质量分数几乎没有改变。

2 磷块岩矿石性质与选矿工艺特点分析

2.1 磷块岩矿石性质分析

磷块岩是一种在海底中产生的化学-沉积岩，在国内以早寒武系下统梅树村阶磷块岩和震旦系陡山沱组磷块岩为主，其矿物-岩相组分十分复杂。其矿石特征包括：①以硅质型磷块岩、钙质型磷块岩和硅(钙)-钙(硅)质型磷块岩为主，后者约占80%，磷块岩矿中P2O5质量分数通常在15%～25%之间，超过28%的富矿仅有8%。②矿床的构造以泥晶、颗粒和生物构造为主；陆屑-胶结、结核、交代等构造，成矿构造以条带状、条状、致密块状为主；岩浆岩具有多层、多层的特征。③在显微上，磷块岩体为“胶磷矿”，以碳氟磷灰石为主的胶质体。以白云石、方解石、石英为主的脉石、玉髓、黏土矿物。④磷块岩石的多样性，在矿床、矿区、层位等方面表现出明显的差异，而且，在不同的矿床中，磷矿的化学成分、可选性也存在着很大的差异。

2.2 磷块岩传统选矿工艺分析

磷矿的选矿可以富集含磷矿物，同时降低有害杂质含量，从而提高磷产品的品质[1]。但是，由于磷块岩中磷矿物嵌布较为分散，选矿难度较大，这就需要选矿工艺具有较高技术含量。磷块岩结晶颗粒极细，杂质嵌布复杂，这也是选矿的一个难点。常规的选矿方法有正浮选，正-反浮选，反浮选，双反浮选，重介质选矿，重介质-浮选联合选矿等。这些方法各有优缺点，在实际应用中需要根据具体情况进行选择。

3 X射线分选技术

X射线智能分选技术在矿石行业中有着广泛的应用，主要通过对多种矿石进行预先抛废抛尾作业来提高其品位和降低后续生产过程中的能耗和药耗。经过X射线分选后，矿石可以抛除大量废石，从而提高入选品位。特别是在锑矿、钨矿、锡矿、金矿石的处理中，分选技术可以预先剔除70%～80%超低品位废石，而铜矿和铅锌矿也能预先抛除38%和52%的废石。预先抛废的好处不仅在于提高品位，而且还可以降低后续生产过程中的能耗和药耗，从而提高磨浮车间的处理能力。通过降低后续的破碎、磨矿功耗，可以有效地降低生产成本，提高经济效益。除此之外，X射线智能分选技术还具有高效、自动化、精准等特点。通过对矿石中的化学成分和密度进行分析，可以实现快速、准确的分选作业，从而提高生产效率和产品质量。

4 试验及结果

4.1 浮选试验流程及结果

针对该矿物的特点，本项目拟在此基础上，以单反浮选、双反浮选和正反浮选为研究对象，开展3种除硅、除镁的探索实验。在初步实验的基础上，提出正、反向浮选新方法，并对抑制剂、捕收剂的种类、用量、矿液的温度等因素进行了深入的探讨。在图3中示出了正、反浮选脱镁、脱硅闭路试验的流程和主要工艺参数，并在表4中给出了实验的数据。

图3 浮选闭路试验流程

表4 正反浮选闭路试验结果

从表4中看出，通过前、后浮选闭路过程，这种镁硅质磷矿能得到30.57%的磷矿，回收率含量为80.62%[4]。选出来矿石，技术指标尚可，但是相对而言工艺要较为复杂，且药剂所需用量与类型也较多。

4.2 X射线敷设分选试验及结果

利用X-光分离技术对磷矿中的石英脉石进行了分离实验。实验的详细过程如图4所示，并在表5中给出了实验的结果。

图4 X射线辐射分选试验流程

表5 X射线辐射分选试验结果

从表5中看出，经X-光分离处理后，二氧化硅的去除率可达68.69%，使产物的等级得到了明显的改善，二氧化硅的质量含量有所下降[5]。

4.3 试验对比分析

通过X射线辐射分选后，试验样品能抛掉28.64%的粗细砂，其中SiO2质量分数为51.74%，占68.69%，具有较好的脱硅作用。同时，由于该硅质尾矿无需经过后期处理，因此能够增加装置的产量，使磷精矿的磷矿质量分数从原本的30.56%，提高到34.59%，而回收率没有明显变化。