云南某低品位胶磷矿中倍半氧化物的赋存状态*

张可成 李智力 邓 杰 梁 欢 何东升

（1.武汉工程大学资源与安全工程学院；2.中国地质科学院成都矿产综合利用研究所）

云南拥有丰富的磷矿资源，磷矿石平均品位22.2%，但富矿比例小，可采量少，能直接加工利用的更少［1］。云南磷矿大部分为中低品位胶磷矿，胶磷矿中普遍不同程度混入了脉石矿物［2］。其特点是品位低，矿物组成和结构构造复杂，嵌布粒度细，解离难［3-4］，因而造成选矿难度大。钙、镁、铁、铝等是胶磷矿中常见的杂质元素，其含量是评价胶磷矿品质的重要指标。铁、铝杂质的氧化物合称为倍半氧化物，常以R2O3表示（即Fe2O3+Al2O3）。在湿法磷酸生产过程中，磷矿中的倍半氧化物能产生极大影响，它不仅增加硫酸的消耗，而且干扰硫酸钙结晶的成长，使磷酸形成淤渣，造成P2O5的极大损失。生成的铁和铝的复杂磷酸盐结晶细小，不但增加溶液和料浆的黏度，而且容易堵塞滤布和滤饼孔隙；在运输中析出淤泥，给贮存和运输带来困难。铁和铝的磷酸盐还会给后续加工（如磷酸或磷铵料浆的浓缩、干燥）带来困难，并导致产品物性不佳和质量下降［5-7］。因此，工业标准中酸法磷肥对铁、铝倍半氧化物（R2O3）有明确的要求：一类磷精矿倍半氧化物不得高于2.5%；二类磷精矿倍半氧化物不得高于3.0%［8］。鉴于R2O3对湿法磷酸生产过程的危害较大，需要对其进行脱除或抑制［9］。

了解R2O3在胶磷矿中的赋存状态，对于指导高铁高铝胶磷矿制备湿法磷酸过程配矿，有效利用磷矿资源具有重要意义。本研究通过XRF、MLA 等测试手段对云南某低品位胶磷矿进行矿相研究，旨在查明倍半氧化物在胶磷矿中的存在形式及嵌布特征，为选矿工艺的选择，最优化指标的控制以及提高湿法磷酸品质提供一定的理论指导。

1 矿石性质

试验研究的胶磷矿石样品采自云南某磷矿区，原矿化学成分和矿物组成分析结果分别见表1和表2。

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由表1 可知，矿石P2O5品位为16.37%，CaO、SiO2含量分别高达25.02%和41.35%，MgO 含量较低，为2.00%，表明该矿样属于低品位硅钙质胶磷矿；倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的含量为8.47%。

由表2 可知，矿石中主要的磷酸盐矿物为磷灰石，含量为41.37%，脉石矿物有石英、钙长石、角闪石、方解石、白云石、白云母及微量的钾长石、蒙脱石、针铁矿、绿泥石、黑云母、铁橄榄石、其他矿物。其中，主要的脉石矿物为硅酸盐矿物石英、钙长石和碳酸盐矿物白云石。由于含镁矿物较少，浮选的任务主要是脱除硅及倍半氧化物。

2 矿石中倍半氧化物的赋存状态分析

2.1 矿石中铁元素和铝元素的配分

通过MLA 分析了铁元素和铝元素在矿石中的配分，结果分别见表3和表4。

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从表3和表4可以看出，铁元素主要以独立矿物和类质同象的形式存在于针铁矿（α-FeOOH）和白云石（（Ca，Mg，Fe）CO3）中，含量分别为36.43%和21.61%；铝元素主要作为矿物组成元素和杂质元素赋存于钙长石（CaAl2Si2O8）、白云母（KAl2（AlSi3O10）（OH）2）和石英（SiO2）之中，含量分别为28.33%、17.27%和15.72%。可见，脱除倍半氧化物的关键是要脱除矿石中的针铁矿、白云石、钙长石、白云母和石英。

2.2 含倍半氧化物矿物的主要粒度分布

为考察含铁矿物（针铁矿、白云石）和含铝矿物（钙长石、白云母、石英）在不同粒级中的分布情况，对几种矿物进行了粒度分析，结果分别见表5～表9。

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从表5 和表6 可以看出，针铁矿、白云石均属于细粒嵌布，针铁矿9.6～11.4 μm 粒级的产率最大，为12.62%；白云石在22～27 μm 粒级的产率最大，为9.57%；针铁矿的粒度主要集中在8.1～19 μm，白云石的粒度主要集中在9.6～32 μm，累计占有率分别为50.39%和61.30%。

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由表7～表9可以看出，钙长石、白云母和石英的嵌布粒度较细，钙长石8.1～9.6 μm 粒级的产率最大，为25.67%；白云母8.1～9.6 μm 粒级的产率最大，为14.10%；石英32～38 μm 粒级的产率最大，为9.17%；钙长石的粒度主要集中在6.8～11.4 μm，白云母的粒度主要集中在8.1～16 μm，石英的粒度主要集中在22～53 μm，累计占有率分别为57.65%、47.28% 和41.82%。

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由这几种矿物的嵌布粒度特征可知，脱除含倍半氧化物矿物首先需要细磨，这使得后续浮选分离脉石矿物的难度变大，分离成本增加。

2.3 主要含倍半氧化物的矿物的嵌布关系

采用MLA 对样品中针铁矿、白云石、钙长石、白云母和石英的单体解离度及与其他矿物的嵌布比例进行了测定，结果分别见图1、图2 和图3，主要含铁、铝矿物及磷灰石的相互共生情况见图4。

从图1～图4 可以看出：①大部分的针铁矿、白云石、钙长石、白云母、石英和磷灰石相互共生，除此以外，部分针铁矿被包裹在钙长石中；除了矿物单体解离以外，与其他矿物共生是含倍半氧化物矿物在矿石中的主要存在形式；白云石、白云母及石英的单体解离度较高，含量分别为75.4%、64.0%和61.9%，而单体解离的针铁矿和钙长石含量较低，分别为44.6%和36.3%。②由于部分针铁矿、白云石与钙长石、石英共生，因此，在选矿过程中，它们有望作为整体而被脱除；另外，大部分的针铁矿、白云石、钙长石及石英均与磷灰石紧密共生，这使得在选矿过程中有用矿物难以与脉石矿物分离。

3 结 论

（1）矿样为低品位硅钙质胶磷矿石，矿石中P2O5品位为16.37%，倍半氧化物（Fe2O3、Al2O3）的含量为8.47%。主要磷酸盐矿物为磷灰石，含量为41.37%，主要脉石矿物为石英、钙长石和白云石。

（2）铁元素主要赋存于针铁矿和白云石中，铝元素主要存在于钙长石、白云母和石英中。针铁矿和白云石均属于细粒嵌布，针铁矿的粒度主要集中在8.1～19 μm，白云石的粒度主要集中在9.6～32 μm，累计占有率分别为50.39%和61.30%；钙长石的粒度主要集中在6.8～11.4 μm，白云母的粒度主要集中在8.1～16 μm，石英的粒度主要集中在22～53 μm，累计占有率分别为57.65%、47.28%和41.82%。

（3）大部分的针铁矿、白云石、钙长石、白云母、石英和磷灰石相互共生，还有部分针铁矿被包裹在钙长石中；与其他矿物共生是含倍半氧化物矿物在矿石中的主要存在形式。

（4）脱除针铁矿、白云石、钙长石、白云母和石英需要细磨；部分针铁矿、白云石有望与钙长石、石英一起从选矿中脱离，而呈细粒嵌布的针铁矿、白云石、钙长石及石英都与磷灰石共生紧密，这使得脱除倍半氧化物的难度加大，分离成本高。