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摘要:
这是一篇工艺矿物学领域的论文。采用矿物表面自动定量分析系统（AMICS），对某选厂的磷尾矿进行了系统的工艺矿物学研究。着重分析了磷尾矿中的化学成分、矿物组成、矿物嵌布特征、有价组分的粒度和赋存状态以及矿物解离度等性质。结果表明：该尾矿试样中主要脉石矿物为白云石，还含少量石英。磷矿物主要为胶磷矿，以贫连生体的形式存在，磷矿物粒度微细并与脉石矿物共生关系密切。论文研究结果可为磷矿选矿工艺优化及尾矿资源综合利用提供一定的指导。
Abstract:This is an article in the field of process mineralogy. Systematic process mineralogy study on phosphorus tailings was carried out by using the advanced mineral identification and characterization system (AMICS). The chemical compositions, mineral components, embedded characteristics of minerals, particle size, and the characteristics of liberation degree and the other characteristics were mainly studied. The results show that the gangue minerals are mainly dolomite and quartz. The phosphate mineral is mainly collophane which exists in the form of poor intergrowth. The phosphate mineral is extremely finely disseminated and closely associated with the gangue minerals. This study can provide some guidance for the optimization of phosphate ore dressing and the comprehensive utilization of tailings resources.
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Key words:
- Phosphorus tailings /
- Process mineralogy /
- Embedded characteristics /
- Liberation degree
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磷是一种重要的生命元素，是农作物生长过程中必需的元素，其主要来源于磷肥等化工制品[1]。磷肥及其他磷化工产品的开发利用离不开对磷矿资源的开采和加工。磷矿是我国重要的经济矿产资源，除了可用于生产磷肥外还可以用于制备黄磷、赤磷和其他磷化工产品，被广泛应用于农业、化工、医药、轻工和国防等多个领域。磷矿资源具有不可再生性的特点，属一次性矿产资源[2]。因此磷矿资源对保障我国国家安全和经济社会发展发挥着战略性的作用。全球磷矿资源储量丰富，但分布相对集中，主要分布于非洲、北美洲、亚洲、中东和南美洲等地区[3]。我国磷矿资源相对较丰富，已探明资源量位居世界第二位，仅次于摩洛哥，但总体上呈现以下几个特点：南多北少；中低品位磷矿多，高品位磷矿少；难选磷矿多，易选磷矿少[4-7]。随着磷化工行业的快速发展，磷尾矿在我国大宗工业固体废弃物中的占比迅速增加。选矿厂产生的磷尾矿堆存一方面会造成资源的浪费，占用大量土地，同时还会对生态环境造成破坏[8-9]。因此磷尾矿中有价组分综合回收的利用空间巨大，开展磷尾矿中有价组分综合回收利用研究已成为当今科研工作者的热点问题，现阶段也取得了一定的研究成果[10-12]。
经过多年的开发和利用，目前湖北宜昌某磷矿选厂的尾矿堆存量增长速度不断加快。随着分选技术的进步，尾矿中P2O5的含量明显下降，钙镁元素含量较高，具有较大的潜在回收价值。利用矿物表面自动定量分析系统（AMICS）等先进的测试技术，对宜昌某磷矿选厂的磷尾矿资源进行系统的工艺矿物学研究，为原分选工艺流程的优化提供一定的依据，对磷资源和钙镁元素的综合回收利用建立基础数据支撑。
1. 磷尾矿试样成分分析
1.1 化学成分分析
采用X射线荧光光谱仪（XRF）对该磷尾矿试样的化学元素组成进行分析，结果见表1。
表 1. 试样的主要化学元素分析/%Table 1. Chemical composition of the samplesP2O5 CaO MgO SiO2 Al2O3 TFe K2O MnO Na2O TiO2 2.69 31.38 19.04 2.85 0.49 0.45 0.25 0.09 0.09 0.05 | Show Table
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表1结果表明，试样中CaO和MgO总含量高达50.42%，有害元素组分Al2O3、TFe的含量分别为0.49%和0.45%，此外，Na2O、MnO、K2O等元素组分较少。尾矿试样中有价磷元素剩余较少，表明原矿石浮选脱镁效果显著。
1.2 矿物组成分析
磷尾矿试样的主要矿物组成及其相对含量分析结果见表2。由表2结果可知，试样中所含矿物种类较多，其中主要有用矿物为胶磷矿；主要脉石矿物为白云石，其次为石英，还含少量的钾长石、透辉石、方解石和硅灰石等。
表 2. 磷尾矿试样中矿物组成及相对含量/%Table 2. Mineral components and contents of the phosphorus tailing samples白云石 胶磷矿 石英 钾长石 透辉石 方解石 硅灰石 黄铁矿 辉石 萤石 绿泥石 金云母 生石膏 钠长石 89.85 5.71 2.05 0.36 0.33 0.26 0.26 0.07 0.04 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 | Show TableDownLoad:
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2. 磷尾矿试样主要矿物嵌布特征
2.1 胶磷矿与脉石矿物嵌布关系
利用AMICS对具有代表性磷尾矿试样中的主要矿物进行表面微观形貌和微区成分分析，测定过程见图1。其中图2为主要矿物颗粒经制片后观察到的电镜照片（图中深灰色部分为白云石和石英等脉石矿物，浅色部分为胶磷矿，下同），图3为试样中胶磷矿、白云石和石英等主要矿物间的嵌布关系。
图 1. AMICS 测定磷尾矿试样过程Figure 1. Determination process of the phosphorus tailing samples using AMICS
图 3. 磷尾矿试样中主要矿物间的嵌布特征Figure 3. Eembedded characteristics of the major minerals in the phosphorus tailing samples由图2可看出，尾矿试样中胶磷矿单体颗粒极少，脉石矿物的单体颗粒较多；胶磷矿主要与脉石矿物紧密共生相互交代，镶嵌关系复杂，大部分胶磷矿周围都分布着脉石矿物，以胶磷矿的贫连生体为主。
由图3可见，尾矿试样中的胶磷矿以连生体为主，其次为单体（见图3a），主要脉石矿物白云石主要以单体形式存在，其次是呈连生体。胶磷矿与白云石共生关系紧密（见图3b），偶有无规则的胶磷矿大颗粒包裹碎屑状、角砾状或熔蚀状的白云石（见图3c），另一方面，白云石也会包裹细粒、微细粒或云雾状的胶磷矿（见图3d），这部分胶磷矿很可能即使经过再磨也很难实现单体解离。石英多呈半自形或他形结构，少数胶磷矿边部镶嵌或被中间包裹于石英脉石矿物中（见图3e），主要仍以普遍的单体颗粒形式存在（见图3f）。试样中偶见黄铁矿、方解石，但含量极少，多呈单体赋存，部分呈微细粒包裹体形式嵌布在白云石或胶磷矿等矿物中。
2.2 胶磷矿与脉石矿物嵌布粒度
图4为试样中胶磷矿、白云石和石英等主要矿物的嵌布粒度分析结果。
图 4. 磷尾矿试样中主要矿物嵌布粒度分析结果Figure 4. Analysis results of dissemination particle sizes of major minerals in the phosphorus tailing samples由图4可见，尾矿试样粒度较细，其中-38 μm粒级白云石的含量为54.56%，明显高于相同粒级的胶磷矿和石英的含量。因此，脉石矿物白云石的粒度明显小于胶磷矿，而石英的粒度普遍比胶磷矿粗。
3. 磷尾矿试样主要矿物解离特征
对未经磨矿处理的磷尾矿试样进行主要矿物单体解离度特性的系统性测定，结果见表3～5。
表 3. 磷尾矿试样中胶磷矿单体解离度测定结果/%Table 3. Collophanite liberation results in the phosphorus tailing samples矿物名称 方解石 白云石 石英 硅灰石 白云母 透辉石 钠长石 钾长石 单体解离 28.68 二元共生关系 0.14 52.10 1.78 0.38 0.03 0.09 0.30 0.27 三元共生关系 0.13 6.89 3.32 0.31 0.04 0.49 0.00 0.09 | Show TableDownLoad:
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表 4. 磷尾矿试样中白云石单体解离度测定结果/%Table 4. Dolomite liberation results in the phosphorus tailing samples矿物名称 方解石 石英 硅灰石 胶磷矿 黄铁矿 萤石 透辉石 钾长石 高岭石 绿泥石 单体解离 89.72 二元共生关系 0.03 0.88 0.07 5.11 0.11 0.02 0.17 0.31 0.03 0.01 三元包裹关系 0.02 0.30 0.06 0.54 0.05 0.02 0.10 0.15 0.01 0.02 | Show TableDownLoad:
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表 5. 磷尾矿试样中石英单体解离度测定结果/%Table 5. Quartz liberation results in the phosphorus tailing samples矿物名称 方解石 白云石 硅灰石 胶磷矿 绿泥石 黄铁矿 透辉石 钙长石 钾长石 单体解离 35.00 二元共生关系 0.24 32.24 0.09 5.11 0.17 1.08 0.00 0.12 0.03 三元包裹关系 0.03 9.77 0.24 12.13 0.10 0.12 1.22 0.00 0.16 | Show TableDownLoad:
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由表3～5中可看出，该磷尾矿试样中主要矿物单体解离度相差较大，其中白云石的单体解离较充分（单体解离度达89.72%），而胶磷矿单体解离并不充分（单体解离度仅28.68%），其主要与白云石连生，石英主要与白云石和胶磷矿连生。因此，为获得更高的磷和钙镁元素的综合回收指标，可考虑对该磷尾矿进行细磨，使得胶磷矿与白云石和石英的连生体充分解离。
4. 尾矿综合利用的建议
工艺矿物学研究表明，该磷尾矿试样中主要矿物为白云石，其次为胶磷矿和石英，白云石与胶磷矿矿物间的共生关系复杂，综合回收该部分资源的关键是实现胶磷矿与白云石有效分离。针对试样中主要矿物的粒度进行分析，结果显示各矿物间的粒度差异较大，白云石嵌布粒度最细，其次是胶磷矿，石英嵌布粒度最粗。因此，可考虑采用进一步的磨矿处理达到胶磷矿单体解离的目的，但此时需要注意白云石可能存在的过磨现象。
综上所述，针对原分选工艺，建议尽可能地优化磨矿工艺以促进胶磷矿更好的解离。此外，在后续可以开展的分选实验研究的基础上，确立更加合理的分选工艺，以期达到更加理想的选别效果，提高精矿产品质量。
5. 结 论
（1）磷尾矿试样中P2O5和钙镁组分含量分别为2.69%和50.42%，主要存在着大量的白云石，其次是胶磷矿以及石英。白云石为该磷尾矿中的主要矿物，磷元素主要赋存于胶磷矿中。磷尾矿试样中白云石的产出粒度较细，而胶磷矿的产出粒度相对较粗，部分胶磷矿与白云石共生关系密切。
（2）磷尾矿试样中胶磷矿、白云石和石英的单体解离度分别为28.68%、89.72%和35.00%，即胶磷矿的单体解离程度较低，要想高效回收其中磷矿物，须使磷矿物充分解离，尤其是需减少胶磷矿-白云石连生体的含量。
（3）为提高磷元素的分选指标，综合回收尾矿中的钙镁等资源，可考虑从以下两个方面开展后续研究：一是调整原磨矿工艺，增强胶磷矿的单体解离效果，减少白云石的过粉碎，进而优化浮选工艺流程，提高胶磷矿的回收率；二是对磷尾矿进行再磨再选，即提高磷矿物解离度，而后再进行磷矿物的再选。
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表 1 试样的主要化学元素分析/%
Table 1. Chemical composition of the samples
P2O5 CaO MgO SiO2 Al2O3 TFe K2O MnO Na2O TiO2 2.69 31.38 19.04 2.85 0.49 0.45 0.25 0.09 0.09 0.05
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表 2 磷尾矿试样中矿物组成及相对含量/%
Table 2. Mineral components and contents of the phosphorus tailing samples
白云石 胶磷矿 石英 钾长石 透辉石 方解石 硅灰石 黄铁矿 辉石 萤石 绿泥石 金云母 生石膏 钠长石 89.85 5.71 2.05 0.36 0.33 0.26 0.26 0.07 0.04 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
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表 3 磷尾矿试样中胶磷矿单体解离度测定结果/%
Table 3. Collophanite liberation results in the phosphorus tailing samples
矿物名称 方解石 白云石 石英 硅灰石 白云母 透辉石 钠长石 钾长石 单体解离 28.68 二元共生关系 0.14 52.10 1.78 0.38 0.03 0.09 0.30 0.27 三元共生关系 0.13 6.89 3.32 0.31 0.04 0.49 0.00 0.09
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表 4 磷尾矿试样中白云石单体解离度测定结果/%
Table 4. Dolomite liberation results in the phosphorus tailing samples
矿物名称 方解石 石英 硅灰石 胶磷矿 黄铁矿 萤石 透辉石 钾长石 高岭石 绿泥石 单体解离 89.72 二元共生关系 0.03 0.88 0.07 5.11 0.11 0.02 0.17 0.31 0.03 0.01 三元包裹关系 0.02 0.30 0.06 0.54 0.05 0.02 0.10 0.15 0.01 0.02
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表 5 磷尾矿试样中石英单体解离度测定结果/%
Table 5. Quartz liberation results in the phosphorus tailing samples
矿物名称 方解石 白云石 硅灰石 胶磷矿 绿泥石 黄铁矿 透辉石 钙长石 钾长石 单体解离 35.00 二元共生关系 0.24 32.24 0.09 5.11 0.17 1.08 0.00 0.12 0.03 三元包裹关系 0.03 9.77 0.24 12.13 0.10 0.12 1.22 0.00 0.16
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1. 王保明，王兴龙，杨英，赵波，化全县，刘咏，刘鹏飞，申博，丁俊祥，汤建伟. 磷尾矿综合利用现状及研究进展. 无机盐工业. 2024(10): 1-11 . 
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