磷矿

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[外文]：phosphaterock重要的化学矿物。天然的含磷矿物经开采，富集所得的产品，是生产磷肥、磷酸、元素磷、磷酸盐和磷化物的原料，有85％以上的磷矿用于磷肥生产。磷矿的品位按P2O5含量(％）表示，通常为29～38；近年来世界商品磷矿的平均品位为32.5～32.7。美国和其他一些国家，磷矿的品位以磷酸三钙〔Ca3(PO4)2〕的含量表示。磷矿的质量以品位和所含杂质矿物的种类、数量来进行评价。杂质含量以氧化铁、氧化铝、氧化镁、氟、氯、氧化钠、氧化钾、二氧化磷、三氧化硫、二氧化硅、有机物等的百分含量表示。磷矿的用途不同，对其质量要求也不一致（见磷肥、磷酸、过磷酸钙等）。开采沿革磷矿的工业开采始于19世纪中叶。首次有产量记载的是1847年在英国萨福克地区开采了500t磷矿。20世纪50年代以前，磷肥工业尚处于以生产过磷酸钙为主的早期阶段，对磷矿的数量和质量要求都不高，磷矿开采仅选择地理位置好、交通运输方便和开采容易的富矿，不经富集处理即能满足磷肥生产的需要。随着磷肥工业的发展，磷矿需要量迅速增加，尤其是高浓度复合肥料生产的发展对高质量磷矿的需求也相应增加，仅仅开采浅部富磷矿的生产方式已不能满足要求。在这种情况下，开采包括品位不高的磷矿资源，经过富集加工处理，生产商品磷矿的生产方式迅速发展起来。世界磷矿分布很广，储量约为130Gt。中国磷矿储量在10Gt以上，主要分布在云南、贵州、四川、湖北和湖南五省。1981年世界磷矿产量为138Mt(实物)，生产国有30多个，主要是美国、苏联和摩洛哥，约占总产量的79％，中国近年来的磷矿产量约为10Mt（折算成30％P2O5）。组分和结构磷矿物按其成矿起源可分为沉积岩、变质岩和火成岩。目前，工业开采的约85％是海相沉积磷矿，其余主要为火成岩磷矿。鸟粪层磷矿是鸟粪的直接或间接的堆积物矿化而成，储量不大，但目前在世界磷矿年产量中约占2％，火成岩或变质岩磷矿品位一般比较低，但可选性好，通过浮选，可得到品位很高的精矿。目前工业开采的苏联科拉磷矿，南非帕拉博瓦磷矿，巴西雅库皮兰加磷矿，中国锦屏磷矿（见彩图）和黄麦岭磷矿等都属于火成岩磷矿，其产量约占总产量的16％。海相沉积磷矿的品位高低不一，可选性差别也很大，目前工业开采的是地理位置好、交通运输方便、采矿和富集费用比较低的那部分资源。美国佛罗里达磷矿和摩洛哥磷矿是世界著名的磷矿生产基地，中国云南滇池磷矿、贵州开阳磷矿和湖北荆襄磷矿都属于海相沉积磷矿，也有相当大的生产规模。多数的磷矿物是氟磷灰石（见彩图），其纯矿物的组分是Ca5F(PO4)3，但纯氟磷灰石较少见，其组分具有不同程度的原子取代现象。如镁、锶和钠可取代钙；氢氧根和氯可取代氟；砷和钒可取代磷；碳酸根加氟可取代磷酸根等。具有取代组分和结构的氟磷灰石称为细晶磷灰石或碳磷灰石。美国人J.R.莱尔和G.H.麦克莱伦对数百个磷矿样进行了组分和结构研究，给出细晶磷灰石的实验表达式为：Ca10-a-bNaaMgb(PO4)6-x(CO3)xF0.4xF2式中α、b和x分别为钠、镁和碳酸根的摩尔含量。这种取代现象对磷矿物的性质产生明显影响。例如随着碳酸根取代量x值的增加，磷矿的反应活性提高。商品磷矿中磷矿物的x值可为0～1.2，纯氟磷灰石含42.2％P2O5。细晶磷灰石中五氧化二磷的含量随碳酸根的取代程度的提高而下降。取代程度最高的细晶磷灰石的最低五氧化二磷含量为34％。很多磷矿物中的氟被氢氧根取代，其中有些磷酸根亦被碳酸根取代成为低氟磷矿，它们常常具有较高的反应活性，如南太平洋的一部分瑙鲁磷矿和圣诞岛磷矿等。伴生矿物天然磷矿中存在很多伴生矿物，又称杂质矿物或脉石，主要有硅矿物和碳酸盐两类矿物。前者主要是石英或方石英(或其水合物如燧石或蛋白石)、粘土矿或其他硅酸盐矿物如长石和云母等。后者主要是石灰石和白云石。磷矿是否有工业开采价值，在某种程度上决定于其杂质矿物能否经济地分离掉，而磷矿物与伴生矿物之间相互嵌布结合情况和矿物的颗粒大小则是决定其有效分离的主要因素。一些天然磷矿的磷矿物和杂质矿物之间相互胶结和嵌布致密，矿物颗粒又很细小，难于经济地分离，其工业利用价值就较小。天然磷矿开发的经济因素一般有：（1）资源的地理位置和交通运输条件；（2）采矿和富集的费用；（3）产品的品位，质量和市场价格；（4）是否引起环境污染。采矿方法有露天开采和地下开采两种。露天开采埋藏较浅的磷矿，是当前最主要的方法。由于成功地使用大型采掘机械，无论是剥离覆盖层或采掘磷矿层的费用都较低。对某些坚实的矿体，可用爆破方法使之松动，然后铲掘。采掘出来的原矿运送（用机具或管道）到就近的选矿厂进行富集处理。一些埋藏较深，覆盖层剥离量太大的磷矿，则采用地下开采，常用的是房柱法。富集方法磷矿的富集目标是最大限度地分离去除杂质矿物，提高磷矿的品位和质量。富集工艺包括下列一些单元操作：（1）破碎和粉碎　降低矿石的粒度，使磷矿物与杂质矿物单体解离，磷矿中的磷矿物和杂质矿物常不同程度地胶结在一起，只有磨碎到一定粒度，才能解离，其磨细程度决定于磷矿物和杂质矿物的粒度大小。这一操作常常是磷矿富集的基本步骤。（2）水洗　用来分离细的矿粒，如磷矿泥、粘土矿和细粒石英等。由于湿矿泥常粘附在磷矿上，有时形成泥团，要用擦洗方法使其分散，然后才能分离。水洗还可除去某些可溶物质，如氯化钠和煅烧磷矿中的游离石灰等。（3）分级　粉碎和水洗后往往需要分级。常用的分级设备是湿筛、水力旋流器和螺旋分级机等。（4）浮选　利用磷矿物和杂质矿物的不同表面性质，使用浮选剂使磷矿物浮起，达到分离的目的，这种操作称为正浮选。另一种是使杂质矿物浮起，磷矿物下沉，则称为反浮选。为了使分离更加有效，常需加抑制剂，抑制某种矿物上浮。从浮选机中得到的含有磷矿物的矿浆经增稠、过滤和脱水即可得精矿。（5）磁性分离　用磁选机把磷矿中的磁性杂质矿物分离除去。（6）光电分离　利用磷矿物和杂质矿物的不同颜色，以光电元件进行识别，并控制压缩空气射流把磷矿与杂质矿物分开。（7）煅烧　用来脱除磷矿中的有机物、二氧化碳和一部分氟，煅烧温度根据不同目的为400～1400℃。（8）重介质分离　利用磷矿物和杂质矿物密度不同，选择一种介质，其密度介于两者之间，使一种矿物在介质中上浮，另一种下沉，达到分离目的。磷矿富集工艺根据具体情况而定。美国佛罗里达磷矿富集工艺包括湿筛分级，脱泥和浮选等主要工序。摩洛哥富磷矿的富集工艺包括破碎分级、水洗、湿筛、脱泥和脱水等工序。