中低品位磷矿尾矿的综合利用

中低品位磷矿尾矿的综合利用

摘要：针对目前磷资源日渐枯竭的世界性问题，根据中国目前中、低品位磷矿居多的现状，加强利用中、低品位磷矿尾矿，扩展磷矿资源可利用范围，是解决磷资源匮乏的当务之急。提出了利用中、低品位磷矿生产优质磷酸，介绍了国内外盐酸法、窑法的情况。并介绍了国内外中低品位磷矿尾矿综合利用的研究进展，磷矿尾矿利用对于改善生态环境、提高资源利用率的重要性，并提出中低品位磷矿浮选尾矿加工利用的途径。

关键词：中低品位磷矿；尾矿；综合利用

1.引言

磷是地表圈内参与生物代谢的重要元素之一。据统计，我国磷资源丰富，居世界第四位，但多数品位不高。以广西为例，广西截止2002年的地质调查、详查资料表明，已发现成规模的磷矿区50个，总储量为5340多万吨，ω(P2O5)的平均值为12％～16％，都属于低品位磷矿。广西的磷矿石主要赋存在中泥盆统东岗岭组上部的风化壳中和下石炭统大塘阶的含硅泥质、硅质页岩中，多为次生淋滤型磷矿或堆积型磷矿，大多为不溶性磷酸岩型低品位矿床。采用传统选矿和湿法浸出方法富集磷的成本过高，难以实现工业化生产，其利用价值不大。另外，我国还有大量的选磷尾矿(ω(P2O5)为8％左右)。这些低品位磷资源都有待回收利用。

众所周知，磷是植物生长必需的营养元素之一。但是我国有74％的耕地土壤缺磷，即我国耕地土壤有效磷的质量分数小于l0×10-6的面积占耕地总面积的74％。土壤中95％以上的磷为无效磷形式，植物很难直接吸收利用，大部分磷与土壤中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+结合，形成难溶的螯合磷酸盐，使得施入磷肥的当季作物利用率很低。而提高磷的利用率一直是农学家关注的问题。人们早就发现，生物和微生物能分泌出有机酸，这些酸既能够降低系统的PH值，又可以与铁、铝、钙、镁等离子结合，从而使难溶性磷酸盐溶解，也就是说，生物与微生物在磷的代谢过程中发挥了很大作用。在生物或微生物的作用下，某些不溶

性磷源——无机磷(磷酸三钙、磷酸钙、磷酸钛、羟基磷灰石、氟磷灰石、磷块岩)或有机磷(肌醇六磷酸钙、磷酸甘油钙、卵磷脂、已糖单磷酸脂等)都可以转化为植物可以吸收的可溶性磷源。从而为我们提供了一条利用生物工程的方法来合理利用低品位磷块岩矿石的新途径。在许多磷资源比较贫乏的国家，例如印度等国，开展利用生物或微生物直接从低品位磷矿制取磷肥，或者利用生物效益改良土壤，促进土壤中有机磷的分解，以加强植物吸收。诸如此类的研究十分活跃。

综上所述，生物和微生物的解磷作用能将磷矿或土壤中不溶磷源转化为水溶性或枸溶性磷源，而且还能促进作物的生长。从而提供了一种大规模利用低品位磷矿的新途径。前人的研究大都侧重于改良土壤，本研究在前人研究的基础之上，利用低品位磷矿，采用生物选矿、冶金化工一体化的方式，直接用矿石生产磷肥。本项目首先有针对性地选择典型低品位磷矿区，例如广西天等县邑隆磷矿区。然后在矿区的矿石和矿坑中，分离我们所需要的菌株和菌种，将这些天然菌种培育驯化，再接种回原矿。矿石的浸出和发酵可在原地或地下进行，不破坏或尽可能少破坏地表植被，对生态保护起到积极作用。

当今，磷矿资源日渐枯竭已成为世界性的问题。中国磷矿储量占世界第二位(仅次于摩洛哥)，但与世界有关国家相比，在矿石质量、可选性和磷矿石开采等方面都有较大的差距，可供加工利用的磷矿石的基础储量相对较低，只有40.54亿吨，中、低品位矿多，其中P2O5，质量分数大于30％的富矿仅为11.08亿吨。中国磷矿石P2O5，平均质量分数为17％左右，绝大部分磷矿必须经选矿富集后才能满足磷酸和高浓度磷肥生产要求。按目前开采磷矿石速度，如果全部利用质量分数为30％的富矿仅能维持10 a左右，经济储量仅能维持40 a左右，未来将被迫开采成本更高的资源。因此，如何合理开发利用中国大量的低品位磷矿，是磷肥和磷化工行业迫切需要解决的重要问题。

2.磷矿尾矿概述

选矿的目的在于对各矿山不同类型的矿石进行多方案的充分对比实验。磷矿在开采和生产磷精矿的同时，会产生大量的尾矿砂。这些尾矿砂主要来自于选矿提取精矿以后剩下的尾渣，属工业固体废弃物中的矿业固体废弃物。

2.1磷矿尾矿的危害

目前，我国磷矿尾矿的综合利用率仅为7％左右，大量的尾矿只能长期堆放在尾矿库。有些边远地区的乡镇矿山选厂甚至直接将尾矿排放到自然场地之中。即使排放到尾矿区的尾矿也会对矿区周围环境造成了严重的影响。主要表现在：尾矿在受到腐蚀时，以及某些进入尾矿中的可迁移元素发生化学迁移时，将会对大气和水土造成严重的污染，并导致土地退化，植被破坏甚至直接威胁到人畜的生存；尾矿库区表面产生的粉尘可以恶化周围地区的卫生条件；尾矿中的有关成分以及残留的选矿剂也对生态环境造成严重的危害。目前，我国因尾矿造成的污染面积达百万亩，间接污染土地面积1000多万亩。

2.2磷矿尾矿的主要成分

以云南某大型矿区磷矿为例，该磷矿属于硅钙质沉积磷块岩矿矿床，擦洗矿为上层的风化矿，由于风化程度高，碳酸盐矿物大量流失，使得磷酸盐和硅酸盐相对富集。根据原矿的化学多元素的分析结果可以得出：原磷矿矿样主要是由磷酸盐、白云石和硅酸盐3种矿物组成，其矿物质量分数大致分别为55％、12％和28％，铁和铝等化合物含量比较少。

低品位磷矿的伴生资源

1、稀土伴生磷矿

贵州西部新华磷矿是一个特大的低品位磷矿，磷矿储量约13亿t，占贵州省磷矿储量的一半。伴生的稀土氧化物储量上百万吨，其中重稀土氧化钇占31.62％(质量分数)，具有很大的开发价值。

四川西部分布了许多低品位磷矿，品位均在20％以下，发现磷矿伴生稀土。在这一区域中磷矿采出品位约14％，储量约6亿t。中国的稀土矿也正以惊人的速度消失，有关部门已对许多稀土矿山禁开以保护资源。在这种情况下，发展对含稀土磷矿的综合利用具有重要的意义。

2、钾磷矿

四川汉源含钾磷矿主要分布在水桶沟、富泉、市荥和椅子山4个矿区。汉源

磷矿中含微晶和隐晶型的氟磷灰石和一定量的微斜钾长石，此外还含有白云石、石英、绿泥石、褐铁矿和炭质等脉石矿物。其中碳氟磷灰石单体颗粒细小，粒径微米级，且与细小的白云石等矿物密切混布。碳氟磷灰石属低碳型，含CO ：约0.5％～1.2％(质量分数)，羟基一般显得较高。晶碳氟磷灰石中含有镁、铁等杂质。中国钾资源较为缺乏，开发利用这一类资源也是方向之一。

3. 低品位磷矿尾矿的综合利用途径

3.1盐酸法处理低品位磷矿

盐酸法磷酸在20世纪60—90年代初风行，主要决定于盐酸来源及操作成本，中国生产大量硫基氮磷钾复肥，副产大量盐酸，在有些地区形成盐酸过剩，有推广应用前景。国内外有许多关于盐酸法的研究结果。盐酸分解磷矿得到的酸解液主要含CaCl 2，溶解度极大，一般需用有机溶剂，液一液萃取分离氯化钙。虽然醇类对磷酸萃取能力并不好，但由于CaCl ：产生的“盐析效应”可得到高纯度磷酸。以色列矿业公司(IMI)于20世纪50年代末至60年代初，开发了利用醇类溶剂、液一液萃取分离磷酸和氯化钙的工艺，这项专利技术最早得到了工业化。盐酸分解磷矿的主要化学反应式为：

()2433455310CaCl HF PO H HCl PO F Ca ++→+

酸分解料液在反应过程中温升一般为18~20℃。因此，工业生产如在室温(25℃)下操作，则体系温度在40—45℃。分解时间和分解率与分解液中固体残渣的沉降速度有关，当然残渣的沉降速度亦与矿种有关。分解时间加长，残渣的沉降速率减慢。分解时间在l0~15 min 较为合适。盐酸分解磷矿的反应速度很快，故无须将矿石研磨过细。从酸不溶物的分离方面考虑，一般研磨至通过1 mm 筛孔即可。分解过程中逸出的气体主要是二氧化碳，并夹带一些氯化氢。其数量以及它们产生的泡沫的稳定性与矿物的组成有关。在反应器设计中，应考虑设置机械除泡沫装置。对有机质含量较高的磷矿须在分解过程中添加消泡剂。

酸解后形成的酸不溶物的量因矿种而异，对一般标准工业磷矿而言，约占投入矿量的10％~11％(质量分数)。分离不溶物的沉降稠厚器的沉降面积，每天每