中国西南地区风化磷矿的研究现状及趋势.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 中国西南地区风化磷矿的研究现状及趋势① 宋春玉1 ”，张杰1 ”，李帅1 ’2 1 ．贵州大学矿业学院，贵州贵阳5 5 0 0 0 3 ；2 ．贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要我国的磷矿资源丰厚，集中分布于西南地区，不少前入对磷矿进行了研究，本文就磷矿的分布、形成条件、指标、作用机理及 其应用进行了综述，对磷矿的发展趋势进行预测。 关键词风化磷矿；分布；形成条件；作用机理 中图分类号F 4 0 3文献标识码B 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 3 7 8 0 3 西南地区磷矿风化现象普遍，根据区内1 0 5 处风 化磷矿调查结果，初步估算1 0 5 处矿区风化磷矿资源 量在1 4 ．9 0 亿吨。由于风化磷矿品位相对较高 天然 富集 ，且具良好的擦洗性能 人工富集 ，而日益受到 工业部门的关注。西南地区6 个成矿远景区评价结果 表明J ，本区风化磷矿潜在资源量为4 0 ．7 7 亿吨，其中 P O ，含量大于2 4 ％，经擦洗处理即可获得优质富矿的 潜在资源量为1 2 ．0 5 亿吨。因此，在西南地区进一步 开展风化磷矿资源勘查评价工作是很有必要的。中国 西南地区的风化磷矿资源研究课题是国土资源大调查 “优质化工非金属资源评价”工作项目的重中之重，对 风化磷矿的研究就成了迫在眉睫的工作。 1 风化磷矿的分布 我国西南滇黔两省磷矿资源丰富，其中贵州磷矿 均系蕴藏于晚震旦世陡山沱组和早寒武世梅树村组的 海相沉积磷块岩，云南磷矿系蕴藏于早寒武世梅树村 组的海相磷块岩。我国滇黔地区磷矿风化现象普 遍拉] ，尤其云南省滇池一寻甸成矿区，拥有全国最大的 风化磷块岩储量。国内的保康、宜昌、荆襄、云南的滇 池、贵州的开阳、瓮福、四川的金河一清平和马边并称全 国八大磷矿，而我国主要磷矿石产地云南晋宁、湖北襄 阳和贵州开阳，史称“三羊开泰”，其中云南晋宁资源 最为丰富。 我国的磷矿资源丰富，储量居世界第四位，其中海 相沉积磷块岩占总储量的8 5 ％。我国磷矿资源储量 16 2 6 亿吨，占世界磷矿石资源总储量的3 5 ．7 ％，仅次 于摩洛哥，位居世界第二位，其中基础储量 可开发的 工业品位 3 7 ．9 亿吨，资源量 包括矿区外围附近的边 界品位 1 2 4 ．7 亿吨。我国磷矿资源主要有3 个特征 一是储藏量大，但分布集中，主要分布在云贵川鄂四个 省份，占保有储量的6 6 ％，而东部和北方地区普遍缺 磷。这种资源分布状况决定了我国无论在农业制肥和 工业用磷等方面普遍存在“南磷北调”和“西磷东运”； 二是中低品位矿多，富矿少，磷矿品位P ，O ；大于3 0 ％ 的富矿储量仅占2 2 ．5 ％，全国磷矿石平均品位P ，O ， 仅为1 7 ％左右拉1 ，绝大部分磷矿不能满足现行磷化工 业生产要求；三是由于地质结构原因导致可供开采的 矿石数量少，仅占探明储量的4 0 ％左右。 2 风化磷矿的研究 我国磷矿研究历经了4 个重要时期即2 0 世纪 8 0 年代中期、9 0 年代初期、近期3 个高峰期以及1 9 9 5 ～2 0 0 5 年1 0 年平稳期。 2 0 世纪8 0 年代末期，风化磷矿的研究开始得到 重视。1 9 9 0 年9 月，由中蓝连海设计研究院等部门承 担的国家“七五”科技攻关项目“云南滇池地区风化磷 矿的开发研究”完成。项目针对滇池地区风化磷矿进 行了大量的野外调查、选矿试验、制肥评价试验和各类 测试分析，建立了有关数据库、图库和分析计算程序， 总结了风化磷矿地质特征，论述了影响风化矿发育的 内外部因素，探讨了风化矿的形成机理，掀起了研究风 化磷块岩的一股热潮。 2 0 世纪9 0 年代，化工部地质研究院和云南省地 矿局第一地质大队就曾研究过西南地区磷块岩的物相 组成旧o 、富集作用_ 4o 及工业评价。湖北化工地质勘探 大队研究了其特征及风化磷块岩的形成制约因素。 2 0 0 4 年，中化地质矿山总局地质研究院、贵州地 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 - 2 5 基金项目国家自然科学基金项目 5 1 1 6 4 0 0 4 ；贵州大学研究生创新基金项目 理工2 0 1 2 0 6 6 作者简介宋春玉 1 9 8 6 一 ，女，湖南人，硕士研究生，主要研究方向为矿物材料加工与利用。 通讯作者张杰 1 9 5 5 一 ，男，山东人，教授，博士研究生导师，研究方向为应用矿物学及矿物材料。 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月宋春玉等中国西南地区风化磷矿的研究现状及趋势 3 7 9 质勘查院完成了“西南地区磷矿资源评价”并提交了 评价报告。报告对西南地区区域磷矿形成地质背景及 成矿带基本特征进行了阐述。 2 0 1 0 年，武汉工程大学研究设计院研究了贵州织 金含稀土磷矿的开发与加工，进一步证实了对研究磷 矿的迫切要求。 目前，由于国内富磷矿 P 2 0 ， 3 0 ％ 资源逐年减 少，我国磷矿供应紧俏，质量下降等问题日益突出。今 后随着国民经济的快速发展，磷矿的需求还在不断增 加，而风化磷矿作为一种不可忽略的资源，以其品位高 一般2 4 ％以上 、易选矿、经简单擦洗即可获得优质 精矿等优势，势必会引起更多专家学者的重视。 3 风化指标研究 2 0 世纪8 0 年代以来张积寿∞1 等学者相继开展了 风化磷矿的判别方法研究。对风化磷矿的判别方法应 该简单易懂，所以目前以C a O ／P 0 ； 4 ．9 0 ，2 P 2 0 5 A I ， 7 4 作为判断标准，且 这些判别值在滇池地区的判别结果吻合率均在9 7 ％ 以上，基本可作为滇池地区风化磷矿石的通用判别指 标帕J 。但是要在某些含中低品位磷矿石地区，其风化 磷块岩的判别指标应根据各矿区磷矿特点选择合适的 判别方法。 4 风化磷矿形成的条件 风化磷矿的形成受原生磷块岩矿床的矿石自身特 性和矿层 体 赋存的外部条件制约和控制。矿石特 性主要表现在组成矿石的矿物种类、数量、稳定性 抗 风化能力 以及矿石的结构和构造等方面。矿石特性 是形成风化磷块岩的物质基础，也是磷块岩产生风化 富集的内在条件。外界条件主要包括太阳热能、二氧 化碳、植物分解时形成的有机酸、地形地貌、矿层产状、 断裂构造、覆盖层和水文地质条件 岩矿层的透水性、 水的性质及补给量、水动力强弱及方向等 。可以认 为风化磷矿的形成是内部主要特性因素与外界诸条 件相互“抗衡”、复杂“叠合”、制约作用的产物。 近年有关微生物对磷矿石⋯ 磷灰石 风化作用 的研究日益增多。微生物旧1 这里主要为细菌和真 菌 对磷灰石的风化作用是一个复杂的生物物理和生 物化学过程。谌书。93 等以黑曲霉、胶质芽胞杆菌对磷 矿石的风化作用为例进行了实验研究，认为细菌对磷 矿石有较强的风化能力，其风化作用源于细菌生长产 生的机械破坏作用、胞外分泌物的生化降解作用及多 种因素之间的协同作用。 5 风化磷矿的形成机理 风化磷矿是指原生磷矿经物理、化学和生物风化 作用的产物。对于碳酸盐类磷矿来说，最重要和关键 的是化学风化作用u0 | 。化学风化作用是以水为介质 对矿石中的矿物进行分解。风化作用的强度、矿物的 反应先后，与水介质酸碱度和矿物的反应活性密切 相关。 矿物的反应活性强弱主要表现为矿物分解及元素 迁移1 1 ，它们是受化学键性质、离子电价的制约。除 矿物的反应活性，引起化学风化作用的主要因素还有 H 0 、C 0 2 等。大气降水富含C O ，p H 值5 6 ，具弱酸 性，此条件促使矿物分解是不足的，不可能使各种矿物 都产生分解。碳酸盐矿物反应活性最大，磷酸盐矿物 次之，硅酸盐矿物最小，因此，碳酸盐矿物与大气降水 的化学亲合力最大，故首先进行反应，并将抑制其与磷 酸盐矿物、硅酸盐矿物的反应。 对于碳酸盐类磷矿，前人李铁生研究得出化学风 化作用可分为3 个阶段①碳酸盐矿物淋失阶段，矿 石擦洗性能较差；②碳酸盐矿物淋失殆尽阶段，矿石 具较好的擦洗性能；③磷酸盐矿物分解淋失阶段，矿 石擦洗性能差或不具擦洗性能。 根据前人的研究成果，得出风化磷块岩的形成经 历了3 个阶段①易迁移元素的迁出。在温和气候环 境下引，富含有机的酸性水溶液将原生磷矿中C 1 一、 s “、C a 2 、M 9 2 、N a 、K 等离子进行迁出，表现为碳 酸盐矿物的淋失，磷酸盐矿物的残留富集。②磷灰石 矿物的溶解。这一阶段风化作用强烈，水环境p H 值 较前低，以致磷灰石矿物充分溶解。③次生氟磷灰 石、铁铝磷酸盐矿物的形成。磷灰石溶解形成可溶性 C a H P O 。 ，其以化学沉淀结晶或重新结晶的方式形 成次生氟磷灰石。磷灰石的主要组分c a ， P O 。 分 解后生成C a C O ，，析出P O 。卜，伴生银星石等铁铝磷酸 盐矿物。 6 结语 根据风化磷矿的分布、影响因素以及风化机理，适 当的风化可以提高中低品位磷矿的利用率。在我国西 南地区，由于磷矿的不断开采，中低品位的磷矿越来越 多，所以充分利用也就成必然。在磷矿资源方面H3 | ， 万方数据 3 8 0 矿冶工程第3 2 卷 我国更加注重资源的战略保护和开采利用效率。在磷 肥方面，需求比较稳定，专用磷肥是其发展方向。在磷 化工方面，精深发展才是方向。我国风化磷块岩以云 南省最为丰富，丽对其研究也以滇东地区的成果最为 丰富、透彻。前苏联的亚尔格和马卡罗夫曾研究过岩 石的风化作用因素，黄富荣、李铁生、黄毅、田升平、许 善任等入也研究过磷矿的形成、富集作用、物质组分、 风化指标和制约因素。根据磷矿风化的优势，需要尽 可能的利用这一自然条件，创造更多了社会价值。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 李钟模．中国西南地区风化磷矿远景区及资源评价简述[ J ] ．化 工矿物与加工，2 0 0 7 8 3 5 3 7 ． 常苏娟，朱杰勇，刘益，等．西南滇黔风化磷块岩研究现状与趋 势[ J ] ．化工矿物与加工，2 0 1 0 1 2 4 1 4 4 ． 石和彬，王树林，粱永忠，等．云南中低品位钙质磷块岩工艺矿物 学研究[ J ] ．武汉工程大学学报，2 0 0 8 ，3 0 2 5 8 ． 张小敏，沈静，辜国杰，等．含稀土磷块岩选矿工艺研究[ J ] ． 化工矿物与加工，2 0 0 4 1 1 1 2 ～1 3 ． [ 5 ] 张积寿．滇池磷块岩的风化矿判据问题[ J ] ，云南冶金，1 9 9 2 4 2 4 3 0 ． [ 6 ]田升平，王庆龙，朱红军，等．西南地区风化磷矿定量勘察评价 [ J j ．化工矿产地质，2 0 0 4 4 2 0 5 2 0 9 ． [ 7 ] 李莎，李福春，程良娟．生物风化作用进展研究[ J ] ．矿产与地 质，2 0 0 6 6 5 7 7 5 8 2 ． [ 8 ] 连宾，胨烨，朱立君，等．微生物对碳酸盐岩的风化作用[ J ． 地质前缘，2 0 0 8 6 9 0 9 9 ． [ 9 ] 谌书，刘丛强，连宾．一株黑曲霉对磷矿石的风化作用[ J ] ．矿 物学报，2 0 0 9 1 1 0 3 1 0 8 ． [ 1 0 ] 李铁生，文素秋，田升平，等．中国南方风化磷块岩研究[ J ] 化 工矿物与加工，1 9 9 6 3 1 1 一1 3 ． [ 1 1 ] 孙成斌．磷矿的风化反应与酸解活性的关系[ J ] ．化工矿物与加 工，2 0 0 2 2 2 8 3 0 ， [ 1 2 ] 解启来，陈多福，漆亮，等．贵州瓮安陡山沱组磷块岩的稀土 元素地球化学特征与沉积古环境[ J ] ．矿物学报，2 0 0 3 4 2 8 9 2 9 5 ． [ 1 3 ]吴祥和，韩至钧，蔡继锋，等．贵州磷块岩[ M ] ．北京地质出版 社．1 9 9 9 ． 万方数据