24化工原料选矿年评

1第24章化工原料（磷矿、硫铁矿、钾盐矿）选矿年评钱押林，何漪，杨小芹,马树江（中蓝连海设计研究院）24.1磷矿选矿年评24.1.1世界磷资源概况磷矿是不可再生的自然矿产资源之一，在全球粮食生产和磷化学工业中占有极其重要的地位。据美国地质调査局的数据2014年世界磷酸盐岩储量为670亿t,以年产量2亿t计算，储采比超过330年，储采比相对充裕。全球95%以上磷矿资源集中分布在摩洛哥和西撒哈拉、伊拉克、中国、南非、美国等地区且主要被少数几家企业控制。其中，摩洛哥及西撒哈拉地区以500亿t储量居世界第一位，占比80%，中国以37亿t基础储量居第2位。目前全球产磷国有40多个，2014年产量约2.20亿t，主要生产国有中国、美国、摩洛哥、俄罗斯和突尼斯。磷矿产量排名前15位的国家(和地区)的磷矿产量约占全球总产量的95%以上。中国作为产磷大国，2014年磷矿产量达到1.2亿t，占全球产量的45%；摩洛哥位居第二，磷矿产量约3000万t；美国位居第三，磷矿产量为2800万t（见表24.1-1）。表24.1-12014年世界磷矿产量、储量万t国家或地区产量储量2013年2014年2014年中国1080012000370000澳大利亚260260103000摩洛哥和西撒哈拉264026405000000南非230220150000美国31202710110000约旦540600130000巴西60060026000俄罗斯10001000130000以色列35036013000突尼斯35050010000叙尼亚50100180000其他25826030000世界总计2250022000670000024.1.1.1中国磷矿资源概况从已探明的磷资源总量来看，中国的磷矿资源储量比较丰富，已经超过美国，仅次于世2界磷资源大国摩洛哥，位居世界第二。2014年底,我国磷矿查明资源储量为196.8亿t，储量约37亿t，共540个磷矿区，除北京、天津、上海、重庆、西藏外，各省区均有分布。其中湖北、云南、贵州、四川、湖南5省查明资源储量约为163.2亿t,占全国查明资源储量的81.37%，分布较为集中。其中云南占23%、贵州16%、湖北15%、湖南12%、四川8%、河北4%、陕西4%、山东4%、青海3%、山西3%；北方和东部地区可供利用的资源储量很少，富磷矿资源大多分布在经济相对落后的西部地区（主要在云南、贵州和湖北3省）。我国磷矿资源特点是中低品位矿多、富矿少，全国磷矿平均品位在17%左右，矿石品位大于30%的富矿仅占总储量的8.1%，约11亿t，且86%的富矿分布在云、贵、川3省；P2O5品位在20%～30%的为98.04亿t；小于12%的为22.85亿t。24.1.1.2中国磷矿企业资源开采和利用的现状近年来随着中国磷肥工业的跨越式发展，中国磷矿开采也经历了迅猛的发展，且主要集中在开采优质富矿。1991年中国磷矿总产量为2140万t，到2008年磷矿产量达5000万t，2014年达到1.2亿t，中国已成为全球最大磷矿石生产国，近几年中国磷矿生产情况见表24.1-2，消费量见图24.1-1。表24.1-22009~2014年世界及中国磷矿产量年份2009年2010年2011年2012年2013年2014年中国磷矿产量/万t60006500812295391125112000中国磷矿消费量/万t68678200953910860世界磷矿产量/万t166001760019100217002250022000中国磷矿产量占世界磷矿产量占比/%36.2638.6441.0243.9148.4445图24.1-12000~2013年中国磷矿石产量与表观消费量近10年来中国磷矿石产量基本上保持每年10％的递增趋势。但从统计数据与实际的磷矿3需求量来看，中国磷矿资源的实际开发利用增长速度要快得多。以中国磷肥产量及其他工业对磷矿石的消耗量计算，近几年每年表观消费量对应的磷矿产量都应在5000万t以上，并接近磷矿产量。随着世界经济的发展，中国磷矿生产总的趋势是分阶段持续快速增长。究其原因，是因为中国工农业的高速持续发展，以及出口创汇量的增加。但是，现有的飞速发展对磷的消耗使磷的需求量大大增加，磷资源问题日显突出和尖锐。中国一些地区已经逐渐意识到有限的磷资源不可能保障长期大量利用，已开始逐渐缩减磷矿石的生产，并增加进口。假设以后的磷矿石消耗量等于近几年的年平均生产量，再结合U.S.GeologicalSurvey（USGS）近几年的数据，不难预测到，中国的磷资源储量还可以使用46年，但这一估计并未考虑到人口增长的因素。24.1.1.3中国磷肥工业概况中国磷肥工业经过20多年的阶段性扩张升级，已经实现了由磷肥进口大国向磷肥制造大国的转变。中国磷肥产量和消费量已位居世界第一，磷肥消费基本摆脱依赖进口的局面；产品结构有了较大改善，磷肥产业集中度不断提高；大中型磷肥装置的技术装备达到世界先进水平；行业经济效益好转。云、贵、川、鄂、豫、鲁等地磷肥产业发达，是中国磷肥的主要产区。截止2012年底，我国已建成磷肥装置的生产能力为2130万t/a。2014年我国磷肥产量1670万t(折P2O5），同比增长2.6%。目前，我国磷肥处于产能过剩状态，有相当一部分磷肥产品靠出口消化。24.1.1.4进出口情况我国磷矿石供需基本能自给自足，还有少量出口。近几年我国磷矿石消费量接近产量，但在世界磷资源日趋紧张的形势下，为了保护国内磷资源，2008年起我国提高了磷矿及其产品的出口关税并出台了限制磷矿出口的政策。各主要产磷的省市地区政府也制订了相应的保护磷资源的管理办法。如云南省出台了磷矿资源整合措施，关闭或者整合了一批规模较小的磷矿，这些措施对于保护我国磷矿资源具有一定的作用。全球磷矿石出口主要依靠非洲和中东地区。近10年我国磷矿出口情况见表24.1-3。4表24.1-3近10年我国磷矿石出口情况年份2005200620072008200920102011201220132014出口量/万吨211.395.0597.31199.841.293.465.94830.330.124.1.1.5价格现状与预测1.中国市场价格现状国内磷矿价格自2010年下半年起持续上涨，2012年初，云南磷化集团率先上调60元/t，28%品位发省内车板价由290元/t上调至350元/t，发省外车板价由370元/t上调至430元/t，其他磷矿企业恢复开采后，相继跟随上调报价。但随后的两年，价格比较平稳，仅有小幅上扬。2014年8月份国内市场行情见表24.1-4（根据中国化工信息网资料整理）。表24.1-42014年8月国内磷矿石市场价名称规格价格（元/t）备注磷矿石P2O530%370~400贵州车板价磷矿石P2O532%550~580湖北车板价磷矿石P2O530%400~430云南车板价2.国际市场价格现状2014年8月国际磷矿石价格持稳。离岸价：约旦(31.12%~32.04%)100~105美元/t，北非(31.58%)95~130美元/t。到岸价：印度(31.12%-32.04%)128~130美元/t，印度(32.04%~32.95%)130美元/t。24.1.1.6展望2015年非洲、东亚和西亚磷矿石供应量加大，预计全球磷矿石供应将增长2.6%,达到2.30亿t。产能扩大将主要来自中国、约旦和摩洛哥。2014年这3个国家合计将贡献600万t供应增量的85％。就磷酸来说，近几年摩洛哥、中国和约旦磷酸产能持续增长,2014年全球磷酸产能估计为5560万tP2O5,预计2015年将达到5760万tP2O5。2014年和2015年全球加工磷酸盐产能将分别达到4310万t和4460万tP2O5，新增产能主要来自摩洛哥和中国。摩洛哥出口型产能明显扩大,2014~2015年约有8座磷酸盐新装置计划投产，而世界新增的磷酸盐产能的一半则来自中国。24.1.2磷矿选矿理论及基础研究进展我国磷矿主要以沉积型磷块岩(俗称胶磷矿)为主，这类矿石有害杂质质量分数一般较高，矿物颗粒细，矿石嵌布紧密，选别比较困难，但是在众多磷矿选矿工作者的努力之下，5在选矿工艺、选矿药剂、选矿设备、选矿自动化、综合回收、尾矿处理及环境保护等诸多方面进行了系统的研究工作，取得了一大批研究成果。近几年，在磷矿选矿理论及基础研究方面也开展了许多研究工作，主要集中在静载荷作用下磷矿石破裂过程数值模型的建立、浮选动力学模型的建立、浮选柱浮选理论的研究及浮选模型的建立、新药剂评价方法的探索、浮选药剂分子设计及作用机理的研究、粗细粒级浮选行为及浮选机理的研究等几方面。王树林等[1]为探究宜昌磷矿中主要组分的赋存状态和矿物条带的工艺性能以确定其重介质选矿工艺的可行性，对宜昌磷矿进行了工艺矿物学研究。首先使用化学成分分析和荧光成分分析对矿石中各条带的矿物成分和化学成分进行测定，再对矿石中各条带解离性进行测定，并用重液浮沉法对各条带的密度分布进行测试。结果表明，宜昌磷矿石中98.98%的P2O5分布在磷块岩条带中，同时磷块岩条带含有2.29%倍半氧化物，磷块岩条带质量分数为81.32%；磷块岩条带和脉石条带宽度大且各条带之间存在硬度差别，磷块岩条带易于单体解离；分选密度为2.7～2.9g/cm3，磷块岩条带与粘土质条带可通过重介质选矿选别。因此宜昌磷矿采用重介质选矿，可先选别出矿石中的磷块岩条带，然后再处理倍半氧化物，可获得合乎要求的优质磷精矿。为了研究静载荷作用下磷矿石多颗粒的破碎规律，邱跃琴等[2]用岩石破裂过程分析系统RFPA2D建立了在静载荷作用下多颗粒磷矿石在破碎腔内破坏的数值模型，分析探讨了静载荷和破碎腔的约束作用对磷矿石多颗粒试样的破碎效果和能量消耗的影响。数值模拟结果表明，静载荷破碎多颗粒磷矿石时，在破碎腔中间的磷矿石颗粒的破坏单元数相对较多；破碎腔内磷矿石在一定的压缩变形范围内破碎单元消耗的能量相对较少。因此，为了获得较好的破碎效率和节能效果，在设计破碎机时应考虑颗粒的破碎行为。何婷[3]应用岩石破裂过程分析系统RFPA2D建立贵卅织金含稀土磷矿石颗粒的数值模型，分析探讨了静载荷作用下不同约束条件对含稀土磷矿石颗粒试样的破碎效果和能量消耗的影响。数值模拟结果表明：水平方向有约束时含稀土磷矿石颗粒试样累计破坏单元数比无水平约束时少，且释放的能量比无水平约束时多。因此，为了获得较好的破碎效率和节能效果，在选择破碎机时要考虑破碎腔内含稀土磷矿石颗粒的约束状态。柏中能[4]发现中低品位胶磷矿浮选精矿品位的富集，与镁、硅及其他杂质脱除量存在着必然联系和特定的数量关系。提出：中低品位胶磷矿浮选精矿品位与镁、硅及其他杂质脱除存在如下数量关系：β=α+1.3×k1+0.42×k2+1.5％。式中：β——精矿品位预测值，％；α——原矿品位分析值，％；k1——MgO脱除绝对值,％;k2——SiO2脱除绝对值,％。该关系式的应用对硅钙质胶磷矿浮选工艺流程的选择和精矿质量的初步判断具有较强的指导作用。6姚卫东等[5]采用超声波对某磷矿进行预处理选矿，研究了超声波作用时间与作用功率对颗粒表面电位的影响；超声作用对矿物颗粒粒径的影响；擦洗脱泥和浮选两种选矿方式对超声波强化效果的对比。结果表明，（1）超声波对磷矿颗粒表面电位影响明显，实验pH值下超声波均能提高颗粒的表面电位，而超声波对细粒径矿物颗粒的破碎作用不明显。（2）超声波处理后矿物活性增加，对于擦洗脱泥，能显著提高回收率；对于浮选，在相同药剂制度条件下，能提高精矿品位。魏以和等[6]以实例说明了正反浮选流程的演变过程及由此而带来的各矿物的浮选特性的变化，进而分析了云南磷矿正反浮选可能存在的问题，并指出了改进的方向。分析指出，由于磷矿石中各种矿物成分的硬度差异较大，细磨导致磨矿产品粒度极不均匀，使大量细粒、易碎矿物如白云石等在细粒级中选择性富集。由于白云石与磷矿物在碱性正浮选条件下可浮性相近，故在磷矿正浮选中大量细粒级的白云石不可避免要与磷矿物竞争吸附浮选药剂，结果往往造成正浮选磷矿物的粗粒级较难上浮，而细粒级则严重夹