磷矿粉的活化及活性表征

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未活化磷矿粉的XRD和SEM及磷浸出率

未活化磷矿粉的XRD和SEM表征见图1和图2。从图1看出，晶相主要是Ca5（PO4）3F和Ca10（PO4）6（OH）2，峰形窄而陡，表示该磷矿粉中磷的结晶化程度高，预示其化学活性极低。由图2可知，未活化磷矿粉颗粒较大且形状极不规则，有尖锐的棱角，极易破碎，有良好的机械活化性能。在浸出温度为室温，浸出时间为10min的条件下，用滴定法测定磷矿粉中磷的浸出率仅为3．1％，不能作为磷肥使用。

采用XQM2－2L活化的磷矿粉性质

1机械活化时间对磷矿粉粒度的影响

机械活化时间对磷矿粉粒度的影响见表2。从表2粒度分布数据看出：2μm以下粒子所占的体积随着活化时间的增加而增加；2～10μm的粒子所占体积亦然；而10～100μm之间的粒子所占的体积逐渐减少；机械活化时间达到60min及以上时，100μm以上的粒子基本消失。以上规律均说明延长机械活化时间，可以降低粒子的尺寸，即粒子得到细化。

2机械活化时间对磷矿SEM的影响

不同机械活化时间的SEM照片见图3。由图3看出，磷矿粉颗粒较大且形状极不规则，有尖锐的棱角，极易破碎，随着机械活化的进行颗粒变小且大小趋于均匀化，以片状为主，在机械活化60min后颗粒尺寸明显减小，但是形状仍以块状为主，而机械活化120min后，10μm以下的小颗粒占多数，颗粒表面趋于光滑，但同时含有一定量的团聚体。

3机械活化时间对磷矿粉磷浸出率的影响

机械活化时间对磷浸出率的影响见图4。由图4可知，磷的浸出率随着机械活化时间的增加而增加，在机械活化120min时达到最佳7．5％，但继续延长机械活化时间后，发现磷的浸出率变化不大，可能是由于发生二次粒子团聚影响了磷的浸出率。

采用AGO－II活化的磷矿粉性质

1不同球料比对XRD和磷浸出率的影响

不同球料比对磷矿粉XRD的影响见图5。从图5看出，磷矿粉在球料比为10∶1时机械活化，各衍射峰均有所降低，尤其是2θ＞50°的范围内的衍射峰，预示着结晶度降低，紊乱程度加大。其余条件不变，提高球料比至20∶1时，各衍射峰均继续降低，尤其是氟磷灰石的衍射峰，可见此时氟化磷灰石的结构被打破，紊乱度较高。受设备容量所限，球料比不适合继续增加。图6为球料比对磷矿粉中磷浸出率的影响曲线。从图6看出，随着球料比的增加磷浸出率也随之上升，当球料比达到20∶1时，达到高峰10．4％。球料比继续增加磷浸出率反而降低。这是由于在球料比较小的情况下，球磨罐中空余体积较大，在一定时间内机械活化介质和矿粉之间未能进行较为激烈、充分的碰撞，使活化反应未进行完全；在球料比较大的情况下，虽然机械活化介质之间极易产生相互碰撞，但由于空间有限，碰撞强度不够激烈，即机械活化效果不佳，未达到预期的实验效果。

2活化时间对磷矿粒度和XRD的影响

机械活化时间对磷矿粉粒度分布的影响（AGO－II）见表3。从表3可知，随着AGO－II机械活化时间的增加，小于2μm的粒子所占体积比例由1．92％增加到19．58％，2～10μm的比例也逐渐增大，样品机械活化5min后大于100μm的粒子几乎消失，但是继续活化到10min时，小于2μm的粒子稍有减少，这是由于颗粒表面积增加，表面能增加，使颗粒间发生弱团聚形成粒度较大的二次粒子，而激光粒度仪测试时无法破坏二次粒子，因此实测的粒度稍有增加。图7为AGO－II机械活化时间对磷矿粉XRD的影响曲线。由图7可知，随着机械活化时间的增加氟磷灰石的衍射峰逐渐降低，即结晶度降低，紊乱程度升高。机械活化时间为5min时衍射峰降至最低，延长机械活化时间，衍射峰又有所升高，可能是出现二次粒子的缘故，机械活化15min时弱团聚被打破，此时衍射峰有所降低，随后将进入弱团聚形成和打破的循环阶段。继续粉磨，XRD图谱不再变化，表明继续粉磨磷灰石不再有物相的变化，只有内部微观结构的变化。所以机械活化5min时磷矿的紊乱程度最高，磷浸出率也最高，为10．9％。

3助磨剂对磷矿XRD的影响

在加有助磨剂的情况下，在球料比为20∶1，机械活化时间为5min时处理的磷矿粉，磷浸出率可以增加到15％。图8列出了不同机械活化条件处理的磷矿石的XRD谱图。从图8可以看出，随着机械活化的进行，羟磷灰石的衍射峰逐渐降低，至研磨5min后，部分峰完全消失，说明研磨使晶体结构被破坏；氟磷灰石的衍射峰强度也有所降低，表明氟磷灰石的结晶程度不断降低，逐渐变为无定形；共研磨比单矿磨时的峰强均有所降低，说明结晶度更低，无定形化程度更高，这是磷浸出率得到提高的原因之一。

4磷矿粉的电镜照片

磷矿石在不同条件下的SEM照片（AGO－II）见图9。从前文的图2可以看出，原始的磷矿石颗粒形状极不规则，以片状和不规则的颗粒为主，有尖锐棱角，颗粒表面也是片状纹理，这使得磷矿石极易破碎。图9为磷矿石在不同条件下活化后的SEM照片，从中可以看出，随着机械活化的进行，颗粒表面的棱角钝化，颗粒逐渐规则化；机械活化5min后，颗粒尺寸明显减小，大小较为均匀，但有少量絮状弱团聚；共研磨5min后，5μm以下的小颗粒占多数，颗粒表面光滑，但同时含有少量的团聚体。

5磷矿粉的磷的浸出率

图10为机械活化时间对磷矿石中磷的浸出率的影响曲线。从中可以看出，有无助磨剂时，磷的浸出率都是在机械活化5min时达到峰值，单独活化时磷浸出率为10．9％，共助磨时磷浸出率达15．3％。机械活化时间太短可能导致反应不完全，机械活化时间太长可能导致团聚产生二次粒子，阻碍水溶性磷的浸出。

本文作者：王晨1高宏1刘淑红1叶峰2作者单位：1大连交通大学2中华人民共和国丹东港海关