旋流-靜態微泡浮選柱在膠磷礦浮選工藝中的應用

王大鵬,劉炯天,劉江林,熊明金,宋永勝

(1.中國礦業大學化工學院,江蘇 徐州 221008;2.云南省化工研究院,云南 昆明 650228)

0 引 言

浮選柱以其高效的分離效率、低廉的投資和運行成本,已成為國內外正在研究與不斷推廣的一種新技術.旋流-靜態微泡浮選柱是九五期間普遍推廣的新型高效微細粒分選設備.發展至今天[1],已在全國400余家選煤廠(煤礦)推廣應用600多臺套;在黑金屬、有色金屬及非金屬選礦領域,涉及礦種包括磁鐵礦、赤鐵礦、金、銀、鉬、鎳、銅、鉛、鋅、硫、鋁土礦、螢石、鉀鹽等,用戶涵蓋武鋼、鞍鋼、本鋼、昆鋼、紫金礦業、金川、中鋁、柿竹園有色、云銅、招金等大中型企業及部分中小型礦山企業.2005年中國礦業大學利用旋流-靜態微泡浮選柱(Φ50×2 000 mm)進行了膠磷礦浮選柱兩段式分選實驗室試驗研究,經過正-反浮選兩段分選從含P2O522.70%、MgO 2.81%的原礦中分選得到含P2O529.07%、MgO 0.86%的精礦,精礦產率69.52%,精礦回收率88.73%[2].本文在實驗室試驗的基礎上對西南某硅鈣質膠磷礦進行了半工業試驗研究,為實現浮選柱在膠磷礦浮選中的工業化應用進行了積極的探索.

1 礦石性質

1.1 礦石結構

該磷礦按成因劃分屬淺—濱海相沉積磷塊巖.其礦石按結構構造和礦物組成特點可分為塊狀球粒磷塊巖、條帶狀球粒磷塊巖、條帶狀白云質球粒磷塊巖、條帶狀白云質砂屑磷塊巖、白云質硅質球粒磷塊巖、白云質含礫砂屑磷塊巖、白云質生物碎屑球粒磷塊巖、淋濾殘積磷礦等八個自然類型.

1.2 礦物組成

礦石礦物成分簡單,以膠磷礦為主,其次為微晶磷灰石及少量細晶磷灰石.脈石礦物主要有白云石、石英、玉髓,此外還有少量鐵泥質(包括褐鐵礦)、黃鐵礦、有機質、高嶺石及少量白云母、電氣石、鋯石及海綠石.

1.3 主要礦物的嵌布特征

膠磷礦:膠磷礦呈球粒(或假鮞粒)、內砂屑、鮞粒和凝膠狀結構,其中以球粒(或假鮞粒)結構為主.顆粒中常有白云石、鐵泥質(部分褐鐵礦)、硅質及黃鐵礦等其他礦物的塵點狀包體,次生變化可以不同程度地出現白云石化、硅化及高嶺石化.膠磷礦假鮞粒度一般為0.2～0.1 mm,顏色為淺棕褐色,有的往往被鐵泥質污染呈紅褐色.

白云石:鏡下特征為無色,粒度一般為0.04～0.1 mm.多以膠結物及少量碎屑和重結晶粒狀鑲嵌等形態出現.一般為細晶—隱晶質細粒集合體,少量呈菱面體碎屑.部分礦石可見重結晶鑲嵌白云石,具自形—半自形粒狀結構.有時可見半滾圓—滾圓狀及橢圓狀球粒白云石,部分構成顆粒膠磷礦的包裹體.

石英、玉髓:石英在各類型礦石中都有出現,一般為陸源混入的砂屑和粉砂屑,呈棱角—半滾圓狀,粒徑0.05～0.2 mm,在大的顆粒中有泥質塵點及白云母小包體,普遍可見到再生邊.玉髓一般以膠結物出現,呈顯微粒狀—細粒狀集合體,具細—隱晶質結構.并圍繞膠磷礦假鮞粒垂直生長,形成一種櫛殼狀膠結,偶爾見到一些孔洞中有膠狀或針狀集合體玉髓充填.

工藝礦物學分析表明:易選的磷灰石含量少、粒度細且部分嵌布在膠磷礦集合體內,不易優先分離;脈石礦物粒度較細且以膠結物的形式與膠磷礦共存,微細的碳酸鹽類嵌布在膠磷礦內,不易單體解離,可選性差,屬難選礦.

1.4 化學組成

礦石中主要化學成分有P2O5、CaO、SiO2,其次為CO2、MgO及Fe2O3、Al2O3、F等.原礦X熒光光譜分析結果見表1.

表1 原礦X熒光光譜分析結果

分析可知,該礦屬中低品位硅鈣質磷礦,CaO和SiO2含量占2/3以上;SiO2含量較高,主要選礦關鍵是在富集磷礦物的同時,有效地排除碳酸鹽礦物(白云石),從而獲得鎂磷比值較低的磷精礦.

2 試驗

2.1 試驗流程

膠磷礦柱式半工業試驗流程選擇主要取決于原礦性質并參考前期實驗室研究成果.該礦屬硅鈣質膠磷礦,要生產出合格精礦需同時脫除硅和鎂,適宜的流程有正反流程和雙反流程[3],原礦性質的分析表明:脈石礦物硅酸鹽類礦物含量高,是主要的脫除對象.由于礦石含泥量多,采用雙反浮選會出現泡沫多、泡沫發粘、浮選效果變差的情況[4],因此試驗流程確定采用正反浮選流程.通過正浮選排除大量的硅酸鹽脈石礦物和部分碳酸鹽脈石礦物.然后對正浮選粗磷精礦(主要是磷礦物和白云石)進行反浮選碳酸鹽脈石,以降低鎂含量,最后獲得低鎂磷比值的優質磷精礦.實驗室研究結果表明,旋流-靜態微泡浮選柱具有選擇性高,流程結構短的特點,因此確定采用正浮選(一次)反浮選(一次)兩段式的流程結構見圖1.

圖1 膠磷礦正反工藝流程圖

2.2 藥劑

采用現場生產用藥劑為正浮選段捕收劑,藥劑代號為YP2-4,YP2-3為反浮選段捕收劑;硫酸為反浮選段介質酸堿度調整劑;磷酸為膠磷礦抑制劑,水玻璃為正浮選段硅酸鹽類抑制劑和介質酸堿度調整劑.

2.3 分選設備

旋流-靜態微泡浮選柱[5-6]采用柱浮選與旋流分選構成柱分選方法的主體;旋流分選以其強回收能力在柱分選過程中起到掃選柱浮選中礦的作用.通過管流礦化沿切向與旋流分選相連,形成中礦的循環分選.旋流-靜態微泡浮選柱以其在微細粒分選方面的突破以及回收能力的提高使得其在處理微細粒級礦物為主的礦物分選應用越來越多.

2.4 系統組成

浮選柱半工業試驗系統由兩套Φ400×4 000 mm旋流-靜態微泡浮選柱分選系統構成.浮選柱給料從磨礦車間Ⅱ系列分級旋流器溢流(-0.074 mm 90%)截取,按試驗規模分出需要的礦量進入試驗系統.原礦通過給礦泵輸送入正浮浮選柱;精礦泡沫經調漿,泵揚至反浮浮選柱,底流為最終精礦.反浮選泡沫和正浮選脫硅尾礦合并成為最終尾礦.分流試驗設備聯系如圖2.

1.緩沖箱,2.攪拌桶,3.給礦泵,4.浮選柱,5.循環泵

3 試驗結果

3.1 充氣量試驗

在前期實驗室研究結果的基礎上,制定的初始試驗條件列于表2,試驗結果見表3.

表2 浮選柱試驗條件

表3 浮選柱試驗結果

由試驗結果可以看出:

精礦P2O5品位27.04%～28.66%,MgO品位0.3%～0.7%,回收率90%左右.精礦P2O5含量較低,與要求還有一定差距;對比正浮選精礦與原礦P2O5含量,正浮選精礦品位提升幅度2%～3%,正浮選脫硅效果不強是制約精礦品位提高的主要障礙.因此正浮選階段條件參數的調整是提高系統分選效果的關鍵.通過與浮選機生產泡沫狀態對比,在藥劑制度相近的條件下,浮選機浮選泡沫尺寸偏大,顏色偏灰.相關研究表明過低的氣速使氣泡的初始動能較低,使粘附了目的礦物顆粒的礦化氣泡難以通過回收到達精選區進行進一步的精選[7].可見正浮選階段充氣量的調整是提高浮選過程脫硅效果的關鍵因素.后續試驗過程中調整充氣流量至1.5 m3/h,并保持其他參數固定,試驗結果見表4.

表4 浮選柱試驗結果

表4結果表明充氣流量是影響膠磷礦浮選效果的關鍵因素,通過調整充氣流量改善了浮選狀態,獲得了合格的指標.

3.2 穩定試驗

通過上述試驗調整,優化了浮選柱充氣量等條件,并經過后續的試驗調整制定了適宜的藥劑制度等參數.為了驗證浮選柱半工業試驗系統的穩定性,在前期試驗的基礎上開展了為期72 h的穩定性試驗.試驗條件見表5,試驗結果如表6.

表5 浮選柱穩定試驗條件

穩定試驗在入礦品位為23.73% P2O5的情況下通過正浮選(一次)反浮選(一次)兩段式流程獲得了精礦P2O5品位29.78%、MgO品位0.29%,回收率82.69%的良好指標.并且流程大大縮短,充分體現了旋流一靜態微泡浮選柱回收能力強、富集比高、選擇性強的特點.需要指出的是,試驗原料來自生產分流.由于現場原礦礦源較多,試驗期間礦樣組成有所變化造成精礦指標有一定的波動P2O5品位28.61%～31.40%;精礦中SiO2品位較高影響了精礦質量,通常SiO2脫除絕對值[8]2%～3%精礦P2O5品位可提高1%,因此進一步提高浮選過程脫硅的效果是推進浮選柱在膠磷礦浮選中應用的主要研究內容.

表6 浮選柱穩定試驗結果

4 結 語

a. 原礦中易選的磷灰石含量少、粒度細且部分嵌布在膠磷礦集合體內,不易優先分離;脈石礦物粒度較細且以膠結物的形式與膠磷礦共存,微細的碳酸鹽類嵌布在膠磷礦內,不易單體解離,可選性差,屬難選礦.

b. 浮選柱穩定試驗在入礦品位為23.73% P2O5的情況下,通過正浮選(一次)反浮選(一次)流程獲得了精礦P2O5品位29.78%、MgO品位0.29%,回收率82.69%的良好指標.

c. 進一步提高浮選過程脫硅能力是推進浮選柱在膠磷礦浮選中應用的主要研究內容.

參考文獻:

[1]劉炯天,王永田,曹亦俊,等.浮選柱技術的研究現狀及發展趨勢[J].選煤技術,2006,34(5):25-29.

[2]中國礦業大學.膠磷礦浮選柱兩段式分選試驗研究報告[R].徐州:中國礦業大學浮選柱研究中心,2005.

[3]劉炯天.旋流-靜態微泡浮選柱及潔凈煤制備研究[D].北京:中國礦業大學化工學院,1998.

[4]劉炯天.旋流-靜態微泡浮選柱分選方法及應用(之四):旋流力場分離與強化回收機制[J].選煤技術,2000,28(4):1-4.

[5]鄭其.膠磷礦的反浮選[J].中國礦業,1998,7(2):59-62.

[6]葛英勇,王凱金,甘順鵬.低品位難選膠磷礦的正一反浮選工藝研究[J].礦冶工程,2007,27(5):18-21.

[7]任慧,丁一剛,吳元欣,等.充填浮選柱正—反浮選膠磷礦工藝研究[J].化工礦山技術,2001(2):1-4.

[8]柏中能.對云南中低品位磷礦的認識和建議[J].云南化工,2007,34(5):23-25.