重介質旋流器在宜昌膠磷礦分選中的應用

郭小紅，單曉云，劉海燕，李宇新

(1.中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院，北京 100083;2.湖北宜化集團礦業有限責任公司, 湖北 宜昌 443145)

我國磷礦已探明的儲量中，沉積型磷塊巖(膠磷礦)占總儲量85%。湖北宜昌地區磷礦資源儲量達9.5億t左右，而品位大于30%的富礦僅占6.75%，加之多年來采富棄貧，可利用的富礦已所剩無幾；而其他大部分為中低品位礦石，平均品位僅為16.95%，且礦物顆粒細，嵌布緊密，有害雜質多，絕大部分磷礦必須經過選礦富集后才能滿足生產要求，分選難度非常大。因此，對中低品位難選膠磷礦的選礦工藝技術研究已迫在眉睫。目前，國內對中低品位磷礦的分選主要采用浮選法，但其存在磨礦粒度細、藥劑用量大，環境造成污染等限制[1-3]。隨著無壓給料三產品重介旋流器在選煤行業的成功應用，特別是磷礦三產品重介質旋流器試制成功，為重介質選磷帶來了理論和實踐可行的分選工藝及設備。

1 磷礦的成分

磷礦中有用礦物成分為P2O5，脈石礦物為MgO(白云石)、頁巖(石英、長石、黏土類礦物、絹云母、黃鐵礦、褐鐵礦)[4]。磷塊巖比重大于2.932的占88.28%，大于2.96的約占80%，脈石比重小于2.868的占99.31%，兩者間既存在密度差，又存在密度交叉。其中頁巖為易選組分,白云石為難選組分。構成礦石各組分存在密度差是實現重介質旋流器分選的先決條件。礦石中磷塊巖條帶較寬，磷塊巖與脈石條帶之間硬度差別大，接合面不緊密，易解離，破碎到15mm以下，磷塊巖單體解離90%；破碎到10mm以下，磷塊巖單體解離95%。綜合所有因素，將礦石破碎到-15mm時，可基本實現磷塊巖條帶的單體解離，適合重介質選礦要求。表1為礦物粒度組成和P2O5、MgO的分布。

表1 原礦的粒度組成和P2O5、MgO的分布

2 分選工藝

2.1 篩分破碎車間工藝

原篩分破碎車間采用的是兩段閉路系統，而改進之后的篩分破碎車間采用三段閉路系統(圖1),原礦經一段破碎機破碎之后,進入二段破碎機，之后進入分級篩,篩上物入三段破碎機進一步破碎,破碎產品返回分級篩,篩下物進入主選系統。這是為了減小礦物粒度，使其單體解離度高。

圖1 三段破碎閉路系統

2.2 主選車間工藝

原礦通過皮帶輸送機由破碎車間進入主選車間,經無壓給料三產品重介旋流器分選后得到精礦和尾礦兩種產品。主選車間工藝流程見圖2。

三段閉路破碎流程保證了磷礦的單體解離,使精礦和脈石解離成不相關聯的顆粒。入洗原礦進入一段旋流器，在具有一定流量的介質懸浮液筒體內形成的離心力場中,高速旋轉,因徑向速度、軸向速度、切向速度的不同而實現按密度分層。之后，精礦進入二段旋流器中再選，獲得高品位的精礦。精礦進入精礦脫介篩進行脫介，篩上物作為最終產品進入精礦倉；篩下物進入精礦磁選機回收介質。中礦和尾礦一起進入尾礦脫介篩，篩上物作為最終產品進入尾礦倉，篩下物進入尾礦磁選機回收介質。

圖2 主選車間工藝流程圖

2.3 主選設備重介質旋流器的結構

現場選用的旋流器是磷礦三產品重介質旋流器。由無壓給料的一段圓筒形旋流器和有壓給料的二段圓筒圓錐形旋流器串聯組成。一段圓筒形旋流器的安裝傾角為25°～50°,二段為-5°～-30°。一段圓筒形旋流器下端設重介質懸浮液入口和尾礦出口,另一端設原礦入料口；二段圓筒圓錐形旋流器的上端設精礦出口,下端設中礦出口。錐比控制在1.15左右[5]。

磷礦三產品重介質旋流器的特點體現在以下幾個方面：

1)實現了懸浮液和被選物料分開給入旋流器,避免物料過粉碎和減少了動能損失；

2)充分且僅利用了自第一段排出的重懸浮液剩余壓頭作為二段旋流器產生離心力場的動力源；

3)磷礦三產品重介質旋流器具有處理量大、先進可靠、分選礦石的效果良好的特點；

4)以低密度懸浮液實現高密度礦石的有效分選。

3 重介質分選磷礦的實踐和應用效果

花果樹磷礦選礦廠分選后磷精礦的粒度組成和P2O5、MgO的分布見表2。

1)采用無壓給料三產品重介質旋流器分選宜昌膠磷礦，可將P2O5品位為23.56%的原礦得到品位為33.75%的精礦，實現良好的分選結果；

2)近幾年的生產實踐證明，采用無壓給料三產品重介質旋流器分選宜昌膠磷礦的工藝與設備運行可靠，已處理近500萬t原礦；

表2 精礦(-15+1mm)篩析結果

3)從1992年我國第一座20萬t/a重介質選廠試生產以，隨著旋流器技術的不斷改進,目前已建成選礦廠5座,2006年綠陵集團60萬t/a重介質磷礦選礦廠、2007年宜昌廣原、鑫寧30萬t/a選礦廠、2008年宜昌寶石山60萬t/a選礦廠投入生產[3]，有效地利用了宜昌地區中低品位磷礦資源,實現了磷礦資源的全層開采,保證了礦產資源的可持續發展,取得了較好的經濟效益和社會效益。而入洗原礦品位18%～22%,能夠獲得28%～30%的磷精礦。

4 結語

無壓給料三產品重介質旋流器的應用，給宜昌地區中低品位膠磷礦的有效分選提供了技術依據和設備支持。花果樹現場實際應用效果表明，無壓三產品重介質旋流器工藝簡單可靠,環境污染小,處理量大，分選達到預期效果。但也存在重介質分選工藝系統回收率低的不足之處，有待進一步研究和改進。

[1] 中國化工信息中心信息工程處.磷礦與磷肥咨詢報告[R].1996.

[2] 李成秀,文書明.我國磷礦選礦現狀及其進展[J].礦產綜合利用,2010(2),22-25.

[3] 王金生.膠磷礦重介質分選工藝的研究與實踐[J].化工礦物與加工,2009，38(8):4-6.

[4] 王祖瑞,石德明,王振國,等.重介質選煤的理論與實踐[M].北京:煤炭工業出版社,1988.

[5] 劉峰,樂宏剛，孫華峰，等.實現高密度分選的三產品重介質旋流器[P].中國專利,200520025064·3.