回收鐵礦中伴生磷的浮選研究

羅斌

摘要： 為了充分回收礦石中更多有價值的礦物，減少資源的浪費，文章以鐵礦中伴生磷礦為研究對象，對原礦進行了工藝礦物學分析，采用BK420捕收劑對磷礦進行浮選研究。經過條件試驗研究，在最優試驗條件下進行閉路試驗，獲得的磷精礦中P2O5品位為34.65%，回收率85.38%的指標，實現了對鐵礦中伴生磷礦的回收。最后對浮選產品進行檢查和分析，絕大部分磷的損失主要集中在0.043mm以下較細的粒級，并提出了減少金屬損失，提高磷礦浮選回收率的方法。

Abstract： In order to recover more valuable minerals and reduce the waste of resources， this paper takes phosphate associated in iron ore as object of the research. The raw ore was analyzed by the technological mineralogy， and the collector BK420 was used in flotation study. The closed-circuit test was carried out under the optimal experimental conditions after the condition test. P2O5 grade and recovery was 35.69% and 84.62% in the concentrate of phosphate minerals. The recovery of phosphate associated in iron ore was realized. Finally， the flotation products were examined and analyzed. The loss of phosphorus was mainly in the size below 0.043mm， which was discovered by the examination and analysis of flotation products. The method of reducing the loss of metal and improving the recovery of phosphate rock was put forward.

關鍵詞： 鐵礦；浮選；磷礦；捕收劑；伴生

Key words： iron ore；flotation；phosphate；collector；associated

中圖分類號：TD97 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0170-04

0 引言

磷礦是非再生資源，我國80%的磷礦主要用于生產磷肥，磷礦對推動我國農業的發展具有重要作用，磷礦資源是國家的一種戰略資源。我國磷礦資源主要集中在南方，主要分布在湖北、云南、貴州、四川和湖南五個省，資源分布具有南多北少的特點，北方的磷礦資源很少，品位低，一般會同時伴生有大量的金屬礦[1，2]。我國大部分磷礦屬于中低品位磷礦，富礦很少，隨著磷礦資源的不斷開采，富礦越來越少，在未來的時間里只能依靠開發低品位的磷礦來維持對磷礦的需求。對于一些伴生有少量磷礦的金屬礦，在回收主要金屬的同時，也應該對其中的伴生磷資源進行綜合回收，以減少資源的浪費和尾礦的排放對環境的污染，符合資源綜合利用的原則，也可以為企業帶來更多的效益。

為了讓磷礦與脈石礦物分離，富集低品位磷礦，不同地區的磷礦根據其礦石性質采用不同的選礦方法。目前，磷礦的選礦方法可分為擦洗脫泥工藝、浮選法、重介質選礦、化學浸出、焙燒-消化法、光電選礦以及聯合選礦流程等，其中浮選是磷礦選別中使用最廣泛的選礦方法，常用的磷礦浮選工藝有直接正浮選、單一反浮選、雙反浮選、正一反浮選和反一正浮選等[3-5]。

承德地區鐵礦資源儲量大，易采選，但品位低，屬于超貧鐵礦，礦石中往往伴生有多種可以回收利用的礦物，磷是比較常見的伴生礦物，但因為各種原因，很多企業只考慮回收礦石中比較容易回收的鐵，對于其他伴生組分的利用率很低，造成了資源的浪費，因此，研究鐵礦中伴生組分的綜合回收具有重要意義[6-8]。

1 實驗部分

1.1 原料

試驗礦樣取自于承德市某鐵礦山，通過對原礦的工藝礦物學分析，可以回收的元素主要是鐵和磷，少量的磷伴生于鐵礦中。礦石中含鐵的金屬礦物主要為磁鐵礦、硅酸鐵，赤褐鐵礦，鈦鐵礦，其次有黃鐵礦、黃銅礦及磁黃鐵礦等，非金屬礦物主要有橄欖石、鈦普通輝石、斜長石、角閃石、磷灰石、方解石、黑云母、綠泥石等。原礦化學多元素分析結果見表1。原礦中P2O5品位2.17%，TFe品位15.87%，磷和鐵品位都比較低。有用礦物主要為磁鐵礦、磷灰石及鈦鐵礦等有關的獨立礦物或賦存于其中的元素礦物，脈石礦物主要為鈦普通輝石、橄欖石、斜長石、榍石、綠泥石、角閃石，還有少量褐簾石、方解石、石英等。

表2是原礦磷物相分析結果，磷灰石中的磷占磷總量的98.66%，只有極少部分磷以共生等形式存在其他礦物中。

為了更清楚地了解原礦中磷的粒度分布情況，對原礦樣進行粒度篩析，原礦粒度篩析結果見表3。從粒度篩析結果可以看出，磨礦細度-0.074mm49.13%時，絕大部分磷都分布在-0.3mm，這部分磷的分布率為98.34%，其中0.3mm～0.038之間的分布率為69.32%，-0.038mm磷的分布率為29.02%。

1.2 試劑及儀器設備

試劑：碳酸鈉，工業級；水玻璃，工業級；BK420捕收劑（脂肪酸類藥劑），工業級。

主要儀器及設備：XMQ-Ф240×90錐形球磨機，XFDⅣ實驗室單槽浮選機容積分別為1.5L、1L、0.5L三種規格，DL-5C型盤式真空過濾機，JE-502精密電子天平，101A-4型電熱鼓風恒溫干燥箱。

1.3 選礦試驗方案

根據礦石中可以回收的元素主要是鐵和磷，含磷礦物主要是磷灰石，磷灰石具有良好的天然可浮性，一般用浮選進行回收，脂肪酸類和氧化石蠟皂是浮選磷礦的常用捕收劑，但使用中較難溶解，抗低溫能力較差，通過篩選，最后采用捕收能力強，選擇性好的脂肪酸捕收劑BK420作為磷礦浮選捕收劑。原礦經過實驗室顎式破碎機和對輥破碎機破碎至-2mm以下，破碎產品進行磨礦，然后直接進行浮選，選磷尾礦可以再回收鐵，工藝簡單，生產易于實現。

2 試驗結果與討論

2.1 磨礦細度試驗

為了摸清楚磨礦細度對浮選的影響，對原礦進行磨礦細度浮選試驗。浮選試驗條件碳酸鈉用量為1000g/t，水玻璃600g/t，捕收劑200g/t，原礦經磨礦后直接進行浮選，經過一道粗選，分別得到粗選精礦和尾礦，磨礦細度試驗結果如圖1。

通過磨礦細度浮選試驗，磨礦細度從-0.074mm40%提高到-0.074mm60%時，磷精礦品位隨著磨礦細度的增加先升高后降低，當磨礦細度-0.074mm50%的時候，P2O5品位達到最高為25.5%，回收率隨著磨礦細度的提高而升高，磨礦細度-0.074mm大于50%時，回收率升高幅度減緩，這時磷礦回收率基本保持在82%以上，從磨礦成本考慮，

-0.074mm50%時為最佳磨礦細度。

2.2 碳酸鈉用量試驗

碳酸鈉既可以用作調整劑調節礦漿的堿度，又可以作為分散劑調整礦漿的黏度和分散性。先加入碳酸鈉調整礦漿至弱堿性，BK420捕收劑在弱堿性條件下對磷礦有較好的浮選效果。固定水玻璃用量為600g/t，捕收劑280g/t，浮選粒度-0.074mm50%時，對原礦進行碳酸鈉用量試驗。

圖2為碳酸鈉用量試驗，在試驗范圍內，碳酸鈉用量對浮選精礦品位影響較小，品位波動不超過一個百分點。碳酸鈉用量對回收率影響較大，不加碳酸鈉時，浮選回收率為79.18%，碳酸鈉用量提高到400g/t時，回收率達到90.5%，隨著碳酸鈉用量再增加，回收率不再有較明顯的提高，以碳酸鈉用量為400g/t較為合適。

2.3 水玻璃用量試驗

水玻璃是石英、方解石、硅酸鹽等脈石礦物最常用的抑制劑，在浮選中為了更好的抑制脈石礦物，提高捕收劑對目的礦物和脈石的選擇性，會加入一定量的水玻璃。水玻璃在溶液中的抑制作用主要是靠HSiO3-和H2SiO3引起，這兩種物質可以吸附在硅酸鹽等脈石礦物的表面，由于自身很強的吸水性，吸附在礦物表面后讓礦物親水，達到抑制的目的[9，10]。浮選給礦粒度-0.074mm50%，碳酸鈉用量400g/t，捕收劑280g/t，以水玻璃為單一變量進行浮選試驗，水玻璃用量試驗結果見圖3。

圖3中，水玻璃用量從200g/t增加到600g/t時，粗選精礦品位從20.13%提高30.41%，回收率幾乎保持在80%以上，隨著水玻璃用量的增加，當超過800g/t時，水玻璃過量，脈石礦物受到抑制的同時，磷礦也會受到抑制，導致了精礦品位和回收率都下降，綜合考慮，水玻璃用量最佳用量為600g/t，精礦回收率高達90.74%。

2.4 捕收劑用量試驗

為了提高捕收劑的捕收能力和選擇性，獲取優質的磷精礦，通過篩選，最終采用BK420作為磷礦浮選捕收劑，該捕收劑對磷灰石浮選效率高，選擇性好，而且具有較好的耐低溫性[11，12]。碳酸鈉用量為400g/t，水玻璃600g/t，浮選粒度-0.074mm50%，改變捕收劑用量，捕收劑用量試驗結果見圖4。

當捕收劑用量大于200g/t時，精礦品位出現較明顯的下降，隨著捕收劑用量再增加，精礦品位逐漸保持穩定，捕收劑用量小于240g/t時，隨著捕收劑用量增加，回收率上升較快，在捕收劑用量大于240g/t后，回收率提高幅度很小，趁于穩定，在實際生產中捕收劑用量應該選擇更高些，最佳用量應該選擇280g/t為宜。

2.5 浮選閉路試驗

通過條件試驗，確定了浮選的最佳試驗條件，并在最佳條件開路試驗的基礎上，進行了浮選閉路試驗，閉路試驗流程見圖5，試驗結果見表4。

從表4可知，原礦P2O5品位2.14%，磨礦細度

-0.074mm50%時，經過一粗一掃四次精選，可以得到產率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精礦。通過以上試驗證明，該鐵礦中的超低品位磷礦在適合的條件下可以用浮選方法回收磷。

2.6 產品的檢查與分析

2.6.1 產品化學成分分析

為了摸清楚浮選產品性質，對各浮選精礦和尾礦進行了化學成分分析，浮選產品化學成分分析結果見表5。P2O5含量為34.65%的磷精礦產品中，TFe含量0.98%，SiO2含量1.82%，MgO含量0.3%，鐵和鎂的含量都比較低，磷精礦鐵的含量越低，后續濕法制取磷酸時硫酸的消耗就越少，尾礦中P2O5含量為0.34%。

2.6.2 產品粒度篩析及金屬損失情況分析

浮選后精礦回收率為85.49%，為了查明金屬的損失原因，分別對浮選精礦和尾礦產品進行了粒度篩析。表6是產品粒度篩析結果，浮選回收的粒級主要是-0.154mm的磷，精礦中-0.154mm粒級磷的金屬分布率高達95.37%，其中-0.043mm較細粒級，金屬分布率為61.07%，雜質主要分布在細粒部分，以鐵為例，精礦中高達46.53%的鐵都分布在0.038mm以下，+0.154mm的粒級因為較粗，礦物沒有充分單體解離而品位偏低。尾礦中絕大部分磷的損失主要集中在-0.043mm的粒級，在這部分較細的尾礦粒級中，磷的金屬損失占損失總量的68.26%。

通過分析，磷礦金屬損失的原因可能有兩點，一是浮選中一部分磷礦過磨，粒度太細，難以進行回收，另一個是浮選的一些試驗條件，比如浮選濃度、浮選時間等沒有經過條件試驗進行優化，而是按以往的經驗進行浮選，也會造成一部分磷的損失。為了減少磷的損失，提高浮選回收率，應該對浮選濃度、浮選時間等條件進行試驗，并對金屬損失較多的細粒與粗粒分開進行浮選，針對細粒和粗粒不同的浮選表面性質選用捕收能力更強，選擇性更好的捕收劑，從而提高捕收劑對粗細不同粒級的浮選效果，達到總體上提高浮選回收率，減少磷損失的目的。

3 結論

①通過工藝礦物學分析，該礦石中可以回收的元素主要是鐵和磷，磷伴生于品位很低的鐵礦中，原礦中P2O5品位為2.14%，98.66%的磷是磷灰石，只有極少部分磷以共生等形式存在其他礦物中。

②采用浮選方法回收磷礦，并進行了條件試驗，在最優的試驗條件下進行閉路試驗，經過一粗一掃四次精選，可以得到產率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精礦。

③通過對浮選產品的檢查和分析，精礦中TFe含量0.98%，SiO2含量1.82%，MgO含量0.3%，鐵和鎂的含量都比較低，精礦質量較好，尾礦中P2O5含量為0.34%，磷的損失主要集中在細粒部分。并提出了磷的損失原因主要可能是礦石的過磨和浮選濃度、時間等條件沒有進行試驗優化造成，要提高回收率，一是可以將粗粒和細粒分開進行浮選，選擇與粗細兩個粒級浮選更合適的捕收劑，二是對浮選濃度、時間等試驗條件進行優化。

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