青海某低品位磷礦石綜合利用研究

程宏偉 劉長淼 衛(wèi) 敏 吳東印 呂子虎 趙登奎

(1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006；3.國土資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室，河南 鄭州 450006)

磷礦資源是不可再生的戰(zhàn)略性資源，是化工、農(nóng)業(yè)、肥料等多種重要行業(yè)的原料來源。中國是磷礦資源大國，已探明的磷礦床有400余處，累計探明資源儲量約174×108t[1-2]。中國雖然磷礦資源儲量豐富，但富礦少，難選礦多，易選礦少，主要為中低品位磷礦，P2O5平均品位僅17%，需經(jīng)過選礦富集才能滿足磷化工和磷肥工業(yè)的需求。另外我國磷礦資源地域分布不均衡，磷資源主要集中在南方，而北方一直處在缺磷的狀態(tài)[3-4]。

北方磷礦資源特點為中低品位磁鐵礦、低品位磷礦與低品位鈦鐵礦、云母等共生。云母是一種性能獨特、應用價值很高的工業(yè)礦物，因其具有較高的電絕緣性，故主要用作絕緣材料，此外云母礦物在建材、潤滑、油漆、化妝品和地質(zhì)勘探等方面也有應用。由于北方磷資源含磷低，選礦比大、成本高，因此，北方磷礦的選礦多數(shù)以磁選工藝回收其中的磁鐵礦，而將磁選尾礦丟棄，而磷資源沒有得到充分利用，造成磷資源的浪費[5]。因此，針對北方鐵礦中伴生低品位磷礦石資源進行綜合回收試驗研究具有重要意義。

1 原礦性質(zhì)

1.1 原礦物質(zhì)組成

試驗原礦取自青海上莊磷礦。原礦化學多元素分析和礦物組成分析結(jié)果分別見表1和表2所示，X射線衍射圖譜如圖1所示。

表1 原礦化學多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multielement analysisresults of raw ore %

表2 原礦主要礦物組成Table 2 Mineral composition of raw ore

圖1 原礦X射線衍射圖譜Fig.1 X-ray diffraction pattern of raw ore ●—磷灰石；▲—黑云母；■—透輝石

由表1可知，礦石的P2O5、TFe和K2O品位分別為3.52%、9.08%和3.77%。

由表2及圖1可知，原礦主要礦物組成為透輝石、黑云母、(氟)磷灰石和磁鐵礦，還有少量的長石、榍石和方解石。

原礦鐵物相分析結(jié)果見表3。

表3 原礦鐵物相分析結(jié)果Table 3 Iron phase analysis results of raw ore %

由表3可知：原礦鐵含量比較低；鐵主要存在于赤褐鐵礦中，分布率為41.86%；磁鐵礦中的鐵占總鐵的28.86%；硅酸鐵和碳酸鐵中鐵含量較高，分布率分別達21.37%和7.27%，這部分鐵較難回收，0.64%的鐵存在于黃鐵礦中。

1.2 原礦主要礦物嵌布特征

磷灰石粒徑一般在0.3～1.5 mm之間，粗粒集合體可達3 mm，磷灰石多分布在透輝石、黑云母和磁鐵礦的粒間，但是部分細粒的磷灰石常被透輝石、黑云母和磁鐵礦包裹，從顯微鏡觀察(圖2)和粒度統(tǒng)計結(jié)果(表4)來看，磷灰石以中粗粒嵌布為主。

圖2 磷灰石的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of apatite

黑云母主要呈不規(guī)則片狀或片狀分布，晶體粗大，一般在0.1～2 mm，粗粒可到35 mm，部分黑云母中包含磷灰石和細粒的磁鐵礦。黑云母的嵌布特征見圖3。

表4 磷灰石的粒度統(tǒng)計結(jié)果Table 4 Results of particle size statistics of apatite

圖3 黑云母的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of biotite

工藝礦物學研究表明，原礦主要回收的目的礦物為磷灰石、黑云母、磁鐵礦和透輝石。黑云母嵌布粒度相對較粗，粗粒可達到35 mm。磷灰石的粒度一般在0.3～1.5 mm，且與毗鄰礦物多平直接觸，易于單體解離。磁鐵礦以中細粒嵌布為主。

2 試驗結(jié)果與討論

透輝石和黑云母的礦物結(jié)晶粒度較粗，但是在礦石中相互包裹現(xiàn)象比較普遍，會影響黑云母和透輝石精礦的品位，也會影響磁鐵礦和磷灰石的回收率。為了盡可能綜合回收礦石中的有用礦物，經(jīng)過大量試驗，最終擬定采用一段粗磨分級重選回收粗粒云母和透輝石，二段再磨浮選回收磷灰石，然后磁選回收磁鐵礦，最后浮選回收細粒云母的工藝流程，見圖4。

2.1 粗粒黑云母回收

磷灰石性脆，易過粉碎，選擇合適的入選粒度，可以降低磷在重選作業(yè)中的損失率。粒度分析表明，黑云母嵌布粒度較粗，+0.35 mm粒級主要礦物為黑云母和透輝石，一段粗磨即可達到80%單體解離，所以先回收這部分粗粒黑云母，減少磨礦負荷[4,6]。在條件試驗的基礎上，確定的粗粒黑云母回收試驗流程見圖5，試驗結(jié)果見表5。

圖4 原礦綜合回收原則流程Fig.4 Comprehensive recovery process of raw ore

圖5 粗粒黑云母回收試驗流程Fig.5 Flowsheet for separation of coarse grained biotite表5 +0.35 mm粒級重選試驗結(jié)果Table 5 Results of coarse grained (+0.35 mm)

%

從表5可以看出，搖床重選可以得到高品位的黑云母精礦，K2O品位為9.58%、回收率為18.77%，作業(yè)回收率為53.58%。

2.2 磷灰石回收

對-0.035 mm粒級產(chǎn)品進行再磨浮選回收磷試驗。為防止磷灰石過粉碎，采用棒磨磨礦，磨礦粒度為-0.074 mm占50.90%，為達到較好的捕收效果，進行了731氧化石蠟皂與2#藥劑(新型藥劑)及2者組合使用的對比試驗[7-8]，試驗流程見圖6，試驗結(jié)果分別見圖7、圖8和圖9。

圖6 磷粗選工藝流程Fig.6 Flowsheet for separation of apatite

圖7 731氧化石蠟皂用量對磷粗精礦指標的影響Fig.7 Influence of 731 oxidized paraffin soap collectordosage on phosphate flotation rough concentrate index■—P2O5品位；□—P2O5回收率

圖8 2#藥用量對磷粗精礦指標的影響Fig.8 Influence of 2# collector dasage on phosphateflotation rough concentrate index■—P2O5品位；□—P2O5回收率

圖9 氧化石蠟皂和2#藥組合作用對磷粗精礦指標的影響(氧化石蠟皂+2#藥)

由圖7～圖9可知：2#新型捕收劑用量比731氧化石蠟皂用量大的多，說明該捕收劑捕收能力差；采用2#新型捕收劑較采用731氧化石蠟皂時，在P2O5回收率接近的條件下，磷粗精礦P2O5品位較高，說明該捕收劑選擇性較好；731氧化石蠟皂捕收能力強，藥劑用量小，但選擇性差，磷粗精礦P2O5品位較低，2#新型捕收劑選擇性好、磷粗精礦品位高，但捕收能力弱，藥劑用量必需達到1 200 g/t以上，且2#藥劑成本高于731氧化石蠟皂；2#藥劑與731氧化石蠟皂組合使用時，磷粗精礦P2O5品位均在20%以上，最高達到27.80%，且藥劑用量得到了大幅度降低；2#藥劑與731氧化石蠟皂用量為300+300 g/t時，可以得到磷粗精礦P2O5品位為23.50%、回收率為93.28%的指標。為了充分發(fā)揮2種藥劑的優(yōu)點，采用731氧化石蠟皂與2#藥劑組合，藥劑用量為300+300 g/t進行磷的浮選回收試驗。

2.3 磁鐵礦回收

經(jīng)1粗2精1掃磷浮選獲得的尾礦主要礦物為磁鐵礦、細云母和透輝石，先磁選回收磁鐵礦，再浮選回收細云母。采用SLon-100周期式脈動高梯度磁選機按圖10流程進行試驗，結(jié)果見表6。

圖10 磁鐵礦回收試驗流程Fig.10 Flowsheet for separation of magnetite表6 浮磷尾礦磁選試驗結(jié)果Table 6 Results of magnetic separation onphosphate flotation tailings

%

由表6可知，開路磁選獲得的精礦含鐵Fe 64.35%，F(xiàn)e回收率為33.62%。

2.4 細粒黑云母回收

磁選尾礦中含有部分細泥，對云母浮選影響較大，在浮選云母前先進行分級脫泥，再進行云母浮選[9-10]。云母浮選在酸性條件下采用十二胺為捕收劑進行。試驗流程見圖11，結(jié)果見表7。

圖11 細粒云母回收流程Fig.11 Flowsheet for separation of fine grained biotite表7 細粒云母浮選試驗結(jié)果Table 7 Results of fine grainedbiotite separation

%

由表7可知，細粒云母精礦K2O品位為8.38%、回收率為37.38%。

2.5 實驗室全流程試驗

在條件試驗的基礎上，進行閉路全流程試驗，試驗流程見圖12，試驗結(jié)果見表8。

圖12 實驗室閉路試驗流程Fig.12 Laboratory closed-circuit test process表8 實驗室閉路試驗結(jié)果Table 8 Results of laboratory closed-circuit test

%

從表8可以看出：閉路試驗獲得了較高的選礦技術(shù)指標，磷精礦P2O5品位為32.01%、P2O5回收率為92.85%，并在此基礎上綜合回收了黑云母和磁鐵礦等礦物，可得K2O品位為9.58%、K2O回收率為20.80%的粗云母精礦和K2O品位為8.38%、K2O回收率為37.38%的細云母精礦，云母總回收率為58.18%；此外，還可獲得TFe品位為64.35%、回收率為33.62%的鐵精礦。

3 結(jié) 論

(1)青海上莊磷礦為含多種礦物的低品位磷灰石礦，礦石主要礦物為透輝石、黑云母、磷灰石和磁鐵礦，還有少量的長石、榍石和方解石。磷灰石多分布在透輝石、黑云母和磁鐵礦的粒間，粒徑一般在0.3～1.5 mm，部分細粒的磷灰石常被透輝石、黑云母和磁鐵礦包裹；黑云母晶體粗大，一般在0.1～2 mm，粗粒可到35 mm，部分黑云母中包含磷灰石和細粒的磁鐵礦。

(2)采用棒磨粗磨(-0.35 mm占78.22%)分級(d=0.35 mm)、粗粒級搖床重選黑云母、細粒級棒磨再磨(-74 μm占50.90%)1粗2精1掃浮選磷灰石、浮選尾礦3段磁選磁鐵礦(一段磁選精礦磨細至-74 μm占94.00%)、磁選尾礦分級(d=45 μm)脫泥后浮選分離透輝石和細云母的聯(lián)合流程，最終獲得了磷精礦P2O5品位32.01%、回收率92.85%；粗云母精礦K2O品位9.58%、回收率20.80%；細云母精礦K2O品位8.38%、回收率37.38%；鐵精礦TFe品位為64.35%、回收率為33.62%的指標。通過實驗室試驗，獲得了滿意的選礦指標，試驗在保證磷灰石和磁鐵礦回收率的情況下，綜合回收了黑云母和透輝石礦物，實現(xiàn)了礦石的綜合回收。

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