柏泉磷鐵礦石可選性研究

2018-10-13 01:00:12郭文達朱一民韓躍新李艷軍張力民范志國

中國礦業 2018年10期

郭文達，朱一民，韓躍新，李艷軍，張力民，范志國

(1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽 110819；2.朝陽東大礦冶研究院，遼寧朝陽 122606；3.河北鋼鐵集團礦業有限公司承德柏泉鐵礦，河北承德 067500)

我國磷礦資源儲量豐富，位于世界第二位，已探明資源為176億t，但商業資源儲量僅為40億t[1-2]。我國磷礦資源主要分布在云南、貴州、四川等南方省市，占全國儲量的77%[3]。隨著磷化工的發展，磷礦需求越來越大，中國的富磷礦(P2O5>30%)儲量17億t，占總儲量的9%，將在10年后開采耗盡[4]。我國大多數磷礦石屬于中低品位磷礦，全國的磷礦石(P2O5)平均品位只有17%[5]。南方磷礦原礦品位較高，但約70%為難選膠磷礦[3]。我國華北與東北地區有約占總儲量7%的巖漿巖型磷礦石，此類礦石相對易選，但P2O5品位低至2%～5%，且常含有Fe、Ti、V及稀土等礦物[6-7]。通常優先磁選選鐵、鈦等礦物，尾礦當中存在3%～6%的P2O5，部分選場通過浮選回收，作為選礦附產品[8]。隨著南磷北運的高額運費造成的成本壓力，這種巖漿巖型磷礦石資源具有巨大潛在價值[2]。

位于承德市平泉縣的柏泉鐵礦就是屬于此類巖漿巖型磷鐵礦石，選廠規模600萬t，年產鐵精粉43萬t，磷精礦13萬t[8-9]。隨著礦石的不斷開采，原礦的性質有所變化，選礦指標不斷降低。選廠磷精礦的回收率不足50%，P2O5品位31%左右，鐵精礦TFe回收率48%左右，且品位低于65%，因此急需進行礦石的可選性研究為該磷鐵礦石的選礦優化提供技術支持和理論指導。

1 實驗材料與實驗方法

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣為承德柏泉鐵礦選廠開采原礦石。礦樣經對輥破碎機破碎，破碎后產品通過篩孔尺寸為2 mm的振動篩，對篩分產品進行混勻、縮分制備出試驗樣。試驗樣品化學成分分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2，XRD分析結果見圖1。

圖1 試樣XRD分析結果

表1 試樣化學成分分析結果

成分P2O5TFeFeOSiO2Al2O3CaO含量/%2.1210.315.3644.6313.908.07成分MgOTiO2K2ONa2OBaS含量/%4.862.252.453.370.490.43

表2 試樣鐵物相分析結果

化學成分分析結果表明，柏泉原礦中主要含有鐵、硅、鋁、鈣、鎂、鈦、磷等元素，原礦中P2O5品位為2.12%、TFe品位10.31%，礦石中主要可利用的元素為鐵、磷。鐵物相分析結果表明，礦石中的鐵元素主要存在磁鐵礦和赤(褐)鐵礦中，其鐵元素峰分布率分別為50.63%和24.73%。XRD分析結果表明，柏泉原礦主要由鉀(鈉)長石、云母、綠泥石、透閃石等硅酸鹽礦物組成，含有少量磁鐵礦和磷灰石。磁鐵礦、磷灰石為可回收的礦物，脈石主要是鉀(鈉)長石、云母等硅酸鹽礦物。

1.2 試驗藥劑

捕收劑為柏泉鐵礦現場選磷捕收劑，是一種以氧化石蠟皂、油酸鈉和MES按一定比例復配而成的高效選磷捕收劑，配制成濃度為5%的溶液使用。水玻璃用作分散劑及硅酸鹽脈石的抑制劑，配制成濃度為5%的溶液使用。

1.3 試驗方法

取-2 mm試驗礦樣500 g，采用XMB-Φ200×150棒磨機進行一段磨礦，磨礦礦漿質量濃度50%。一段磨礦產品采用RK/CRSΦ400×300型弱磁選機進行一段磁選拋尾；一磁精礦進行二段磨礦，然后弱磁選得到最終鐵精礦。磁選總尾礦用XFD-1.5L型浮選機進行粗選，浮選粗精礦用XFD-0.5L型浮選機進行精選，得到磷精礦。此階段磨礦-磁選-浮選聯合工藝原則流程見圖2。

圖2 階段磨礦-磁選-浮選聯合工藝

2 結果與討論

2.1 一段磨礦-磁選試驗

對試樣進行一段磨礦，磨礦產品進行弱磁選試驗，探究適宜的一段磨礦細度和磁場強度。

2.1.1 一段磨礦細度試驗

在磁場強度為84 kA/m條件下，原礦不同磨礦細度的磁選試驗結果見圖3。當一段磨礦細度由-0.074 mm占30%提高40%后，磨礦產品一段磁選精礦TFe品位逐漸增加至最大值52.85%，此后增大磨礦細度一段磁選精礦回收率變化不大穩定在53%左右，而TFe品位卻降低。因此，一段磨礦細度為-0.074 mm占40%較為適宜。

2.1.2 磁場強度試驗

在磨礦細度-0.074 mm占40%條件下，改變磁場強度，進行磁場強度條件試驗，結果見圖4。當磁場強度由24 kA/m提高至60 kA/m，一段磁選精礦產品的TFe品位由59.61%降至54.16%，鐵回收率由28.27%提高至52.64%。當磁場強度大于60 kA/m后，一段磨礦磁選指標變化不大，但為了避免磁場波動對分選的影響，選取適宜的磁場強度為84 kA/m進行后續試驗。

圖3 一段磨礦細度條件試驗結果

圖4 磁場強度試驗結果

2.2 二段磨礦-磁選試驗

對一段磁選精礦二段磨礦細磨后，在磁場強度均為84 kA/m條件下，進行第二段、三段磁選試驗，試驗流程見圖5。不同磨礦細度下的第二段、三段磁選鐵精礦指標分別見圖6和圖7。

圖5 二段磨礦-磁選試驗流程

圖6 不同二段磨礦細度下的二磁精礦TFe指標

圖7 不同二段磨礦細度下的三磁精礦TFe指標

由試驗結果可知，隨著二段磨礦細度增加，二段、三段磁選精礦的TFe品位均逐漸升高，回收率均有所降低，但二段磁選精礦TFe品位均小于64%，故需要進行三段磁選試驗。當二段磨礦細度-0.074 mm含量大于85%后，精礦TFe品位超過64%，達到現場要求的生產指標。若需進一步提高鐵精礦品位，需提高二段磨礦細度，但相應磨礦能耗增加。綜合考慮，最佳二段磨礦細度-0.074 mm占85%，此時，可獲得TFe品位64.25%，回收率50.47%的鐵精礦，此時，階段磨礦-磁選的數質量流程圖見圖8。

2.3 磁選尾礦浮選試驗

對磁選選鐵總尾礦進行正浮選選磷試驗，分別探究正浮選適宜的捕收劑、水玻璃用量(用量均以入浮礦樣為基準)。正浮選選磷條件試驗流程見圖9。

圖8 階段磨礦-磁選數質量流程圖

圖9 磁選尾礦磷浮選條件試驗流程圖

2.3.1 水玻璃用量試驗

在捕收劑用量為800 g/t的條件下，進行水玻璃用量條件試驗，試驗結果見圖10。當水玻璃用量在200～600 g/t范圍內，磷精礦P2O5品位、回收率變化不顯著；當水玻璃用量超過600 g/t，磷精礦中P2O5品位變化不大，回收率呈下降趨勢。為了保證礦漿具有較好的分散性同時提高磷精礦中磷回收率，確定最佳的水玻璃用量為400 g/t。

2.3.2 捕收劑用量試驗

在水玻璃用量400 g/t的條件下，進行捕收劑用量條件試驗，浮選試驗結果見圖11。試驗結果表明：捕收劑用量由200 g/t增至600 g/t時，浮選精礦P2O5回收率從20.69%快速增加至86.85%，同時品位從17.43%增加到18.09%；進一步將捕收劑用量至1000 g/t，磷精礦P2O5品位迅速降低至13.26%，回收率變化較小。因此，捕收劑用量以600 g/t較為適宜。

圖10 水玻璃用量試驗結果

圖11 捕收劑用量試驗結果

2.3.3 浮選閉路試驗

選磷浮選條件試驗確定了適宜的捕收劑用量為600 g/t，水玻璃用量為400 g/t，結合浮選開路實驗的探究結果，進行1粗3精2掃的浮選閉路試驗，閉路試驗流程及結果見圖12。閉路試驗結果表明，磁選尾礦經1粗3精2掃浮選閉路試驗，可獲得P2O5品位30.74%、作業回收率72.80%的磷精礦。

圖12 選磷閉路試驗流程及結果

2.4 階段磨礦-磁選-浮選工藝全流程試驗

通過對柏泉原礦進行系列的磨礦、磁選和浮選試驗，確定了階段磨礦-磁選-浮選工藝用于柏泉鐵礦磷、鐵回收的最佳選別流程見圖13，選別指標見表3。

柏泉磷鐵礦石在一段磨礦-0.074 mm占40%，二段磨礦細度-0.074 mm占85%的條件下，進行階段磨礦-磁選-浮選工藝全流程試驗，可獲得P2O5品位30.74%、總回收率72.94%的磷精礦，TFe品位64.52%、回收率50.47%的鐵精礦；總尾礦中P2O5含量0.66%，TFe含量5.80%。