低品位硅鈣質膠磷礦擴大連選的試驗研究

2018-10-24 09:10:46鄭桂兵任愛軍李松清宋振國胡曉星

武漢工程大學學報 2018年5期

鄭桂兵，任愛軍，李松清，宋振國，胡曉星

北京礦冶科技集團有限公司礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628

磷礦石按地質成因可分為磷灰石礦、磷塊巖礦和磷灰巖礦三種，其中沉積型磷塊巖礦石是世界磷礦資源中最主要的類型［1］。根據含硅礦物和含鈣礦物的含量，又可分為硅質磷礦、鈣質磷礦和硅-鈣質磷礦。沉積型硅-鈣質磷塊巖類磷礦石即膠磷礦，是磷礦石中最難選的一種。我國磷礦資源居世界第二位，但實際可開采儲量約37億噸，主要分布在云南、貴州、四川、湖北和湖南五省［2］。全國磷礦平均品位僅16.95%，P2O5品位大于30%的富礦僅占6.75%，易選的沉積變質磷灰巖少，難選的磷塊巖儲量多，嚴重制約了我國磷肥和磷精細化工行業的發展［3-5］。

根據礦石性質的不同通常采用不同的選礦方法。硅質磷礦采用Na2SiO3等抑制硅酸鹽礦物而用陰離子捕收劑正浮選磷酸鹽礦物的正浮選工藝，捕收劑常采用脂肪酸及其改性產物等［7-8］，分選效果較好，如寧夏賀蘭山礦。沉積型鈣質磷塊巖采用H2SO4或H3PO4抑制磷酸鹽，陰離子捕收劑浮選白云石、方解石等碳酸鹽礦物的單一反浮選工藝，如甕福磷礦A層礦。沉積變質型硅-鈣質磷灰巖屬易浮磷灰石型磷塊巖，含硅礦物和含鈣礦物采用Na2CO3和Na2SiO3等抑制，陰離子捕收劑正浮選磷灰石的直接浮選工藝［9-12］，如湖北大悟縣黃麥嶺選礦廠。沉積型硅-鈣質磷塊巖類磷礦石即膠磷礦是磷礦石中最難選的一種。膠磷礦是一種結晶微細的與硅酸鹽、碳酸鹽膠結在一起的細晶磷灰石，晶格中的 Ca2+可被 Mg、Mn、Sr、Na、K、Sn 等元素的離子所置換，磷酸根離子也可被其他陰離子基團所替代，造成表面性質發生變化。膠磷礦中磷灰石的嵌布粒度非常細，與脈石礦物的單體解離較困難；而脈石礦物除含有硅酸鹽礦物外，白云石、方解石等與磷灰石可浮性相近的雜質礦物也較多，選礦除雜非常困難。常用的工藝流程有3種：正-反浮選、反-正浮選和雙反浮選［13-15］。正-反浮選工藝流程，首先通過正浮選實現含硅礦物與磷礦物的分離，然后對粗精礦反浮選浮出碳酸鹽礦物，獲得磷精礦。反-正浮選工藝流程，先利用反浮選浮出碳酸鹽礦物，再對槽內礦漿進行正浮選，獲得磷精礦。由于難選膠磷礦石中含磷礦物的產率一般超過50%，采用正浮選不符合“浮少抑多”的浮選原則。雙反浮選是先浮出碳酸鹽，然后浮出硅酸鹽，最終精礦pH值呈中性，易于過濾［16-17］。

本文針對貴州某沉積型硅-鈣質膠磷礦，通過系統的小型試驗研究，開發了“多段反浮選-磁選聯合流程”的選礦工藝，有效脫除了MgO、SiO2及倍半氧化物等雜質，獲得合格品位的磷精礦。與正浮選相比，反浮選工藝的一段磨礦粒度相對較粗，可節省磨礦費用。為了進一步驗證選礦流程的可靠性，開展了擴大連續選礦試驗研究，為該類磷礦資源開發利用提供了設計依據。

1 礦樣性質

原礦的主要化學成分分析結果列于表1中，有效成分為P2O5，主要有害雜質包括MgO、SiO2、Al2O3及Fe2O3。原礦主要礦物組成及其質量分數列于表2中。

表1 原礦主要化學成分分析結果Tab.1 Chemical analysis results of raw ore %

表2 原礦礦物組成Tab.2 Mineral components of raw ore %

礦石中主要有用礦物為膠磷礦，即呈膠態形式存在的磷灰石，白云石、石英及鋁硅酸鹽礦物為主要脈石礦物，還有少量含鐵的褐鐵礦和黃鐵礦等。礦石中膠磷礦、白云石的嵌布粒度以粗粒為主，石英以中、細粒為主，而鋁硅酸鹽等礦物及黃鐵礦、褐鐵礦多以細粒、微細粒包裹體的形式賦存在膠磷礦中。

2 小型試驗確定的選礦工藝流程及設備配置

本文研究的礦石中目標礦物膠磷礦含量高，而脈石礦物白云石、石英、硅酸鹽礦物的相對含量較低。采用了陰離子捕收劑反浮選脫除白云石、陽離子捕收劑反浮選脫除石英和硅酸鹽礦物，采用強磁選脫除氧化鐵礦物，開發了“階段磨礦-多段反浮選-磁選”聯合流程的提磷降雜選礦工藝。通過小型試驗確定的工藝流程圖見圖1，以此流程的工藝參數配置了擴大試驗設備，擴大試驗設備聯系圖見圖2。

圖1 階段磨礦-多段反浮選-磁選選礦工藝流程圖Fig.1 Mineral separation flowsheet of stage grindingmulti-stage reverses flotation-magnetic separation

圖2 擴大試驗設備圖Fig.2 Equipment configuration

工藝礦物學研究表明：一段磨礦細度為-0.074 mm粒級占55%時，膠磷礦單體解離度為84.17%，解離較充分，在此磨礦細度即可實現白云石和部分石英、硅酸鹽脈石礦物的脫除。倍半氧化物由鋁（鐵）硅酸鹽礦物、褐鐵礦及黃鐵礦等組成，隨著再磨細度的增加，強磁選鐵尾礦中的Fe2O3回收率降低，陽離子反浮選Ⅱ脫硅鋁尾礦Ⅱ中的Al2O3回收率增加。因此，原礦一段粗磨經過反浮選脫鎂、一段反浮選脫硅鋁后先強磁選脫鐵，再磨二段反浮選脫硅鋁，獲得P2O5品位34.17%的磷精礦，P2O5回收率80.04%，幾種雜質的含量分別為：w（MgO）=0.98%、w（SiO2）=7.93%、w（Al2O3）=1.42%、w（Fe2O3）=1.03%。

脫鎂反浮選捕收劑BK424，是一種陰離子捕收劑，選擇性好、捕收能力強，添加一次捕收劑即可將磷精礦中MgO含量降至1.0%左右。脫硅鋁反浮選捕收劑BK430，是以改性混合胺為主要原料配制而得，兼顧選擇性與捕收能力，分段加藥效果更佳。

擴大試驗規模為41.67 kg/h，即1 t/d。磨礦作業的設備：磨機為格子式連續球磨機，型號為XMQL-?420×450，與?50×450螺旋分級機形成磨礦分級閉路。浮選機采用24L FX機械攪拌式連續浮選機，其中脫鎂反浮選2槽，第一段脫硅鋁反浮選6槽，第二段脫硅鋁反浮選6槽。脫鐵選用SLon-500立式脈動高梯度強磁選機。

3 擴大試驗

3.1 擴大試驗過程控制及要求

在擴大試驗過程中，每個參數的變化均能導致磷精礦指標的變化，因此需對關鍵參數定期監測及時調整。

1）按照給礦量694.4 g/min進行給礦，每1 h測量1次并記錄，若偏差較大及時調整；

2）第一段磨礦分級溢流濃度為32%，細度-0.074 mm粒級占55%；第二段磨礦分級溢流濃度為13%，細度-0.074 mm粒級占85%。每0.5 h標定1次濃度并記錄；每2 h標定1次細度并記錄；

3）浮選藥劑配制按要求的濃度和配制方法進行制備；每種藥劑各加藥點給藥量1 h標定1次并記錄；觀察浮選現象，發現異常及時進行調整；

4）SLon-500立式脈動高梯度強磁選機在高磁場強度時夾雜嚴重，需在強磁分選箱中補充部分清水。

3.2 擴大試驗指標

調節各參數直到浮選指標穩定，記錄每班藥劑消耗和選別指標，選取穩定運行9個班72 h的綜合數據作為擴大試驗指標，見表3，累計磷精礦P2O5品位為33.80%，P2O5回收率80.02%，幾種雜質的含量分別為：w（MgO）=0.89%、w（SiO2）=8.68%、w（Al2O3）=1.16%、w（Fe2O3）=1.23%，與小型流程試驗結果基本吻合。

表3 擴大試驗磷精礦綜合指標Tab.3 Comprehensive index of phosphate concentrate for pilot test %

3.2 流程考察

在擴大試驗穩定運行期間，進行了流程查定。流程考察共6 h，每20 min取樣1次。取樣完畢測定各取樣點的礦漿量、干礦量、濃度并進行各點的 P2O5、MgO、SiO2、Al2O3和 Fe2O3含量分析。圖 3為選礦擴大試驗數質量流程。

由流程考察結果可知，陰離子反浮選脫鎂尾礦損失P2O5回收率2.64%，一段陽離子反浮選脫硅鋁尾礦損失P2O5回收率6.77%，二段陽離子反浮選脫硅鋁尾礦損失P2O5回收率8.75%，而含鐵尾礦損失P2O5回收率1.37%。鐵尾礦中R2O3的含量為9.88%，強磁選作業在P2O5回收率損失較小的情況下，可以加強倍半氧化物的脫除。

圖3 擴大試驗數質量流程Fig.3 Quantity-quality flowsheet for pilot test

4 擴大試驗產品檢測

4.1 磷精礦主要化學成分分析

穩定運行9個班的磷精礦取綜合樣作為選礦擴大試驗的最終磷精礦，主要化學成分分析見表4。

表4 磷精礦主要化學成分分析Tab.4 Main component analysis of phosphate concentrate%

4.2 磷精礦產品檢查

磷精礦產品中礦物主要為磷灰石，少量石英、白云石，另有伊利石、鉀長石、黃鐵礦及褐鐵礦等礦物，磷灰石粒度范圍主要在0.005 mm～0.030 mm，最粗粒度有0.120 mm；黃鐵礦的粒度范圍在0.002 mm～0.020 mm；褐鐵礦的粒度范圍一般為0.010 mm；石英等礦物的粒度范圍在0.005 mm～0.050 mm。礦物組成及含量列于表5中。