柏泉鐵礦石鐵、磷選礦工藝優化研究

郭文達 韓躍新 張力民 朱一民 李艷軍 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，居世界第二位，但商業資源儲量僅為40億t［1-2］，主要分布在云、貴、川等南方省市，占全國儲量的77%［3］。我國富磷礦（P2O5含量＞30%）儲量為17億t，約占總儲量的9%，按目前的開采速度僅能開采約10 a［4］；我國磷礦石平均P2O5品位為17%［5］，南方磷礦石原礦品位較高，但約70%為難選膠磷礦石［3］。華北與東北地區有約占總儲量7%的巖漿巖型磷礦石，P2O5品位低至2%～5%，常含有 Fe、Ti、V 及稀土等礦物［6-7］，通常優先磁選鐵、鈦等礦物，再對P2O5品位為3%～6%的鐵尾礦進行浮選選磷［8］。南磷北運的高額運費壓力，使此類巖漿巖型磷礦石資源具有了巨大潛在價值［2］。

位于承德市平泉縣的柏泉鐵礦石就屬于巖漿巖型磷鐵礦石，原礦P2O5品位為2.2%左右，TFe品位為10%左右，選廠規模為600萬t/a，采取兩階段磨礦磁選選鐵、磁選尾礦浮選選磷的工藝回收鐵、磷［4］，年產鐵精粉43 萬t，磷精礦13萬t［8-9］。現場在浮選選磷前增設了脫泥濃縮作業，以保證浮選礦漿濃度，這造成了磷的損失，導致磷回收率較低（＜50%）；同時，二段磨礦后的磁選尾礦存在過磨、泥化現象，其與1段選鐵尾礦合并浮選，增大了選磷難度。

針對柏泉鐵礦生產中存在的實際問題，提出了“先磷后鐵”的工藝優化思路，即一段磨礦粗粒選磷，避免泥化，保證磷的回收率；浮選尾礦二段磨礦后選鐵，確保較高的鐵精礦質量指標。該工藝的實現有利于避免原浮選工藝泥化嚴重的問題，且可省去脫泥濃縮作業，減少磷的損失，縮短生產流程，此外，還可省去原工藝礦漿調整劑碳酸鈉的使用。

1 試樣、試劑及試驗設備

1.1 試 樣

試樣為河北鋼鐵集團柏泉鐵礦含磷鐵礦石，主要化學成分分析結果見表1，XRD分析結果見圖1。

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表1表明，試樣中的有價元素P2O5品位為2.22%、Fe品位為10.51%。

圖1表明，試樣中的主要礦物為鉀（鈉）長石、云母、綠泥石、透閃石等硅酸鹽礦物及少量的磁鐵礦，磷灰石含量較低，未見其衍射峰。

1.2 試 劑

捕收劑為柏泉鐵礦現場選磷用捕收劑BQ-2，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；水玻璃作為礦泥分散劑及硅酸鹽脈石礦物的抑制劑，也配制成濃度為5%的溶液使用。

1.3 試驗設備

磨礦采用XMB-?200×150型棒磨機，浮選粗選采用XFD-1.5L型浮選機、精選采用XFD-0.5L型浮選機，選鐵采用RK/CRS?400×300型弱磁選機。

2 試驗結果與討論

2.1 浮選選磷試驗

2.1.1 條件試驗

浮選條件試驗采用1次粗選流程（圖2），試驗內容包括一段磨礦細度試驗、BQ-2及水玻璃用量試驗。

2.1.1.1 一段磨礦細度試驗

一段磨礦細度試驗固定BQ-2用量為800 g/t，水玻璃用量為400 g/t，試驗結果見圖3。

圖3表明，當磨礦細度從-0.074 mm占30%提高至40%，浮選磷粗精礦P2O5品位從23.36%降至20.34%，回收率從68.21%升至80.28%；磨礦細度進一步提高至-0.074 mm占70%，磷粗精礦P2O5品位繼續下降至17.06%，回收率上升至85.80%。綜合考慮，確定一段磨礦細度為-0.074 mm占40%。

2.1.1.2 BQ-2用量試驗

BQ-2用量試驗固定一段磨礦細度為-0.074 mm占40%、水玻璃用量為400 g/t，試驗結果見圖4。

圖4表明，BQ-2用量從400 g/t增大至1 200 g/t，磷粗精礦P2O5品位先小幅上升后小幅下降，高點在BQ-2用量為600 g/t時，對應的P2O5品位為21.57%；隨著BQ-2用量的增大，磷粗精礦P2O5回收率呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定磷粗選的BQ-2用量為1 000 g/t。

2.1.1.3 水玻璃用量試驗

水玻璃用量試驗固定一段磨礦細度為-0.074 mm占40%、BQ-2用量為1 000 g/t，試驗結果見圖5。

圖5表明，水玻璃用量從100 g/t增至400 g/t，磷粗精礦P2O5回收率從75.36%提高至85.37%，P2O5品位變化較小；繼續增大水玻璃用量至600 g/t，磷粗精礦P2O5品位下降，而P2O5回收率升幅很小。因此，確定水玻璃的用量為400 g/t。

2.1.2 閉路試驗

在條件試驗和開路試驗基礎上進行了閉路試驗，結果見表2，試驗流程見圖6。

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由表2可知，采用圖6所示的流程浮選選磷，可獲得P2O5品位為31.58%、回收率為77.97%的磷精礦，選磷尾礦鐵品位為10.88%、回收率達99.40%，浮選選磷使鐵富集在尾礦中，有利于后續磁選選鐵，并控制鐵精礦含磷。

2.2 磁選選鐵試驗

2.2.1 一段弱磁選磁場強度試驗

一段弱磁選磁場強度試驗采用1次粗選流程，給礦為1粗2掃開路浮選選磷試驗尾礦，試驗結果見圖7。

圖7表明，隨著磁場強度的提高，鐵粗精礦Fe品位呈先快后慢的下降趨勢，Fe回收率呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定弱磁粗選磁場強度為84 kA/m。

2.2.2 二段磨礦細度試驗

二段磨礦細度試驗采用2次弱磁精選流程，給礦為弱磁粗選精礦，2次弱磁精選磁場強度均為84 kA/m，試驗結果見表3。

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表3表明，隨著二段磨礦細度的提高，鐵精礦Fe品位上升，Fe回收率變化不大。綜合考慮，確定二段磨礦細度為-0.045 mm占84%，對應的精礦Fe品位為66.21%、鐵回收率為47.03%。

2.3 全流程試驗

在上述試驗基礎上進行了全流程試驗，試驗流程見圖8，結果見表4。

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表4表明，采用圖9所示的流程處理礦石，可獲得P2O5品位為31.58%、回收率為77.97%的磷精礦和Fe品位為66.21%、回收率為47.03%的鐵精礦。

3 結論

（1）柏泉巖漿巖型磷鐵礦石為含磷低品位鐵礦石，主要可回收的目的礦物為磁鐵礦和磷灰石。

（2）對于柏泉鐵礦選礦廠的先選鐵再選磷工藝流程存在的流程復雜、鐵尾礦泥化較嚴重、脫泥作業造成磷流失，以及選磷藥劑制度較復雜（需添加調整劑碳酸鈉）等問題，試驗采用“先磷后鐵、先浮后磁”工藝進行了選礦試驗研究。結果表明，礦石在一段磨礦細度為-0.074 mm占40%的情況下，以BQ-2為捕收劑、水玻璃為調整劑，經1粗3精2掃閉路浮選流程選磷，獲得了P2O5品位為31.58%、回收率為77.97%的磷精礦，浮選選磷尾礦經1次弱磁粗選拋尾—粗精礦再磨（-0.045 mm占84%）—2次弱磁精選流程選鐵，獲得了Fe品位為66.21%、回收率為47.03%的鐵精礦。