遼寧某含鐵低品位磷礦石選礦試驗(yàn)研究

高 楊，胡志剛，張家琪

(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

磷礦是重要的化工原料礦物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)工業(yè)中占重要地位。我國(guó)磷礦資源豐富，截至2016年底，查明資源儲(chǔ)量244.1億t[1]，已探明資源總量位居世界第二位。但我國(guó)磷礦石大部分為低品位難選礦石，大于30%的富磷礦石已近枯竭，不能滿足迅速增長(zhǎng)的磷肥產(chǎn)能和磷化工產(chǎn)品對(duì)磷礦石的需求，因此，低品位磷礦石選礦和綜合利用對(duì)促進(jìn)磷礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

我國(guó)磷礦石礦床主要有三大類型：沉積型磷塊巖礦床、巖漿型磷灰石礦床和變質(zhì)巖型磷灰?guī)r礦床，礦石工業(yè)類型分為磷灰?guī)r和磷塊巖。礦石儲(chǔ)量大、品位較高的沉積型磷塊巖礦床主要分布在川滇黔湘鄂五省，五省儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)量的85%以上。但該類型礦石磷礦物嵌布粒度小，并與細(xì)粒碳酸鹽和硅酸鹽礦物緊密共生，礦石可選性差。磷塊巖選礦一般采用正浮選或反浮選等方法，工藝流程較復(fù)雜，選礦指標(biāo)不高。變質(zhì)巖型磷灰?guī)r礦床主要分布在蘇皖鄂地區(qū)，華北、華東和東北地區(qū)以巖漿型磷灰石礦床為主。變質(zhì)巖和巖漿型磷灰石礦床儲(chǔ)量只占總儲(chǔ)量的7%，且磷品位低，P2O5含量一般為3%～5%。但磷灰石結(jié)晶較粗，可選性好，且礦石中常伴生有釩、鈦、鐵、鈷等，綜合利用價(jià)值較大[3-4]。

遼寧地區(qū)多為變質(zhì)巖型磷灰石礦，磷灰石含量低，雖然礦石的可選性較好，但選礦比大，精礦成本高，部分礦山只利用磁選工藝回收其中的磁鐵礦，將磷灰石丟棄于磁選尾礦之中，造成磷礦資源的浪費(fèi)。本文針對(duì)遼寧某地含鐵磷礦石，采用浮選-磁選聯(lián)合流程，實(shí)現(xiàn)了磷和鐵的有效分選，并獲得了較好的技術(shù)指標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)

遼寧某含鐵低品位磷礦石具有明顯的粒狀變晶結(jié)構(gòu)和片麻狀構(gòu)造，礦石中非金屬礦物主要有斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、黑云母、石英、角閃石、磷灰石等，金屬礦物主要有磁鐵礦和黃鐵礦。礦石中的礦物組成及含量見表1，礦石化學(xué)成分分析見表2。

礦石中的有價(jià)元素為磷和鐵。通過(guò)巖礦鑒定分析可知，含磷礦物主要為磷灰石，其在礦石中以粒狀或渾圓粒狀產(chǎn)出，晶體邊緣清晰，與長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石等顆粒混雜分布，粒徑一般為0.1～0.2 mm。礦石中含鐵礦物相對(duì)較多，可回收的鐵礦物為磁鐵礦，礦石的鐵物相分析見表3。磁鐵礦在礦石中呈半自形至他形晶粒狀，在礦石中分布不均勻，大部分以中細(xì)粒集合體產(chǎn)出，集合體中夾雜有細(xì)粒硅酸鹽礦物，少量磁鐵礦呈浸染狀分布于長(zhǎng)石、石英等礦物粒間，少量磁鐵礦粒間有黃鐵礦穿插，磁鐵礦粒度一般為0.05～0.5 mm。

磷灰石和磁鐵礦多呈粒狀分布在脈石礦物粒間，顆粒結(jié)晶較好，磷灰石中粗粒相對(duì)較多，并且兩者共生關(guān)系不密切，單體解離較為容易。

表1 礦石中礦物組成及含量Table 1 Mineral composition and content of raw ore

表2 原礦化學(xué)成分分析Table 2 Chemical composition analysis of raw ore

表3 原礦鐵物相分析Table 3 Iron phase analysis of raw ore

2 選礦試驗(yàn)

礦石中的選礦目的礦物是磷灰石和磁鐵礦，磷灰石富集分離的有效方法是浮選，磁鐵礦則采用磁選法最為簡(jiǎn)單有效[5]。試驗(yàn)首先通過(guò)先浮選磷灰石，浮選尾礦磁選富集磁鐵礦的流程確定浮選和磁選的分選條件，然后再進(jìn)行先浮后磁和先磁后浮的流程對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 磷灰石浮選試驗(yàn)

2.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦的目的是使目的礦物單體解離，磨礦細(xì)度決定了目的礦物的單體解離程度，目的礦物的單體解離是對(duì)其進(jìn)行有效分選的前提。因此，適宜的磨礦細(xì)度對(duì)實(shí)現(xiàn)礦物間的有效分選至關(guān)重要。浮選條件試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)以Na2CO3為pH值調(diào)整劑，用量1 500 g/t；水玻璃為脈石礦物抑制劑和分散劑，用量1 000 g/t；捕收劑采用復(fù)合陰離子藥劑，用量800 g/t。磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖1 浮選條件試驗(yàn)流程Fig.1 Process flow of flotation condition

由圖2可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，磷粗精礦品位和回收率逐漸增加，說(shuō)明磷灰石解離度逐漸提高，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm含量達(dá)到72%以上，精礦回收率增加趨緩，精礦品位則有較明顯下降，說(shuō)明礦泥對(duì)浮選精礦品位影響較大。因此，該礦石的適宜磨礦細(xì)度為-0.074 mm 72%。

2.1.2 pH值調(diào)整劑用量試驗(yàn)

浮選磷灰石通常是在弱堿性條件下進(jìn)行，Na2CO3是常用的pH值調(diào)整劑，并且具有消除Ca2+、Mg2+離子的有害影響和減輕礦泥對(duì)浮選不利影響的作用[6]。本次試驗(yàn)以碳酸鈉為pH值調(diào)整劑，考查pH值對(duì)磷灰石浮選的影響。試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of grinding fineness experiment

圖3 pH值調(diào)整劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of pH value adjustor dosage experiment

由圖3可知，Na2CO3用量增加，磷粗精礦品位略有降低，磷回收率先增加后降低，在Na2CO3用量為1 500 g/t時(shí)回收率最高。

2.1.3 水玻璃用量試驗(yàn)

水玻璃對(duì)石英、硅酸鹽等脈石礦物有良好的抑制作用[7]。礦石中的脈石礦物主要為長(zhǎng)石、黑云母、石英和角閃石，均為硅酸鹽礦物，因此，選擇水玻璃為脈石礦物抑制劑，考查其對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，水玻璃用量對(duì)磷灰石浮選的影響比較明顯，水玻璃用量小于1 000 g/t時(shí)，磷粗精礦品位和回收率隨著水玻璃用量的增加而提高。水玻璃用量大于1 000 g/t后，繼續(xù)增加水玻璃用量則對(duì)磷灰石浮選產(chǎn)生不利影響，磷粗精礦品位和回收率均降低。因此，水玻璃用量不宜超過(guò)1 000 g/t。

2.1.4 捕收劑種類試驗(yàn)

磷礦物浮選常用的捕收劑為陰離子的脂肪酸類藥劑及其改性或復(fù)配的藥劑[8]，本試驗(yàn)對(duì)油酸鈉、改性油酸、氧化石蠟皂和一種復(fù)合型陰離子捕收劑進(jìn)行了考查，以確定這4種藥劑對(duì)試驗(yàn)礦石的浮選效果。在800 g/t相同的藥劑用量條件下，經(jīng)過(guò)一次粗選獲得的磷粗精礦品位及回收率指標(biāo)見表4。

由表4可知，油酸鈉和改性油酸可以獲得較高的粗精礦品位，但回收率較低，說(shuō)明這兩種捕收劑選擇性相對(duì)較好，捕收能力不足。氧化石蠟皂粗精礦回收率較高，粗精礦品位較低，說(shuō)明其選擇性較差。復(fù)合捕收劑的粗精礦品位和回收率均較高，說(shuō)明其對(duì)磷灰石具有較好的選擇性和較強(qiáng)的捕收能力。

2.1.5 捕收劑用量試驗(yàn)

脂肪酸類捕收劑具有較強(qiáng)的起泡性，用量過(guò)大時(shí)，浮選泡沫黏稠，浮選的選擇性明顯降低。試驗(yàn)對(duì)復(fù)合捕收劑的用量進(jìn)行了考查，以確定對(duì)該礦石浮選的適宜用量，不同用量條件下磷灰石浮選粗精礦的品位和回收率見圖5。

圖4 水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of water glass dosage experiment

表4 捕收劑種類對(duì)浮選指標(biāo)的影響
Table 4 The influence of collector type on flotation index

捕收劑名稱粗精礦品位(P2O5)/%粗精礦回收率(P2O5)/%油酸鈉23.7476.44改性油酸22.9781.84氧化石蠟皂19.2191.07復(fù)合捕收劑22.7692.15

圖5 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Results of collector dosage experiment

由圖5可知，捕收劑用量增加，磷粗精礦回收率逐漸增加，粗精礦品位逐漸降低，當(dāng)復(fù)合捕收劑用量達(dá)到1 000 g/t時(shí)，粗精礦回收率雖然有所增加，但品位顯著降低，說(shuō)明浮選的選擇性明顯降低，大量脈石礦物進(jìn)入粗精礦中，綜合考慮品位及回收率指標(biāo)，復(fù)合捕收劑的適宜用量為800 g/t。

2.2 浮選尾礦磁選試驗(yàn)

2.2.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

磁性顆粒在磁選過(guò)程中受到的磁力與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度有關(guān)，試驗(yàn)采用鼓式磁選機(jī)對(duì)浮選尾礦中的磁鐵礦進(jìn)行了分選富集，磁選機(jī)轉(zhuǎn)鼓表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)分選指標(biāo)的影響見圖6。

由圖6可知，磁選機(jī)轉(zhuǎn)鼓表面磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，鐵精礦TFe回收率明顯增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到80 kA/m后繼續(xù)提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，TFe回收率基本不再增加，說(shuō)明礦石中的磁鐵礦已得到較好回收。因此，確定尾礦磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為80 kA/m。

2.2.2 鐵精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)

在原礦磨礦細(xì)度為-0.074 mm含量72%的條件下，浮選尾礦磁選獲得的鐵精礦品位較低。對(duì)鐵精礦進(jìn)行顯微鏡下分析，發(fā)現(xiàn)精礦中的細(xì)粒磁鐵礦未充分解離，脈石礦物以連生體的形成進(jìn)入鐵精礦，因此，鐵精礦需要再磨再選以提高精礦品位。再磨細(xì)度與鐵精礦品位的關(guān)系見表5。

圖6 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Results of magnetic intensity experiment

表5 鐵精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果
Table 5 Results of regrinding fineness experiment of iron concentrate

再磨細(xì)度(-0.045 mm)/%75.4080.2085.8090.20鐵精礦品位(TFe)/%61.6064.7166.1266.58

鐵精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵精礦的磨礦細(xì)度達(dá)到-0.045 mm含量85.8%以上，才能獲得TFe品位大于65%的鐵精礦。

2.3 選礦流程對(duì)比試驗(yàn)

通過(guò)浮選和磁選條件試驗(yàn)，對(duì)影響浮選、磁選的因素進(jìn)行了考查并確定了最佳分選條件。為使礦石中磷灰石和磁鐵礦充分分離富集并減少兩者的混雜，對(duì)先浮選后磁選和先磁選后浮選兩種工藝流程進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，以確定適宜的選礦工藝流程。試驗(yàn)流程分別見圖7和圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖7 先浮選后磁選流程Fig.7 Process flow of flotation followed by magnetic separation

圖8 先磁選后浮選流程Fig.8 Process flow of magnetic separation followed by flotation

表6 選礦流程對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
Table 6 Comparison experiment results of ore dressing process

流程名稱產(chǎn)品名稱品位/%回收率/%P2O5TFeP2O5TFe先浮選后磁選磷精礦鐵精礦19.820.0941.6766.2695.160.411.5355.48先磁選后浮選磷精礦鐵精礦19.250.161.0265.8294.120.690.9456.59

通過(guò)流程對(duì)比可以看出，兩種流程獲得的技術(shù)指標(biāo)基本相近，先浮選后磁選流程獲得的磷精礦和鐵精礦品位相對(duì)較高，磷回收率略高，并且鐵精礦中磷含量低于先磁選的鐵精礦，因此，先浮選后磁選流程有利于礦石中磷的回收和保證鐵精礦質(zhì)量。先磁選后浮選流程雖然可以減少浮選入選的礦石量，有利于降低磷精礦中的鐵含量，但兩次磁選后的礦漿體積增加，礦漿濃度降低，磁選尾礦需濃縮脫水，否則在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)降低浮選時(shí)間，影響磷的回收。而對(duì)于浮選后再磁選來(lái)說(shuō)，磁選機(jī)對(duì)礦漿濃度的適應(yīng)性要遠(yuǎn)勝于浮選機(jī)。綜合考慮選礦指標(biāo)和各種因素，采用先浮選后磁選的選礦流程處理該礦石是適宜的。

2.4 選礦流程閉路試驗(yàn)

閉路試驗(yàn)主要是考查中礦產(chǎn)品循環(huán)進(jìn)入選礦系統(tǒng)后對(duì)浮選指標(biāo)的影響。浮選流程采用一次粗選、一次掃選和兩次精選，磁選流程為一次粗選和粗精礦再磨精選，試驗(yàn)流程見圖9，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

通過(guò)閉路試驗(yàn)最終獲得了P2O5含量35.25%的磷精礦和TFe含量66.21%的鐵精礦，磷精礦P2O5回收率93.71%，鐵精礦TFe回收率55.72%。原礦石中磁性鐵mFe含量較低，僅占全鐵TFe含量的61.30%，計(jì)算可得鐵精礦mFe回收率90.90%。

2.5 精礦質(zhì)量分析

閉路試驗(yàn)獲得的磷精礦和鐵精礦的質(zhì)量分析結(jié)果見表8和表9。

表7 選礦閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Experiment results of close-circuit process

表8 磷精礦質(zhì)量分析結(jié)果Table 8 The analysis results of phosphate concentrate quality

表9 鐵精礦質(zhì)量分析結(jié)果Table 9 The analysis results of iron concentrate quality

3 結(jié) 論

1) 遼寧某含鐵低品位磷礦石中選礦目的礦物是磷灰石和磁鐵礦，兩種礦物在礦石中的共生關(guān)系不密切，同時(shí)，兩者在可浮性和磁性上具有較大的差異，因此，有利于采用浮選和磁選工藝實(shí)現(xiàn)兩者的分離與富集。

2) 礦石中磷灰石嵌布粒度相對(duì)較粗，磁鐵礦粒度相對(duì)較細(xì)。在-0.074 mm含量72%的磨礦細(xì)度下，通過(guò)浮選可以獲得質(zhì)量較好的磷精礦。磷浮選尾礦磁選獲得鐵精礦品位較低，經(jīng)再磨再選后，方可獲得質(zhì)量較高的鐵精礦。

3) 通過(guò)對(duì)浮選磁選先后順序不同的兩種流程的對(duì)比可以看出，兩種流程獲得的技術(shù)指標(biāo)基本相近，先浮選后磁選流程獲得的磷精礦和鐵精礦品位相對(duì)較高，磷回收率也略高，并且鐵精礦中磷含量低于先磁選的鐵精礦，因此，先浮選后磁選流程有利于礦石中磷的回收和保證鐵精礦質(zhì)量。

圖9 選礦閉路試驗(yàn)流程Fig.9 Process flow of close-circuit experiment