攀西某釩鈦磁鐵礦尾礦中磷的回收實(shí)驗(yàn)研究

陳超，張?jiān)顬t雨，徐力，劉能云

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，中國地質(zhì)調(diào)查局金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究中心，四川 成都 610041；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

磷礦是具有戰(zhàn)略意義的非金屬礦，主要用于制造磷肥、黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸類鹽，用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥、食品、國防等工業(yè)，具有不可替代性和不可再生性。目前磷資源日漸枯竭已成為世界性問題，加強(qiáng)利用中、低品位磷礦，擴(kuò)展磷礦資源可利用范圍，是解決磷資源匱乏的當(dāng)務(wù)之急。攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦是我國重要的戰(zhàn)略資源，在攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦中，磷灰石是分布比較廣泛的一種副礦物，各礦區(qū)、各礦段不同礦石中含量變化較大，主要富集在輝長巖型礦石中。

不少學(xué)者針對(duì)低品位伴生磷資源的綜合利用開展了大量研究。凌祿根[1]、李運(yùn)漢[2]、錢韻等[3]對(duì)凹山鐵礦床伴生磷資源綜合利用進(jìn)行了分析，表明綜合回收凹山鐵礦伴生磷資源是可行的。高磷鮞狀赤鐵礦礦中的磷一般難以綜合利用，經(jīng)過深度還原優(yōu)化過程控制，可制成富磷渣[4]或鋼渣磷肥[5]。陳達(dá)等[6]對(duì)國外某地釩鈦磁鐵礦，采用弱磁選-強(qiáng)磁選-浮選聯(lián)合工藝流程，不僅能有效選別鈦磁鐵礦、鈦鐵礦，還可綜合回收該資源中伴生的磷資源(含P2O54.19%)，得到產(chǎn)率為9.85%、品位為36.76%的優(yōu)質(zhì)磷精礦。鄭桂兵等[7]針對(duì)承德地區(qū)P2O5含量為2.11%的鐵礦，在礦漿常溫堿性條件下，磨礦細(xì)度為-0.074 mm 48%時(shí)，獲得了含P2O5為33.12%，P2O5回收率89.62%的閉路浮選磷精礦。羅斌等[8]對(duì)承德地區(qū)P2O5含量為2.17%的鐵礦，經(jīng)過一粗一掃四次精選，可以得到產(chǎn)率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精礦。王偉之等[9]對(duì)P2O5品位為3.05%的釩鈦磁鐵礦磁選尾礦，獲得了P2O5品位為33.50%、回收率為92.18%的優(yōu)質(zhì)磷精礦。其他對(duì)鐵礦中伴生磷資源的綜合利用，主要針對(duì)北方地區(qū)的鐵礦尾礦[10～11]。

目前為止，承德地區(qū)釩鈦磁鐵礦尾礦中的伴生磷資源的綜合利用取得了較好的成績，但攀西地區(qū)的伴生磷資源的研究及應(yīng)用還未見有報(bào)道。因此，針對(duì)攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦伴生磷資源的綜合利用技術(shù)研究，查明攀西地區(qū)伴生磷資源的可利用性，對(duì)資源節(jié)約集約利用有重要意義。

1 原料來源與制備

原料來源于攀西地區(qū)某釩鈦磁鐵礦尾礦，其主要成分見表1，AMICS分析見圖1，礦物定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表1 原料主要成分分析/%Table 1 Analysis results of main components of raw materials

圖1 原料AMICS礦物分析Fig. 1 AMICS mineral analysis chart of raw material

表2 原料礦物含量Table 2 Mineral content of raw materials

由表1、2和圖1可知，原料中主要有價(jià)成分包括鐵、鈦、硫等，同時(shí)含有少量的磷灰石，P2O5含量為0.87%。主要有用礦物為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、磷灰石等，主要脈石礦物為輝石-鈦輝石、橄欖石、長石等。為充分回收原料中的有價(jià)成分，對(duì)該原料首先進(jìn)行了浮選選硫化物、弱磁選鐵和強(qiáng)磁選鈦實(shí)驗(yàn)，所得的尾礦為選磷原料。實(shí)驗(yàn)流程見圖2，選磷原料成分分析結(jié)果見表3。

圖2 選磷原料制備流程Fig. 2 Flow chart of material preparation for phosphorus separation

表3 選磷原料分析結(jié)果/%Table 3 Analysis results of material for phosphorus separation

由表3可知，經(jīng)過浮選選硫、弱磁選鐵、強(qiáng)磁選鈦以后，獲得了P2O5含量為1.41%、P2O5回收率為78.38%的選磷原料。磷在強(qiáng)磁選尾礦中有一定程度富集，但比北方地區(qū)鐵礦尾礦中的磷含量明顯偏低。

2 浮選實(shí)驗(yàn)

浮選是回收磷礦物的主要方法，常用的磷礦浮選捕收劑主要為脂肪酸及其皂類，輔助捕收劑為烴油類[13]。該原料中主要的脈石礦物為輝石-鈦輝石、橄欖石和長石等硅酸鹽礦物，此類硅酸鹽礦物通常利用水玻璃、六偏磷酸鈉等作為脈石礦物抑制劑。經(jīng)過大量藥劑探索實(shí)驗(yàn)，確定采用多種脂肪酸皂復(fù)配的EM-360作為捕收劑，碳酸鈉作為pH值調(diào)整劑，水玻璃作為分散劑和脈石礦物抑制劑。浮選粗選實(shí)驗(yàn)流程見圖3。

圖3 浮選粗選實(shí)驗(yàn)流程Fig. 3 Flow chart of flotation roughing test

2.1 碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)

pH值是影響浮選指標(biāo)的重要因素，碳酸鈉作為pH值調(diào)整劑，對(duì)礦物表面也有一定的清洗作用。碳酸鈉用量條件實(shí)驗(yàn)固定水玻璃用量為500 g/t，捕收劑用量為500 g/t，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 4 Results of sodium carbonate dosage test

從圖4中可以看出，隨著碳酸鈉用量的增加，磷粗精礦P2O5品位先增加后降低，磷回收率逐漸增加。當(dāng)碳酸鈉用量超過2500 g/t時(shí)，磷精礦品位下降，回收率增加不明顯。綜合考慮確定碳酸鈉用量為2500 g/t，此時(shí)礦漿pH值為9.5左右。

2.2 水玻璃用量實(shí)驗(yàn)

水玻璃用量條件實(shí)驗(yàn)固定碳酸鈉用量為2500 g/t，捕收劑用量為500 g/t，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 水玻璃用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 5 Results of sodium silicate dosage test

圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水玻璃用量的增加，磷粗精礦品位變化不大，磷回收率先增加后降低。當(dāng)水玻璃用量低于250 g/t時(shí)，磷回收率增加，超過250 g/t時(shí)磷回收率降低，綜合考慮確定水玻璃用量為250 g/t。

2.3 捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

固定碳酸鈉用量為2500 g/t，水玻璃用量為250 g/t，改變捕收劑用量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 6 Results of collector dosage test

由圖6可知，隨著捕收劑用量的增加，磷粗精礦品位先增加后降低，磷回收率逐漸增加；當(dāng)捕收劑用量超過400 g/t時(shí)，磷精礦品位明顯降低，磷回收率增加不明顯。綜合考慮，確定捕收劑用量為400 g/t。

2.4 浮選流程實(shí)驗(yàn)

在條件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一粗一掃三精的開路和閉路浮選流程實(shí)驗(yàn)，閉路實(shí)驗(yàn)流程和藥劑制度見圖7，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，產(chǎn)品多項(xiàng)分析結(jié)果見表5。

表4 浮選閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of flotation closed circuit test

表5 浮選閉路實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品多項(xiàng)分析/%Table 5 Composition of flotation closed circuit test products

圖7 浮選閉路實(shí)驗(yàn)流程Fig. 7 Flotation closed circuit test process

由于有中礦返回，增加了礦漿的泥化程度，對(duì)浮選粗選藥劑用量進(jìn)行了一定的調(diào)整。

由表4和表5可知，通過該流程獲得了P2O5品位為31.73%、回收率為92.56% 的合格磷精礦，對(duì)原料回收率為72.55%。該浮選工藝流程藥劑制度簡單，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該尾礦中磷資源的高效回收。

3 結(jié) 論

（1）攀西某釩鈦磁鐵礦尾礦中主要有價(jià)成分包括鐵、鈦、硫等，主要有用礦物為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、磷灰石等，主要脈石礦物為輝石-鈦輝石、橄欖石、長石等。對(duì)該原料進(jìn)行浮選選硫、弱磁選鐵、強(qiáng)磁選鈦以后，獲得了P2O5含量為1.41%的選磷原料。

（2）通過一粗一掃三精的浮選實(shí)驗(yàn)流程獲得了P2O5品位為31.73%、浮選作業(yè)回收率為92.56%的合格磷精礦，對(duì)原料回收率為72.55%。該浮選工藝流程藥劑制度簡單，能充分回收釩鈦磁鐵礦尾礦提取有價(jià)金屬后的伴生低品位磷資源具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。