貴州織金含稀土磷礦石的浮選富磷降鎂實驗

卯 松，章鐵斌，沈智慧，張 覃

1.貴州大學礦業學院，貴州 貴陽550025；2.貴州科學院，貴州 貴陽550001；3.喀斯特地區優勢礦產資源高效利用國家地方聯合工程實驗室，貴州 貴陽550025；4.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室，貴州 貴陽550025

磷是生命之“元”，是動植物生長必需的元素。在農業領域，磷礦是制備磷肥的原材料，保障農業安全和可持續發展。在工業領域，磷礦既是生產磷酸、黃磷及其它磷制品的重要化工礦物原料，又是精細磷化工的物質基礎。稀土元素因其特殊物理化學性質，在諸多高新技術領域均有廣泛應用［1］；研究發現稀土對于許多農作物具有較顯著的促生長和增產作用［2］。磷和稀土均為不可再生資源，也是極其重要的戰略資源［3］。研究表明，沉積型磷礦中常伴生稀土元素，個別地區磷礦中的稀土含量甚至比稀土礦更高［4］。我國磷礦資源中的稀土總量約為1 550萬噸，是極具潛力的稀土來源［5］。貴州織金含稀土磷礦床已探明礦石儲量13.48億噸，其中稀土氧化物儲量144.6萬噸，屬于特大型伴生稀土磷礦床［6］。織金含稀土磷礦石中的稀土元素主要以鑭、鈰、釹和釔元素為主［7］。織金含稀土磷礦中稀土獨立礦物很少，且97%的稀土元素以取代磷灰石晶格中Ca2+的形式賦存于膠磷礦中，導致稀土難以從磷礦中單獨提取［8］。利用浸出工藝處理含稀土磷精礦，最佳條件下稀土氧化物浸出率僅為65.59%［9］。盡管稀土作為一種高附加值產品，但其在磷精礦中的質量分數通常低于1%，在生產磷肥時作為副產品回收更合適［10］。

中低品位磷礦中，碳酸鹽礦物和磷酸鹽礦物表面性質相似，選礦分離較困難［11］。中低品位含稀土磷礦的選礦是提高磷礦品位并進行后續利用的前提。本研究的前期實驗工作表明，采用反浮選工藝可在富集磷的同時富集稀土［12］。貴州某含稀土硅質磷礦石反浮選研究表明，精礦P2O5品位可有效提高，稀土氧化物也得到一定富集［13］。目前含稀土磷礦石選礦研究主要集中在采用浮選方法富集含稀土磷礦中的磷及稀土元素，對選礦過程中重金屬元素的走向及分布的研究較少。云南某磷礦研究表明采用浮選等方法不能有效脫除磷礦中的鉻元素［14］。因此，在有效提高磷礦品位及富集稀土元素的同時，應關注重金屬元素隨產品的分布及走向。

本研究在浮選富磷降鎂的基礎上，考察了選礦產品中稀土元素及重金屬Pb、Cd的走向及分布，并分析了稀土元素總量（定義為∑REE）、重金屬元素Pb與P2O5品位之間的相關性，為含稀土磷礦石的綜合利用提供支撐。

1 實驗方法

含稀土磷礦試樣采自貴州織金，對試樣采用顎式破碎機破碎篩分到-2 mm，經過磨礦后，采用XFDⅣ1.0實驗室用單槽1.0 L浮選機進行浮選實驗，浮選采用一段反浮選工藝流程，浮選藥劑采用pH調整劑SW和捕收劑GJBM。原礦多元素分析結果如表1所示。本研究中常量元素質量分數單位為“%”，微量元素單位為“μg/g”。

從表1可知，原礦中P2O5品位為21.80%，MgO質量分數8.31%，ΤFe2O3質量分數0.84%，Al2O3質量分數0.41%，SiO2質量分數3.26%，∑REE為983.25μg/g，重金屬Pb質量含量為205.00μg/g，重金屬Cd質量含量為0.24μg/g。因此，在選礦過程中主要考慮MgO的脫除。

表1 原礦多元素分析結果Τab.1 Multi-element analysis results of raw ore

2 結果與討論

2.1 磨礦細度實驗

在不同磨礦細度條件下考察浮選富磷降鎂效果，實驗結果如表2所示。

由表2可知，當磨礦細度為-0.075 mm占67.23%時，精礦中P2O5品位為26.51%，MgO質量分數為5.54%，∑REE為1 169.86μg/g，Pb質量含量為238.00μg/g，Cd質量含量為0.19μg/g，精礦P2O5回收率為94.44%。隨著磨礦細度增加至-0.075 mm占70.02%時，精礦P2O5品位提高至30.14%，MgO質量分數降低至3.62%，∑REE為1 303.12μg/g，精礦中Pb質量含量增加到261.00μg/g，Cd質量含量為0.19μg/g，精礦P2O5回收率為89.19%。當磨礦細度為-0.075 mm占77.82%時，精礦P2O5品位為29.60%，MgO質量分數為3.94%，∑REE為1 267.31μg/g，Pb質量含量為261.00μg/g，Cd質量含量為0.19μg/g，精礦P2O5回收率為89.54%。當磨礦細度為-0.075 mm占86.43%時，精礦P2O5品位為28.53%，MgO質量分數為4.60%，∑REE為1 252.04μg/g，Pb質量含量為252.00μg/g，Cd質量含量為0.21μg/g，精礦P2O5回收率為89.18%。當磨礦細度為-0.075 mm占94.08%時，精礦P2O5品位為25.93%，MgO質量分數為6.14%，∑REE為1 116.41μg/g，Pb質量含量為238.00μg/g，Cd質量含量為0.22μg/g，精礦P2O5回收率為89.45%。在不同磨礦細度下，∑REE和Pb元素在精礦中得到初步富集，Cd元素則富集到了尾礦中。因此，磨礦細度為-0.075 mm占70.02%時，實驗效果最好。綜合考慮，后續實驗磨礦細度確定為-0.075 mm占70.02%。

表2 磨礦細度實驗結果Τab.2 Experimental results of grinding fineness

從圖1（a）可知，在不同磨礦細度下，精礦中∑REE與P2O5品位的曲線變化趨勢基本一致。從圖1（c）可知，在不同磨礦細度下，Pb質量分數與P2O5品位的變化曲線趨勢也基本一致。對實驗結果進行線性擬合［（圖1（b）、圖1（d）］，不同磨礦細度下，精礦中∑REE及Pb質量分數均與P2O5品位呈正相關，擬合方程的相關系數分別為0.981 79和0.988 35。

圖1 磨礦細度對浮選精礦的影響：（a）∑REE與P2O5品位的關系，（b）∑REE與P2O5品位的線性擬合，（c）Pb質量含量與P2O5品位的關系，（d）Pb品位與P2O5品位的線性擬合Fig.1 Effects of grinding fineness on flotation：（a）correlation between∑REE and P2O5 grade；（b）linear fitting of∑REE and P2O5 grade；（c）correlation between Pb content and P2O5 grade；（d）linear fitting of Pb content and P2O5 grade

2.2 pH調整劑用量實驗

酸在磷礦反浮選中可作為抑制劑使用，與捕收劑在礦物表面發生共同吸附，綜合影響礦物的可浮性［15］。因此，在磨礦細度為-0.075 mm占70.02%條件下，進行pH調整劑用量實驗，實驗結果如表3所示。

由表3可知，當pH調整劑用量為0.05 m3/t時，精礦P2O5品位為29.05%，MgO質量分數為4.25%，∑REE為1 230.04μg/g，Pb為260.00μg/g，Cd為0.19μg/g，精礦P2O5回收率為90.73%。當pH調整劑用量為0.10 m3/t時，精礦P2O5品位為31.36%，MgO質量分數為3.06%，∑REE為1 371.68μg/g，Pb質量含量為270.00μg/g，Cd為0.18μg/g，精礦P2O5回收率為91.00%。當pH調整劑用量為0.15 m3/t時，精礦P2O5品位為31.00%，MgO質量分數為3.25%，∑REE為1 340.35μg/g，Pb質量含量為277.00μg/g，Cd為0.18μg/g，精礦P2O5回收率為92.87%。當pH調整劑用量為0.20 m3/t時，精礦P2O5品位為31.52%，MgO質量分數為2.90%，∑REE為1 357.31μg/g，Pb質量含量為290.00μg/g，Cd質量含量為0.20μg/g，精礦P2O5回收率為92.35%。繼續增加pH調整劑用量，精礦指標變化不大，因此，較合適的pH調整劑用量為0.15 m3/t。

表3 pH調整劑用量實驗結果Τab.3 Experimental results of pH conditioning dosage

考察了不同pH調整劑用量下，精礦中∑REE、Pb質量分數與P2O5質量分數關系，如圖2所示，精礦中∑REE與P2O5品位曲線趨勢一致，精礦中Pb質量分數與P2O5品位的曲線趨勢也基本一致，精礦中∑REE及Pb品位均與P2O5品位呈正相關關系，相關系數分別為0.986 48、0.803 86。

圖2 pH調整劑用量對浮選精礦的影響：（a）∑REE與P2O5品位的關系，（b）∑REE與P2O5品位的線性擬合，（c）Pb質量含量與P2O5品位的關系，（d）Pb質量含量與P2O5品位的線性擬合Fig.2 Effects of pH conditioning dosage on flotation concentrate：（a）correlation between∑REEand P2O5 grade；（b）linear fitting of∑REE and P2O5 grade；（c）correlation between Pb content and P2O5 grade；（d）linear fitting of Pb content and P2O5 grade

2.3 捕收劑用量實驗

在pH調整劑實驗的基礎上，進行了捕收劑用量實驗，考察捕收劑用量對浮選實驗的影響。實驗結果如表4所示。

由表4可知，當捕收劑用量為350 g/t時，精礦中P2O5品位為28.51%，MgO質量分數為4.27%，∑REE為1 280.84μg/g，Pb質量含量為262.00μg/g，Cd質量含量為0.19μg/g，P2O5回收率為94.04%。當捕收劑用量為450 g/t時，精礦中P2O5品位為31.43%，MgO質量分數為2.48%，∑REE為1 427.99μg/g，Pb質量含量為276.00μg/g，Cd質量含量為0.17μg/g，P2O5回收率為90.01%。當捕收劑用量為550 g/t時，精礦中P2O5品位為32.65%，MgO質量分數為1.73%，∑REE為1 409.07μg/g，Pb質量含量為290.00μg/g，Cd質量含量為0.17μg/g，P2O5回收率為88.09%。當捕收劑從650 g/t提高到750 g/t時，精礦P2O5品位從33.35%提高到33.85%，MgO含量從1.36%降低到1.19%，MgO質量分數的降低幅度減少，∑REE從1 475.55μg/g增加到1 509.17μg/g，Pb質量含量從294.00μg/g增加到319.00μg/g，Cd質量分數不變，P2O5回收率從86.53%降低至86.15%。綜合考慮，選擇捕收劑用量為650 g/t作為指標。

表4 捕收劑用量實驗結果Τab.4 Experimental results of collector dosage

從圖3可知，在不同捕收劑用量條件下，精礦中∑REE與P2O5品位曲線趨勢基本一致。對精礦中∑REE和P2O5品位進行線性擬合［圖（3b）］發現，∑REE與P2O5品位呈正線性相關。從圖3（c）和圖3（d）可知，精礦中Pb質量分數與P2O5品位的曲線趨勢基本一致，進行線性擬合后Pb質量分數與P2O5品位呈正相關。

圖3 捕收劑用量對浮選精礦的影響：（a）∑REE與P2O5品位關系，（b）∑REE與P2O5品位的線性擬合，（c）Pb質量含量與P2O5品位的關系，（d）Pb質量含量與P2O5品位的線性擬合Fig.3 Effects of collector dosage on flotation concentrate：（a）correlation between∑REE and P2O5 grade；（b）linear fitting of∑REE and P2O5 grade；（c）correlation between Pb content and P2O5 grade；（d）linear fitting of Pb content and P2O5 grade

3 結 論

采用反浮選流程對含稀土磷礦石進行富磷降鎂研究，結果表明，捕收劑GJBM對該類型含稀土磷礦石具有良好的分選效果，針對P2O5品位為21.80%，MgO質量分數為8.31%的原礦，采用一段反浮選流程，可獲得精礦中P2O5品位為33.35%，MgO質量分數為1.36%，P2O5回收率為86.53%的浮選指標。在浮選過程中，稀土元素和重金屬元素Pb在精礦中富集，Cd元素在尾礦中富集。因此，在提高浮選指標的同時，還要考慮不同重金屬元素走向及分配關系。