云南某混合型膠磷礦正-反浮選工藝技術(shù)試驗研究*

李若蘭，劉潤哲，張朝旺，羅昆義，彭麗群

(1.云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650600；2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600)

磷礦是不可再生和不可替代的國家戰(zhàn)略資源之一，發(fā)展磷基新材料對我國磷資源的綜合利用、推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推進(jìn)“碳達(dá)峰碳中和”等意義重大[1-3]。從全國的磷礦資源分布來看，云南磷礦資源總量占全國約五分之一，約為29.4億噸，平均地質(zhì)品位22.4%(P2O5)，磷資源總量居全國首位。在云南磷礦資源分布中，又以滇池西岸的晉寧、安寧為主，晉寧更是因此有了“磷都”的美譽(yù)。云南磷化集團(tuán)有限公司座落晉寧。作為國有大型現(xiàn)代化磷礦露天采選企業(yè)及國家級云南磷復(fù)肥磷礦采選基地，建有國內(nèi)最大的膠磷礦柱-槽聯(lián)合浮選裝置。云南省每年磷礦產(chǎn)量的90%以上都來自于晉寧、安寧地區(qū)[4-5]。近年來，云南磷礦深加工規(guī)模已居全國首位[6-8]。隨著磷資源原礦品位的逐年降低，近期及未來，高品位的磷精礦產(chǎn)品只能通過選礦富集后才能供給下游企業(yè)使用[9]。本文就云南晉寧地區(qū)某中低品位混合型膠磷礦，進(jìn)行工藝礦物學(xué)和可選性研究。結(jié)果表明，該礦采用正-反浮選工藝及其相應(yīng)藥劑選別后可獲得合格磷精礦，為該礦的工業(yè)應(yīng)用提供了技術(shù)參數(shù)。

1 試驗礦樣

1.1 試驗礦樣制備

試驗礦樣采自云南磷化集團(tuán)有限公司某礦區(qū)。礦石破碎至 ≤1 mm 粒度后供試驗研究使用。原礦分析結(jié)果如表1所示。

表1 試驗礦樣主要化學(xué)成分

由表1可知，原礦中的硅質(zhì)脈石礦物和碳酸鹽型脈石礦物含量較高，m(CaO)/m(P2O5)(比值)為1.71。根據(jù)DZ/T 0209-2002磷礦地質(zhì)勘查規(guī)范[10]，該礦石屬于中低品位混合型磷塊巖。對于此礦石，最有效的方法是采用正反浮選工藝，以脫除大部分硅質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物，富集磷精礦。

1.2 工藝礦物學(xué)研究

借助掃描電鏡和能譜儀，利用MLA系統(tǒng)對礦樣中主要礦物組成和含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。

表2 礦樣中各礦物的含量

該礦樣中有用礦物為膠磷礦；脈石礦物主要為石英、玉髓、白云石，其次為白云母，少量為褐鐵礦等。各礦物特征：膠磷礦被氧化鐵、碳質(zhì)及生物碎屑浸染，呈棕色或褐色，在薄片中呈半透明至不透明，結(jié)晶細(xì)小、排列無序，且混入有機(jī)質(zhì)，偏光顯微鏡下顯均質(zhì)性；樣品中膠磷礦呈團(tuán)塊狀、粒屑狀、礫狀，與石英、玉髓、白云石、褐鐵礦、黏土礦物緊密共生；石英、玉髓：單偏光顯微鏡下均為無色透明，石英在正交偏光顯微鏡下干涉色為Ⅰ級灰—黃色，形狀呈不規(guī)則粒狀，在電鏡下可見少量柱狀石英晶體；玉髓為石英的隱晶質(zhì)變體，在正交偏光顯微鏡下可見玉髓的隱晶質(zhì)微粒集合體，樣品中玉髓主要以硅質(zhì)條帶(條紋)或粒狀膠磷礦的膠結(jié)物出現(xiàn)；白云石：單偏光顯微鏡下為不均勻的灰色，可見解理；正交偏光顯微鏡下干涉色高級白，閃突起，晶體為不規(guī)則粒狀集合體。

2 主要設(shè)備及試劑

XMB-67型200×240棒磨機(jī)；XFDIII浮選機(jī)0.75L單槽浮選機(jī)；XSHF-2-3濕式分樣機(jī)；XTLZ Φ260/Φ200多用水環(huán)式過濾機(jī)；101A-4電熱鼓風(fēng)干燥箱；ADVANT′XP X射線熒光光譜儀。

碳酸鈉，工業(yè)級，配制成10%溶液使用(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；水玻璃，自制，配制成10%溶液使用；碳酸鹽礦物捕收劑(WP)，自制，配制成2%溶液；反浮選捕收劑(WP)，自制，配制成2%溶液使用；反浮選抑制劑，工業(yè)級，配制成10%溶液使用；pH調(diào)整劑，工業(yè)級，配制成20%溶液使用。

3 結(jié)果與討論

3.1 磨礦細(xì)度試驗

磨礦作業(yè)可使大部分有用礦物和脈石礦物實現(xiàn)充分單體解離[11]，為后續(xù)獲得較好的浮選指標(biāo)作準(zhǔn)備。工藝流程及藥劑制度見 圖1，試驗結(jié)果見圖2。

圖1 工藝流程及藥劑制度

圖2 磨礦細(xì)度與精礦指標(biāo)關(guān)系圖

從圖2可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦P2O5品位呈先升高后降低趨勢，回收率呈升高趨勢。結(jié)合工藝礦物學(xué)結(jié)果和試驗結(jié)果，當(dāng)磨礦細(xì)度為91.90%時，P2O5品位24.22%，回收率78.59%，精礦指標(biāo)較好。故磨礦細(xì)度選擇 ≤0.074 mm 比率為91.90%。

3.2 碳酸鈉用量試驗

在常溫條件下，當(dāng)磨礦細(xì)度 ≤0.074 mm 占91.9%、水玻璃 5.0 kg/t、捕收劑 1.56 kg/t 的條件下，開展碳酸鈉用量試驗，結(jié)果見圖3。

圖3 碳酸鈉用量對精礦指標(biāo)的影響

從圖3可知，隨著碳酸鈉用量的增加，精礦品位和回收率在波動，但變化不大；當(dāng)碳酸鈉用量為 2.4 kg/t 時，回收率最高，為75.36%。綜合考慮，碳酸鈉用量選擇 2.4 kg/t。

3.3 水玻璃用量試驗

當(dāng)磨礦細(xì)度 ≤0.074 mm 占91.9%、碳酸鈉 2.4 kg/t、捕收劑 1.56 kg/t 的條件下，開展水玻璃用量試驗，結(jié)果見圖4。

圖4 水玻璃用量對精礦指標(biāo)的影響

從圖4可知，隨著水玻璃用量的增加，精礦品位呈升高趨勢，回收率呈降低趨勢。綜合考慮，水玻璃用量選擇 5.5 kg/t 適宜。

3.4 捕收劑用量試驗

在常溫條件下，≤0.074 mm 占91.9% 、碳酸鈉 2.4 kg/t、水玻璃 5.5 kg/t 條件下，采用自主研發(fā)的捕收劑，通過改變捕收劑用量，研究不同捕收劑用量對精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 捕收劑用量對精礦指標(biāo)的影響

從圖5可知，隨著捕收劑用量的增加，精礦回收率逐漸升高，精礦品位變化不大；當(dāng)捕收劑用量 4.50 kg/t 時，回收率最高為89.51%。綜合成本及指標(biāo)考慮，捕收劑用量 4.5 kg/t 適宜。

3.5 一粗一精一掃正浮選試驗

經(jīng)過以上正浮選一次粗選作業(yè)，尾礦品位還較高，精礦中部分硅質(zhì)脈石礦物未脫出，影響精礦質(zhì)量。因此考慮開展正浮選精選和掃選試驗，進(jìn)一步脫出硅質(zhì)脈石礦物和提升精礦回收率。試驗工藝流程及藥劑條件如圖6所示，結(jié)果見表3。

圖6 正浮選試驗工藝流程圖

表3 正浮選試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知(表3)，通過正浮選一粗一精一掃作業(yè)選別后，可獲得精礦w(P2O5)25.58%，w(SiO2)16.61%，產(chǎn)率63.69%，回收率81.88%。后續(xù)按照此條件開展正反浮選試驗。

3.6 正-反浮選工藝開路流程試驗

確定了正浮選藥劑制度后，開展了正-反浮選工藝開路流程試驗，試驗工藝流程及藥劑條件如圖7所示，結(jié)果見表4。

圖7 正-反浮選試驗工藝流程圖

從試驗結(jié)果(表4)可知，通過正反浮選作業(yè)選別后，精礦w(P2O5)28.79%，w(MgO)0.94%，w(SiO2)18.48%，產(chǎn)率49.16%，回收率73.44%。

3.7 正-反浮選工藝流程閉路實驗

在開路流程的基礎(chǔ)上，作了閉路流程試驗，正浮精選尾礦和正浮掃選精礦返回正浮粗選作業(yè)形成閉路。考察了該工藝對選別此礦石的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。試驗工藝流程及藥劑條件如圖8所示，結(jié)果如數(shù)質(zhì)量流程圖9所示。

圖8 正-反浮選閉路流程試驗工藝流程圖

圖9 閉路流程工藝數(shù)質(zhì)量流程圖

從圖9可知，該礦通過正-反浮選工藝流程閉路試驗后，當(dāng)原礦P2O5品位19.56%，w(MgO)2.83%, 可獲得P2O5品位為28.87%,w(MgO)為 0.92%的磷精礦，P2O5回收率為81.78%，MgO的排除率達(dá)81.99%，尾礦P2O5品位小于8.50%。得到了合格的磷精礦。

4 結(jié)論

1)通過工藝礦物學(xué)研究，本試驗礦樣為混合型磷塊巖，采用常溫正-反浮選工藝流程，可以獲得滿意的選別指標(biāo)。當(dāng)原礦P2O5品位19.56%、w(MgO)2.83%,w(SiO2)31.97%、w(R2O3)為4.43%時，磨礦細(xì)度 ≤0.074 mm 占91.90%，經(jīng)正反浮選閉路流程選別后可獲得P2O5品位為28.87%，w(MgO)為 0.92%的磷精礦，P2O5回收率為81.78%，MgO的排除率達(dá)81.99%。

2)試驗采用常溫正-反浮選工藝流程，具有流程結(jié)構(gòu)簡單、藥劑種類少、分選效率高、工藝指標(biāo)優(yōu)的特點。pH調(diào)整劑使用純堿，能穩(wěn)定礦漿pH值，且有效地降低水質(zhì)中的難免離子，提高礦物分選性。

3)對于該類混合型磷塊巖，采用正反浮選工藝，對原礦品質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且磷精礦為槽內(nèi)產(chǎn)品，粒度較粗，脫水比泡沫產(chǎn)品容易，便于沉降和輸送。但正浮選泡沫黏，藥耗大，尾礦品位高，P2O5回收率低，精礦成本高；兩段浮選產(chǎn)生的廢水性質(zhì)不同，不能混用，對整個選廠回水循環(huán)利用工藝要求較高。因此，對于該種礦石，將來的重點攻關(guān)方向建議考慮加溫浮選和廢水的回用等方面。