磷礦擦洗試驗研究

摘要：本試驗以某磷礦為例，系統研究礦物粒度、礦漿濃度、葉輪轉速對礦物擦洗時間及設備輸入能耗的影響，為擦洗設備的優化設計及工業選型提供理論依據。試驗結果表明，在相同工藝參數條件下，-0.5 mm與-1.0 mm兩種粒度原礦的擦洗時間與擦洗能耗基本一致；礦漿濃度為45%～55%時，礦物擦洗時間與擦洗能耗均隨著礦漿濃度的提高而減少；轉速的提高可以增強擦洗效果，縮短擦洗時間，但同時會導致能耗增加，工業應用可以配置變頻調速裝置來調整轉速。經優化設計，工業應用確定礦漿濃度為55%，擦洗時間為15 min，噸能耗為6.84 kW·h/t。

關鍵詞：磷礦；擦洗試驗；優化設計；工藝參數

中圖分類號：TD97 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.005

Experimental Study on Scrubbing of Phosphate Ore

Yao Jianchao， Sun Xiaoxu， He Jiancheng， Zhou Hongxi， WANG Dubo

（BGRIMM Machinery and Automation Technology Co.， Ltd.， Beijing 100160， China）

Abstract： Taking a certain phosphate ore as an example， this experiment systematically studies the effects of mineral particle size， slurry concentration， and impeller speed on mineral scrubbing time and equipment input energy consumption， providing a theoretical basis for the optimization design and industrial selection of scrubbing equipment. The experimental results show that under the same process parameters， the scrubbing time and scrubbing energy consumption of raw ore with particle sizes of -0.5 mm and -1.0 mm are basically the same; when the slurry concentration is 45%～55%， the mineral scrubbing time and scrubbing energy consumption decrease with the increase of slurry concentration; an increase in rotational speed can enhance the scrubbing effect and shorten the scrubbing time， but at the same time， it can lead to an increase in energy consumption， industrial applications can be equipped with variable frequency speed control devices to adjust the rotational speed. After optimization design， industrial application has determined that the slurry concentration is 55%， the scrubbing time is 15 min， and the energy consumption per ton is 6.84 kW·h/t.

Keywords： phosphate ore; scrubbing experiment; optimization design; process parameters

磷礦是一種不可再生的戰略性資源，其在農業、食品行業、化工行業及醫藥行業有著極為廣泛的應用，直接影響國民經濟的發展及人們的生產生活，磷礦資源的高效開發利用對農業發展及糧食安全產生至關重要的影響[1]。隨著碳達峰碳中和目標的提出，我國對磷資源高效、綠色回收利用提出更高的要求[2]。某磷礦屬于風化泥化類磷礦，礦物顆粒的表面黏附細泥，其需要強烈擦洗并脫泥，從而滿足浮選要求。擦洗脫泥工藝相對簡單且成本較低，無須添加選礦藥劑[3]，環境污染較小。風化泥化類磷礦的選別流程通常為原礦擦洗→脫泥→分級→浮選，此選礦工藝廣泛應用于國內外磷礦選廠且經濟指標較好[4]。對于風化泥化類磷礦的選別工藝，只有將有用礦物顆粒表面的細泥脫除，才能實現后續浮選，而擦洗作業是將有用礦物與礦泥顆粒分開的重要手段[5]。本文通過磷礦擦洗試驗，研究不同工藝參數對擦洗時間及能耗的影響，并確定礦物的最佳擦洗工藝參數。

1 試驗方案

1.1 試驗原料

礦物類型為風化泥化類磷礦石，原礦中粒度-10 μm

的細泥含量較高，細泥團聚包裹有用礦物，只有采用高強度擦洗，才能將礦泥打散脫除。泥中有用礦物含量非常少，它會嚴重干擾磷礦浮選，需要強制脫除。

1.2 試驗裝置

本試驗采用北礦機電科技有限責任公司自主研發的GCX-10擦洗裝置，該試驗平臺具有與GCX型高強度擦洗機（工業型）相似的結構和相同的擦洗工作原理，攪拌裝置及筒體使用快拆裝置，可以實現快速的拆裝與更換。攪拌裝置主軸上裝有扭矩傳感器，可以獲取并記錄攪拌裝置的扭矩及輸入功率。擦洗試驗平臺如圖1所示。

1.3 試驗流程

綜合考慮工業擦洗的工藝參數與實驗室試驗平臺的結構參數，確定實驗室擦洗試驗流程。一是原礦混樣，篩分，獲得兩種礦樣（粒度分別為-1.0 mm、

-0.5 mm）；二是開展不同粒度、濃度及轉速條件下的試驗研究；三是每次試驗30 min，每隔3 min取樣，共取10個樣品，每個樣品經100目篩析后使用激光粒度儀測量粒度；四是試驗結果分析，整理數據，獲得試驗結論。

1.4 工藝參數

根據礦石性質及粒度要求，確定擦洗試驗的主要工藝參數，如表1所示。

1.5 工藝條件試驗設計

試驗一共進行7組，主要工藝條件試驗設計如表2所示。試驗期間，分析不同時間點的細泥含量（粒度-10 μm）及其擦洗的噸能耗，繪制細泥含量隨時間的變化曲線以及噸能耗隨細泥含量的變化曲線。隨著時間的變化，細泥含量（粒度-10 μm）不再增加或上下波動，該時間為該條件下的最佳擦洗時間，同時確定該條件下的噸能耗。

2 試驗結果分析

不同工藝條件下，7組試驗的最佳擦洗時間及其噸能耗如表3所示。

2.1 原礦粒度對擦洗效果的影響

在相同葉輪轉速條件下，對比兩種粒度（-1.0 mm與-0.5 mm）原礦的擦洗時間與噸能耗。兩種原礦在不同礦漿濃度下的擦洗時間與噸能耗變化曲線分別如圖2、圖3所示。礦漿濃度為40%時，粒度-1.0 mm原礦的擦洗時間較粒度-0.5 mm原礦稍長，隨著礦漿濃度的升高，兩種粒度原礦的擦洗時間基本趨于一致。同時，兩種粒度原礦在不同礦漿濃度條件下的噸能耗基本一致。礦漿濃度為45%～55%時，兩種粒度原礦的擦洗時間與擦洗能耗基本一致。

2.2 礦漿濃度對擦洗效果的影響

不同礦漿濃度條件下的擦洗時間與噸能耗變化曲線分別如圖4、圖5所示。礦物擦洗時間與噸能耗均隨著礦漿濃度的提高而減少，本試驗選用的礦漿濃度介于40%～55%，這里優選最高濃度（55%）。考慮實際情況，工業應用推薦的礦漿濃度為55%，擦洗時間為15 min，噸能耗約為6.84 kW·h/t。

2.3 葉輪轉速對擦洗效果的影響

原礦粒度均為-0.5 mm，礦漿濃度均為50%時，葉輪轉速由300 r/min調整為330 r/min，分析葉輪轉速對擦洗效果的影響。隨著轉速的升高，礦物擦洗時間由18 min縮短為15 min，而噸能耗由9.41 kW·h/t提高至10.16 kW·h/t，如表3所示。從試驗結果來看，轉速的提高可以增強擦洗效果，縮短擦洗時間，但同時會導致能耗增加，工業應用應綜合考慮葉輪轉速，可以配置變頻調速裝置來調整轉速。

2.4 葉輪直徑與葉片傾角的選取

葉輪直徑與葉片傾角同樣對礦物擦洗效果產生較大的影響。較大的葉輪直徑可以提高擦洗效率，但是受限于筒體直徑，葉輪直徑應控制在一定范圍內，工業用擦洗機的葉輪與筒體的投影面積比適宜控制在0.6～0.7。葉輪直徑及葉輪轉速一定時，葉輪傾角的增加可以促進顆粒的運動，增加顆粒間的碰撞摩擦概率，強化擦洗效果[6]。當葉片傾角過大時，葉輪與筒壁之間的環形區域內流體的軸向流動較小，幾乎沒有漩渦運動，此時并沒有提升對物料的碰撞與剪切作用，從流場分布角度來看，擦洗機用葉片傾角適宜控制在45°～55°[7]。

3 結論

本研究采用擦洗試驗平臺，以某風化泥化類磷礦為例，系統研究礦物粒度、礦漿濃度、葉輪轉速對礦物擦洗時間及設備輸入能耗的影響，為擦洗設備的優化設計及工業選型提供理論依據。試驗結果表明，礦漿濃度為45%～55%時，兩種粒度原礦（-0.5 mm與-1.0 mm）的擦洗時間與擦洗功耗基本一致；礦物擦洗時間與擦洗能耗均隨著礦漿濃度的提高而減少，工業應用推薦的礦漿濃度為55%，擦洗時間為15 min，噸能耗約為6.84 kW·h/t；轉速的提高可以增強擦洗效果，縮短擦洗時間，但會帶來能耗的增加，可以配置變頻控制系統來調節攪拌裝置的轉速。含泥類雜質礦物通常需要通過擦洗來脫除礦物表面的雜質，GCX系列擦洗裝備可以實現礦物的有效擦洗，去除礦物表面雜質，為后續浮選作業提供便利。

參考文獻

1 薛 珂，張潤宇.中國磷礦資源分布及其成礦特征研究進展[J].礦物學報，2019（39）：7-14.

2 王辛龍，許德華，鐘艷君，等.磷化工行業綠色、低碳、可持續發展[J].磷肥與復肥，2022（4）：4.

3 張曉衛，楊書良.風化磷礦擦洗-脫泥工藝探討[J].化工地質，1991（4）：44-49.

4 馬一嘉，武俊杰，倪天陽.我國磷礦資源的開發利用現狀及進展[J].礦冶，2018（27）：53-56.

5 王靜明，張 波，鄭永興，等.云南某磷礦擦洗尾礦浮選試驗研究[J].礦冶，2021（30）：15-20.

6 姚建超，孫小旭，何建成，等.GCX型無介質高效擦洗機的研制[J].有色金屬（選礦部分），2019（2）：89-92.

7 姚建超，何建成，孫小旭，等.擦洗機中葉片傾角對流場分布及輸入功率的影響分析[J].有色金屬（選礦部分），2018（1）：94-99.