旋流-靜態(tài)微泡浮選柱在膠磷礦浮選工藝中的應(yīng)用

王大鵬,劉炯天,劉江林,熊明金,宋永勝

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇 徐州 221008;2.云南省化工研究院,云南 昆明 650228)

0 引 言

浮選柱以其高效的分離效率、低廉的投資和運(yùn)行成本,已成為國(guó)內(nèi)外正在研究與不斷推廣的一種新技術(shù).旋流-靜態(tài)微泡浮選柱是九五期間普遍推廣的新型高效微細(xì)粒分選設(shè)備.發(fā)展至今天[1],已在全國(guó)400余家選煤廠(煤礦)推廣應(yīng)用600多臺(tái)套;在黑金屬、有色金屬及非金屬選礦領(lǐng)域,涉及礦種包括磁鐵礦、赤鐵礦、金、銀、鉬、鎳、銅、鉛、鋅、硫、鋁土礦、螢石、鉀鹽等,用戶涵蓋武鋼、鞍鋼、本鋼、昆鋼、紫金礦業(yè)、金川、中鋁、柿竹園有色、云銅、招金等大中型企業(yè)及部分中小型礦山企業(yè).2005年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)利用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱(Φ50×2 000 mm)進(jìn)行了膠磷礦浮選柱兩段式分選實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究,經(jīng)過正-反浮選兩段分選從含P2O522.70%、MgO 2.81%的原礦中分選得到含P2O529.07%、MgO 0.86%的精礦,精礦產(chǎn)率69.52%,精礦回收率88.73%[2].本文在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)西南某硅鈣質(zhì)膠磷礦進(jìn)行了半工業(yè)試驗(yàn)研究,為實(shí)現(xiàn)浮選柱在膠磷礦浮選中的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行了積極的探索.

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石結(jié)構(gòu)

該磷礦按成因劃分屬淺—濱海相沉積磷塊巖.其礦石按結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物組成特點(diǎn)可分為塊狀球粒磷塊巖、條帶狀球粒磷塊巖、條帶狀白云質(zhì)球粒磷塊巖、條帶狀白云質(zhì)砂屑磷塊巖、白云質(zhì)硅質(zhì)球粒磷塊巖、白云質(zhì)含礫砂屑磷塊巖、白云質(zhì)生物碎屑球粒磷塊巖、淋濾殘積磷礦等八個(gè)自然類型.

1.2 礦物組成

礦石礦物成分簡(jiǎn)單,以膠磷礦為主,其次為微晶磷灰石及少量細(xì)晶磷灰石.脈石礦物主要有白云石、石英、玉髓,此外還有少量鐵泥質(zhì)(包括褐鐵礦)、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)、高嶺石及少量白云母、電氣石、鋯石及海綠石.

1.3 主要礦物的嵌布特征

膠磷礦:膠磷礦呈球粒(或假鮞粒)、內(nèi)砂屑、鮞粒和凝膠狀結(jié)構(gòu),其中以球粒(或假鮞粒)結(jié)構(gòu)為主.顆粒中常有白云石、鐵泥質(zhì)(部分褐鐵礦)、硅質(zhì)及黃鐵礦等其他礦物的塵點(diǎn)狀包體,次生變化可以不同程度地出現(xiàn)白云石化、硅化及高嶺石化.膠磷礦假鮞粒度一般為0.2～0.1 mm,顏色為淺棕褐色,有的往往被鐵泥質(zhì)污染呈紅褐色.

白云石:鏡下特征為無色,粒度一般為0.04～0.1 mm.多以膠結(jié)物及少量碎屑和重結(jié)晶粒狀鑲嵌等形態(tài)出現(xiàn).一般為細(xì)晶—隱晶質(zhì)細(xì)粒集合體,少量呈菱面體碎屑.部分礦石可見重結(jié)晶鑲嵌白云石,具自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu).有時(shí)可見半滾圓—滾圓狀及橢圓狀球粒白云石,部分構(gòu)成顆粒膠磷礦的包裹體.

石英、玉髓:石英在各類型礦石中都有出現(xiàn),一般為陸源混入的砂屑和粉砂屑,呈棱角—半滾圓狀,粒徑0.05～0.2 mm,在大的顆粒中有泥質(zhì)塵點(diǎn)及白云母小包體,普遍可見到再生邊.玉髓一般以膠結(jié)物出現(xiàn),呈顯微粒狀—細(xì)粒狀集合體,具細(xì)—隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu).并圍繞膠磷礦假鮞粒垂直生長(zhǎng),形成一種櫛殼狀膠結(jié),偶爾見到一些孔洞中有膠狀或針狀集合體玉髓充填.

工藝礦物學(xué)分析表明:易選的磷灰石含量少、粒度細(xì)且部分嵌布在膠磷礦集合體內(nèi),不易優(yōu)先分離;脈石礦物粒度較細(xì)且以膠結(jié)物的形式與膠磷礦共存,微細(xì)的碳酸鹽類嵌布在膠磷礦內(nèi),不易單體解離,可選性差,屬難選礦.

1.4 化學(xué)組成

礦石中主要化學(xué)成分有P2O5、CaO、SiO2,其次為CO2、MgO及Fe2O3、Al2O3、F等.原礦X熒光光譜分析結(jié)果見表1.

表1 原礦X熒光光譜分析結(jié)果

分析可知,該礦屬中低品位硅鈣質(zhì)磷礦,CaO和SiO2含量占2/3以上;SiO2含量較高,主要選礦關(guān)鍵是在富集磷礦物的同時(shí),有效地排除碳酸鹽礦物(白云石),從而獲得鎂磷比值較低的磷精礦.

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)流程

膠磷礦柱式半工業(yè)試驗(yàn)流程選擇主要取決于原礦性質(zhì)并參考前期實(shí)驗(yàn)室研究成果.該礦屬硅鈣質(zhì)膠磷礦,要生產(chǎn)出合格精礦需同時(shí)脫除硅和鎂,適宜的流程有正反流程和雙反流程[3],原礦性質(zhì)的分析表明:脈石礦物硅酸鹽類礦物含量高,是主要的脫除對(duì)象.由于礦石含泥量多,采用雙反浮選會(huì)出現(xiàn)泡沫多、泡沫發(fā)粘、浮選效果變差的情況[4],因此試驗(yàn)流程確定采用正反浮選流程.通過正浮選排除大量的硅酸鹽脈石礦物和部分碳酸鹽脈石礦物.然后對(duì)正浮選粗磷精礦(主要是磷礦物和白云石)進(jìn)行反浮選碳酸鹽脈石,以降低鎂含量,最后獲得低鎂磷比值的優(yōu)質(zhì)磷精礦.實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明,旋流-靜態(tài)微泡浮選柱具有選擇性高,流程結(jié)構(gòu)短的特點(diǎn),因此確定采用正浮選(一次)反浮選(一次)兩段式的流程結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 膠磷礦正反工藝流程圖

2.2 藥劑

采用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用藥劑為正浮選段捕收劑,藥劑代號(hào)為YP2-4,YP2-3為反浮選段捕收劑;硫酸為反浮選段介質(zhì)酸堿度調(diào)整劑;磷酸為膠磷礦抑制劑,水玻璃為正浮選段硅酸鹽類抑制劑和介質(zhì)酸堿度調(diào)整劑.

2.3 分選設(shè)備

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱[5-6]采用柱浮選與旋流分選構(gòu)成柱分選方法的主體;旋流分選以其強(qiáng)回收能力在柱分選過程中起到掃選柱浮選中礦的作用.通過管流礦化沿切向與旋流分選相連,形成中礦的循環(huán)分選.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱以其在微細(xì)粒分選方面的突破以及回收能力的提高使得其在處理微細(xì)粒級(jí)礦物為主的礦物分選應(yīng)用越來越多.

2.4 系統(tǒng)組成

浮選柱半工業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)由兩套Φ400×4 000 mm旋流-靜態(tài)微泡浮選柱分選系統(tǒng)構(gòu)成.浮選柱給料從磨礦車間Ⅱ系列分級(jí)旋流器溢流(-0.074 mm 90%)截取,按試驗(yàn)規(guī)模分出需要的礦量進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng).原礦通過給礦泵輸送入正浮浮選柱;精礦泡沫經(jīng)調(diào)漿,泵揚(yáng)至反浮浮選柱,底流為最終精礦.反浮選泡沫和正浮選脫硅尾礦合并成為最終尾礦.分流試驗(yàn)設(shè)備聯(lián)系如圖2.

1.緩沖箱,2.攪拌桶,3.給礦泵,4.浮選柱,5.循環(huán)泵

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 充氣量試驗(yàn)

在前期實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,制定的初始試驗(yàn)條件列于表2,試驗(yàn)結(jié)果見表3.

表2 浮選柱試驗(yàn)條件

表3 浮選柱試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:

精礦P2O5品位27.04%～28.66%,MgO品位0.3%～0.7%,回收率90%左右.精礦P2O5含量較低,與要求還有一定差距;對(duì)比正浮選精礦與原礦P2O5含量,正浮選精礦品位提升幅度2%～3%,正浮選脫硅效果不強(qiáng)是制約精礦品位提高的主要障礙.因此正浮選階段條件參數(shù)的調(diào)整是提高系統(tǒng)分選效果的關(guān)鍵.通過與浮選機(jī)生產(chǎn)泡沫狀態(tài)對(duì)比,在藥劑制度相近的條件下,浮選機(jī)浮選泡沫尺寸偏大,顏色偏灰.相關(guān)研究表明過低的氣速使氣泡的初始動(dòng)能較低,使粘附了目的礦物顆粒的礦化氣泡難以通過回收到達(dá)精選區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的精選[7].可見正浮選階段充氣量的調(diào)整是提高浮選過程脫硅效果的關(guān)鍵因素.后續(xù)試驗(yàn)過程中調(diào)整充氣流量至1.5 m3/h,并保持其他參數(shù)固定,試驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 浮選柱試驗(yàn)結(jié)果

表4結(jié)果表明充氣流量是影響膠磷礦浮選效果的關(guān)鍵因素,通過調(diào)整充氣流量改善了浮選狀態(tài),獲得了合格的指標(biāo).

3.2 穩(wěn)定試驗(yàn)

通過上述試驗(yàn)調(diào)整,優(yōu)化了浮選柱充氣量等條件,并經(jīng)過后續(xù)的試驗(yàn)調(diào)整制定了適宜的藥劑制度等參數(shù).為了驗(yàn)證浮選柱半工業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上開展了為期72 h的穩(wěn)定性試驗(yàn).試驗(yàn)條件見表5,試驗(yàn)結(jié)果如表6.

表5 浮選柱穩(wěn)定試驗(yàn)條件

穩(wěn)定試驗(yàn)在入礦品位為23.73% P2O5的情況下通過正浮選(一次)反浮選(一次)兩段式流程獲得了精礦P2O5品位29.78%、MgO品位0.29%,回收率82.69%的良好指標(biāo).并且流程大大縮短,充分體現(xiàn)了旋流一靜態(tài)微泡浮選柱回收能力強(qiáng)、富集比高、選擇性強(qiáng)的特點(diǎn).需要指出的是,試驗(yàn)原料來自生產(chǎn)分流.由于現(xiàn)場(chǎng)原礦礦源較多,試驗(yàn)期間礦樣組成有所變化造成精礦指標(biāo)有一定的波動(dòng)P2O5品位28.61%～31.40%;精礦中SiO2品位較高影響了精礦質(zhì)量,通常SiO2脫除絕對(duì)值[8]2%～3%精礦P2O5品位可提高1%,因此進(jìn)一步提高浮選過程脫硅的效果是推進(jìn)浮選柱在膠磷礦浮選中應(yīng)用的主要研究?jī)?nèi)容.

表6 浮選柱穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

a. 原礦中易選的磷灰石含量少、粒度細(xì)且部分嵌布在膠磷礦集合體內(nèi),不易優(yōu)先分離;脈石礦物粒度較細(xì)且以膠結(jié)物的形式與膠磷礦共存,微細(xì)的碳酸鹽類嵌布在膠磷礦內(nèi),不易單體解離,可選性差,屬難選礦.

b. 浮選柱穩(wěn)定試驗(yàn)在入礦品位為23.73% P2O5的情況下,通過正浮選(一次)反浮選(一次)流程獲得了精礦P2O5品位29.78%、MgO品位0.29%,回收率82.69%的良好指標(biāo).

c. 進(jìn)一步提高浮選過程脫硅能力是推進(jìn)浮選柱在膠磷礦浮選中應(yīng)用的主要研究?jī)?nèi)容.

參考文獻(xiàn):

[1]劉炯天,王永田,曹亦俊,等.浮選柱技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].選煤技術(shù),2006,34(5):25-29.

[2]中國(guó)礦業(yè)大學(xué).膠磷礦浮選柱兩段式分選試驗(yàn)研究報(bào)告[R].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)浮選柱研究中心,2005.

[3]劉炯天.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱及潔凈煤制備研究[D].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,1998.

[4]劉炯天.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱分選方法及應(yīng)用(之四):旋流力場(chǎng)分離與強(qiáng)化回收機(jī)制[J].選煤技術(shù),2000,28(4):1-4.

[5]鄭其.膠磷礦的反浮選[J].中國(guó)礦業(yè),1998,7(2):59-62.

[6]葛英勇,王凱金,甘順鵬.低品位難選膠磷礦的正一反浮選工藝研究[J].礦冶工程,2007,27(5):18-21.

[7]任慧,丁一剛,吳元欣,等.充填浮選柱正—反浮選膠磷礦工藝研究[J].化工礦山技術(shù),2001(2):1-4.

[8]柏中能.對(duì)云南中低品位磷礦的認(rèn)識(shí)和建議[J].云南化工,2007,34(5):23-25.