浮選柱反浮選膠磷礦的影響因素

張澤強，李智力，黃偉，李冬蓮，池汝安

（1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢430074；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北武漢430074）

浮選柱反浮選膠磷礦的影響因素

張澤強1，李智力1，黃偉1，李冬蓮1，池汝安2

（1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢430074；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北武漢430074）

浮選柱是一種高效的細粒物料分選設(shè)備，但應(yīng)用于膠磷礦浮選仍然受諸多因素制約.為考查浮選柱結(jié)構(gòu)特征、工作參數(shù)和操作條件等因素對其分選效果的影響，采用試驗室浮選柱對貴州甕安磷礦進行了單一反浮選試驗，重點研究了礦漿濃度、藥劑用量、篩板充填方式和充氣量對浮選柱反浮選效果的影響.結(jié)果表明，在磨礦細度為-0.074mm占88%、礦漿濃度為25%（質(zhì)量分數(shù)）、油酸鈉用量為1.8 kg/t、硫酸用量為5 kg/t和充氣量為400 L/h時，反浮選的分選效果較好.由于浮選柱可以通過充填篩板來改善其分選環(huán)境，因此在較優(yōu)條件下，其分選效率比用浮選機時高1.57%.

浮選柱；膠磷礦；反浮選；篩板充填

0 引言

中國磷礦資源雖然居世界前列，但大多屬中低品位難選膠磷礦.隨著易選和高品位磷礦資源的日益枯竭，采用浮選來富集處理中低品位難選膠磷礦，已成為磷礦資源開發(fā)利用的一條重要途徑，全世界有一半以上的磷精礦都是采用浮選獲得的［1］.膠磷礦浮選具有以下特點：一是含磷礦物呈“膠狀”非晶質(zhì)細粒集合體與雜質(zhì)礦物緊密共生，磨礦細度要很細才能使它們單體解離，細粒礦物質(zhì)量小、動量低，浮選過程難以與氣泡發(fā)生有效碰撞；二是膠磷礦浮選均采用脂肪酸類捕收劑，這類藥劑溶解分散性差，與礦物的作用速度慢.表現(xiàn)在實際生產(chǎn)過程中，就是磷礦浮選泡沫礦化速度慢，浮選時間長，中礦返回量大［2］.為此既要求浮選機的充氣量不能大、轉(zhuǎn)速要低、有較好的靜態(tài)分選環(huán)境，又要求礦漿中小氣泡要多、三相分散性能要好，中礦返回輸送能力要強，因此采用常規(guī)的浮選機往往難以同時滿足這些要求，研究開發(fā)與磷礦浮選工藝相配套的專屬性浮選設(shè)備，一直是提高磷礦浮選效率的一個重要課題［3］.浮選柱具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、投資成本低、建設(shè)周期短等優(yōu)點，尤其是容易產(chǎn)生細粒物料浮選所需的微泡，增大氣泡的表面積，進而提高氣泡與目的礦物的碰撞機率，同時還可以創(chuàng)造更好的靜態(tài)分選環(huán)境和一定厚度的浮選泡沫清洗層，降低礦粒相互粘附團聚對分選精度的影響，在處理細物料方面具有比較大的發(fā)展空間［4-7］.本文通過對浮選柱反浮選膠磷礦的實驗室試驗，研究浮選柱結(jié)構(gòu)特征、工作參數(shù)和操作條件等因素對其浮選效果的影響，探討浮選柱在膠磷礦浮選中的應(yīng)用前景.

1 實驗部分

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣取自貴州甕安磷礦，該磷礦屬海相沉積磷塊巖，含磷礦物主要為非晶質(zhì)碳氟磷灰石、纖維狀集晶碳氟磷灰石、粒狀晶磷灰石及微晶碳氟磷灰石，雜質(zhì)礦物主要為白云石，其次是石英、水云母、絹云母、高嶺土、海綠石、黃鐵礦、鐵質(zhì)物和泥質(zhì)物［8］.礦樣多元素化學(xué)分析結(jié)果見表1.

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Chem icalanalysisof raw ore %

1.2 試驗裝置

試驗所用浮選柱系用有機玻璃自制而成，規(guī)格為Φ60 mm×1 200 mm.礦漿經(jīng)Φ200 mm×350 mm的攪拌桶調(diào)漿后，從距浮選柱頂部300mm的給礦口給入，浮選所需的微泡由微孔橡膠膜充氣發(fā)泡器產(chǎn)生，整個裝置的示意圖見圖1.

圖1 浮選柱實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of flotation clumn

1.3 試驗方法

每次試驗將1 500 g礦樣磨至0.074mm以下物料占88%，然后給入攪拌桶加水制成一定濃度的礦漿，再依次加入硫酸和油酸鈉，攪拌調(diào)漿3min后自流給入浮選柱進行浮選.為便于控制浮選柱內(nèi)的礦漿液面高度，由浮選柱底部引出部分中礦作為循環(huán)礦漿，通過砂泵輸送到攪拌桶，再給入浮選柱進行循環(huán)浮選.浮選流程為反浮選一次粗選.通過比較浮選的綜合選礦效率（回收率與產(chǎn)率之差），來評價不同因素對浮選效果的影響.

2 結(jié)果與討論

影響浮選柱選別指標的因素很多，包括礦石性質(zhì)、磨礦細度、礦漿濃度、藥劑制度、柱體結(jié)構(gòu)特征和工作參數(shù)等.本文針對甕安磷礦的礦石性質(zhì)，在用實驗室掛槽浮選機進行探索試驗，初步確定適宜的磨礦細度（-0.074mm粒級占88%）和藥劑制度基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗用浮選柱的特點和條件，重點研究礦漿濃度，藥劑用量、篩板充填方式和充氣量對浮選柱選別指標的影響，并與用浮選機的試驗結(jié)果進行對比.

2.1 礦漿濃度的影響

浮選過程中礦漿濃度不僅會影響精礦品位與回收率，而且會影響藥劑與水電消耗.為探索礦漿濃度對浮選柱選別效果的影響規(guī)律，在不充填篩板的條件下，用不同濃度的礦漿進行浮選試驗，所得結(jié)果如圖2.

圖2 礦漿濃度對分選指標的影響Fig.2 Effectof pulp density on separating results

從試驗結(jié)果可以看出，隨著礦漿濃度（質(zhì)量分數(shù)，下同）提高，磷精礦P2O5品位逐步提高，但回收率隨之降低.綜合而言，在礦漿濃度為25%時，浮選選礦效率更高，選別效果更好.這與用浮選機進行浮選試驗的結(jié)果是一致的.

2.2 藥劑用量的影響

本試驗采用油酸鈉作捕收劑，硫酸作抑制劑和pH調(diào)整劑，通過反浮選白云石來富集含磷礦物.不同捕收劑和抑制劑用量的浮選試驗結(jié)果分別見圖3和圖4.

試驗結(jié)果表明，藥劑用量對浮選柱選別指標的影響規(guī)律與用浮選機的基本相同：即隨著油酸鈉用量增大，磷精礦P2O5品位先增后減，回收率逐漸降低，在油酸鈉用量為1.8 kg/t時，浮選效果較好；隨著硫酸用量增大，磷精礦P2O5品位和回收率逐漸提高，但硫酸用量達到5 kg/t后，選礦效率提高不再明顯.

圖3 捕收劑用量對分選指標的影響Fig.3 Effectof collector dosage on separating results

圖4 抑制劑用量對分選指標的影響Fig.4 Effectof depressatdosage on separating results

2.3 篩板充填方式的影響

篩板充填是浮選柱最常用的充填方式之一，它可以起到控制礦漿流態(tài)、防止氣泡兼并與返混、強化氣泡的彌散和增大浮選過程氣液固三相接觸面積的作用.試驗考查了在浮選柱下部、中部和上部充填篩板（如圖1）對磷礦浮選效果的影響，所得試驗結(jié)果列于表2.從表2看出，當采用上、下部充填方式時，選礦效率最高，達15.08%.可能原因是在浮選柱底部和上部充填篩板，分別將柱體分為上部的泡沫區(qū)、中部的分選區(qū)和下部的底流區(qū)三個部分，分選效果比較好.

表2 篩板充填方式對分選指標的影響Table 2 Effectof screen packingmode on separating results

2.4 充氣量的影響

氣泡是礦物浮選分離的載體.充氣量大，輸入礦漿的氣泡多，氣泡與礦物碰撞礦化機率大，浮選速度快，分選效果好.但充氣量過大，會破壞穩(wěn)態(tài)分選環(huán)境，容易造成泡沫產(chǎn)品夾雜，并產(chǎn)生液面翻花現(xiàn)象，妨礙礦化泡沫層的形成.圖5是充氣量對分選效果影響的試驗結(jié)果，從圖中可以看出：充氣量小時，反浮選速率較慢，雖然有利于提高磷精礦P2O5回收率，但因精礦P2O5品位不高，選礦效率較低；隨著充氣量增大，選礦效率逐漸提高，充氣量達到400 L/h時浮選效果較好；之后，隨著充氣量增大，浮選效果反而變差.

2.5 反浮選對比試驗

分別用浮選柱與掛槽浮選機在各自優(yōu)化條件下進行反浮選對比試驗，所得有代表性試驗結(jié)果見表3.試驗表明，由于浮選柱可以創(chuàng)造更好的浮選環(huán)境，其浮選效果要比用掛槽浮選機的更好.

圖5 充氣量對分選指標的影響Fig.5 Effectof aeration quantity on separating results

表3 反浮選對比試驗結(jié)果Table 3 Com parative test results of reverse flotation

3 結(jié)語

a.采用浮選柱反浮選膠磷礦，磨礦細度、礦漿濃度和藥劑制度對分選效果的影響規(guī)律，與用浮選機浮選是一致的，在磨礦細度為-0.074 mm占88%、礦漿濃度為25%、油酸鈉用量為1.8 kg/t、硫酸用量為5 kg/t時，分選效果較好.

b.通過在浮選柱中充填篩板，可以達到控制礦漿流態(tài)和改善分選環(huán)境的目的，尤其是在浮選柱下部和上部充填篩板，分別將柱體分為上部的泡沫區(qū)、中部的分選區(qū)和下部的底流區(qū)三個部分時，分選效果比較好.

c.由于浮選柱可以創(chuàng)造更好的浮選環(huán)境，其浮選效果要比用掛槽浮選機的更好.

致謝

本文研究工作得到國家“973”預(yù)研項目（2011CB411901）、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目（2010CDA07）、武漢市科技攻關(guān)計劃項目（201160723221）和武漢工程大學(xué)科學(xué)研究基金項目（13115043）的資助，武漢博惠科技有限公司在浮選柱裝置的制作和改進方面給予了大力支持，在此一并表示衷心的感謝！

［1］Sis H，Chander S.Reagents used in the flotation of phosphate ores：a critical review［J］.M inerals Engineering，2003，16：577-585.

［2］韋蕊.KYF/XCF-50型浮選機在?？诹椎V浮選廠的適應(yīng)性［J］.化工礦物與加工，2012（8）：16-17.

WEI Rui.Adaptability of KYF/XCF-50 flotation machine in flotation plant of haikou phosphate m ine［J］.Industral M inerals and Processing，2012（8）：16-17.（in Chinese）

［3］鄭居然.幾種浮選機對膠磷礦直接浮選工藝的適應(yīng)性［J］.化工礦物與加工，2003（5）：17-20.

ZHENG Ju-ran.A daptability of flotation machines used to direct flotation process of phosphate rock［J］. Industral Minerals and Processing，2003（5）：17-20.（in Chinese）

［4］Oliveira M S，Queiroz G M，Guimarāes R C，et al. Selectivity in phosphate column flotation［J］. M inerals Engineering，2007，20：197-199.

［5］ABDEL-KHALEK N A，HASSA N F，ARAFA M A.Separation of valuable fine phosphate particles from their slimes by column flotation［J］.Separation Science and Technology，2000，35（7）：1077-1086.

［6］Salah A l-Thyabat.Column flotation of non-slimed jordanian siliceous phosphate［J］.Jordan Journal of Earth and Environmental Sciences，2010，3（1）：17-24.

［7］Nagui A ABDEL-KHALEK.Factorial design for column flotation of phosphate wastes［J］. Physicochem ical Problem s of M ineral Processing，2000，34：35-45.

［8］密文天，范昱.貴州甕安磷礦巖石學(xué)及沉積序列研究［J］.中國礦業(yè)，2012，21（2）：51-54.

MI Wen-tian，F(xiàn)AN Yu.Research on petrology and sedimentary sequences of phosphorites in Weng’an，Guizhou［J］.China Mining Magazing，2012.21（2）：51-54.（in Chinese）

Factors affecting column reverse flotation of collophanite

ZHANG Ze-qiang1，LIZhi-li1，HUANGWei1，LIDong-lian1，CH IRu-an2
（1.School of Environment and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；2. School of Chemical Engineering &Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China）

Flotation column is a kind of highly efficient equipment for fine material separation，but its use incollophanite flotation is still restricted by many factors. To investigate the influences of flotation columnstructure characteristics，working parameters and operation conditions on the separation，single reverseflotation tests of Guizhou Wengan phosphate ore were carried out in a laboratory flotation column，in whichthe effects of pulp density，reagent dosage，screen packingmode and aeration quantity on the column reverseflotation were mainly studied. The results show that good reverse flotation results are achieved at thecondition of -0.074 mm 88% grinding fineness，25% pulp density，1.8 kg/t sodium oleate dosage，5 kg/tsulfuric acid dosage and 400 L/h aeration quantity. The flotation column can improve the separationenvironment by packing screen，and its separation efficiency is 1.57% higher than that of flotation machine.

flotation column；collophane ore；reverse flotation；screen packing

TD923

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2014.01.008

1674－2869（2014）01－0038－04

本文編輯：龔曉寧

2014-01-03

“973”預(yù)研項目（2011CB411901）；湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目（2010CDA07）；武漢市科技攻關(guān)計劃項目（201160723221）；武漢工程大學(xué)科學(xué)研究基金項目（13115043）

張澤強（1961-），男，湖南湘潭人，教授，博士.研究方向：礦物加工.