宜昌低品位膠磷礦篩分分級微差密度重介質(zhì)分選技術(shù)

羅惠華，瞿定軍，苗華軍，胡學(xué)超，胡正，張戰(zhàn)利

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.湖北杉樹埡礦業(yè)科技發(fā)展有限公司，湖北 宜昌 443000

宜昌低品位膠磷礦篩分分級微差密度重介質(zhì)分選技術(shù)

羅惠華1，瞿定軍2，苗華軍2，胡學(xué)超2，胡正2，張戰(zhàn)利2

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.湖北杉樹埡礦業(yè)科技發(fā)展有限公司，湖北 宜昌 443000

為了解決低品位膠磷礦重介質(zhì)選礦關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)其工藝礦物學(xué)特性，在查清礦石的礦物組成、礦物的賦存狀態(tài)以及嵌布特征的基礎(chǔ)上，研究了低品位膠磷礦篩分分級微差密度重介質(zhì)可選性關(guān)鍵技術(shù)以及工業(yè)應(yīng)用，建立一套年處理120萬噸原礦的工業(yè)化生產(chǎn)裝置，該裝置集分選精度高、穩(wěn)定控制分選密度，具有回收與凈化介質(zhì)功能，有效減少介質(zhì)消耗、密度變化、礦介分離的不穩(wěn)定性.通過篩分分級微差密度重介質(zhì)選礦，工業(yè)上采用無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，有效介質(zhì)密度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了微密度差下高密度2.80～2.90 g/cm3難重選宜昌磷礦的分選，獲得精礦品位五氧化二磷28.44%，尾礦品位小于10%.與選擇性破碎篩分分級相結(jié)合，回收中間產(chǎn)品，提高資源的回收率，綜合回收率達(dá)到83%以上.

低品位膠磷礦；重介質(zhì)；分選

0 引言

磷礦是發(fā)展磷化工產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略資源.既是制作磷肥、保障糧食安全的重要資源，又是精細(xì)磷化工的物質(zhì)基礎(chǔ)，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、生物和國防等眾多行業(yè)具有極其重要的應(yīng)用價值.宜昌磷礦資源比較豐富，是中國五大磷礦基地之一.主要分布在夷陵、興山、遠(yuǎn)安3縣區(qū)交界處，由16個礦床（段）組成，2011年宜昌磷礦資源儲量29.32億噸（其中基礎(chǔ)儲量6.59億噸）占湖北省磷礦資源儲量的67.7%，占全國資源儲量的15.1%，名列湖北省第一位［1］.宜昌磷礦資源特點為條帶構(gòu)造，高硅、高鎂海相沉積型貧、細(xì)、雜低品位膠磷礦，需選礦提質(zhì)降雜.適宜于宜昌磷礦選礦的技術(shù)［2-3］主要有浮選（雙步浮選、直接浮選、單一反浮選）、重介質(zhì)分選、化學(xué)處理、光電揀選等，現(xiàn)階段工業(yè)應(yīng)用的主要有單一反浮選，重介質(zhì)分選以及化學(xué)處理.單一反浮選適宜高鎂磷礦的選礦，工藝簡單，選礦成本低，但存在環(huán)境污染問題；化學(xué)處理采用浸出劑將高品位低鎂磷礦中的白云石分解，獲得精礦，但處理能力低，生產(chǎn)成本高，不宜處理中低品位高鎂含量的磷礦；重介質(zhì)分選適宜于條帶構(gòu)造磷礦的選礦，選礦不添加任何藥劑，廢水可以直接回用.宜昌磷礦重介質(zhì)分選開始于20世紀(jì)，1992年建成宜昌花果樹重介質(zhì)選礦試驗廠，其選礦處理量為20萬t／a，由于當(dāng)時的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件等原因，選礦生產(chǎn)成本高，試車后即停產(chǎn)［4］.2005年初，花果樹礦通過調(diào)研，將原有的重介質(zhì)兩產(chǎn)品旋流器，更換為重介質(zhì)三產(chǎn)品旋流器，同時改造重介質(zhì)三產(chǎn)品旋流器，使其適用于條帶磷礦微差密度的分選，在生產(chǎn)過程中，通過逐步技術(shù)改造，改變了重介質(zhì)分選磷礦回收率低的問題，進(jìn)一步完善選別工藝和生產(chǎn)措施，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并于2008年改擴(kuò)建生產(chǎn)規(guī)模為120萬t/a的選礦廠.

1 礦石性質(zhì)與實驗室重液選礦試驗

1.1 礦石性質(zhì)

湖北省宜昌磷礦為沉積型磷塊巖礦床.磷礦石具紋層狀—條帶狀構(gòu)造，磷酸鹽礦物主要為泥晶磷灰石，在偏光顯微鏡下為非晶質(zhì)或弱非均質(zhì)性，膠狀構(gòu)造.礦石中的有用礦物為泥晶磷灰石（俗稱膠磷礦），脈石礦物主要是白云石、石英、玉髓和粘土礦物.磷酸鹽礦物的嵌布特征以及空間分布絕大多數(shù)是以紋層或條帶的形式分布.

泥晶磷灰石（俗稱膠磷礦）：顯微鏡單偏光下呈淺褐色、棕色、灰白色，隨雜質(zhì)含量的增減而變化，正交偏光下顯均質(zhì)性或弱非均質(zhì)性，隨重結(jié)晶程度的提高而變化.集合體形態(tài)常見凝膠狀、砂屑狀、礫屑狀，集合體內(nèi)?；祀s有粘土礦物、泥晶碳酸鹽、鐵質(zhì)、硅質(zhì)、碳質(zhì)等，空間分布形式以條帶狀、紋層狀為主，是礦石中最主要的含磷礦物.

白云石：是礦石中的主要脈石礦物之一，顯微鏡下呈泥晶集合體、粉晶-細(xì)晶集合體，泥晶粒徑＜0.01 mm，粉晶-細(xì)晶粒度0.04～0.12 mm.主要以膠結(jié)物的形式分布于磷質(zhì)砂屑的孔隙間，或成條帶狀分布，構(gòu)成白云巖條帶.

硅質(zhì)礦物：主要成分為石英、玉髓，其常見石英砂屑分布于白云巖和泥晶磷塊巖內(nèi)，呈尖角狀，粒徑0.1～0.3 mm；微粒石英和隱晶質(zhì)的玉髓構(gòu)成硅質(zhì)條帶，與白云巖和磷塊巖互層分布.

因此從工藝礦物學(xué)特性來看該礦石完全具備磷礦重介質(zhì)選礦的工藝特性.

1.2 實驗室重液選礦試驗

當(dāng)原礦品位P2O523.80%，分選粒級為O.5～15 mm，分選密度2.89 g/cm3時，獲得了精礦品位P2O530.79%、MgO 1.44%，回收率87.61%的重液分選指標(biāo).宜昌磷礦重選可選性曲線見圖1［5］.

圖1 -15+0.5 mm原礦重選可選性曲線λFig.1 Beneficiability curve of gravity separation of-15+0.5 mm ore

從圖1可以看出當(dāng)重液密度為2.85～2.91 g/cm3時，鄰近比重物含P2O5都在30%左右，屬難重介質(zhì)分選礦.宜昌磷礦中密度大于2.95 g/cm3主要是磷塊巖條帶，白云巖條帶密度在2.85 g/cm3左右，因此兩條帶有效分選密度差僅為0.1 g/cm3，要分選磷塊巖和白云巖條帶，要求有較高分選精度的重介質(zhì)分選裝備，同時必須穩(wěn)定控制分選密度.使其分選密度在2.86 g/cm3到2.89 g/cm3之間，才能獲得合格精礦，產(chǎn)率和回收率等指標(biāo)變化較小.

2 篩分分級微差密度重介質(zhì)工業(yè)分選

根據(jù)宜昌地區(qū)的沉積型中低品位膠磷礦工藝礦物學(xué)特性，研究礦石選擇性破碎行為、礦物重介質(zhì)選礦分選行為，然后進(jìn)行破碎方法以及重介質(zhì)的篩選、論證和確定重介質(zhì)工藝流程，優(yōu)化重介質(zhì)工藝技術(shù)參數(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工藝.

2.1 選擇性破碎篩分分級

由于宜昌磷礦的膠磷礦，碳酸鹽礦物以及硅酸鹽礦物的硬度不同，礦石自然類型為白云巖條帶狀磷塊巖、致密條帶狀磷塊巖、頁巖條帶狀磷塊巖，這3種不同的條帶狀磷塊巖的破碎性質(zhì)不同，對于白云巖條帶狀磷塊巖易于破碎，而其他兩種難于破碎，破碎之后膠磷礦與碳酸鹽礦物以及硅酸鹽礦物分布在不同的產(chǎn)品中，通過三級閉路破碎，采用粗、中、細(xì)三段一閉路破碎系統(tǒng)聯(lián)合兩級原礦溜篩篩分分級系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同條帶磷塊巖的選擇性破碎篩分，獲得不同粒級的篩分產(chǎn)品，將原礦破碎成-20 mm，使磷礦物和脈石解離.采用4 mm、8 mm溜篩對-20 mm原料進(jìn)行篩分分級，篩分分級結(jié)果見表1.

表1 低品位膠磷礦篩選分級結(jié)果Table 1 Results of classification of low grade collophanite

通過表1可得出，低品位膠磷礦通過破碎后，由于礦石破碎的特性不同，磷礦物在細(xì)粒級中富集.通過將破碎后的產(chǎn)品用4 mm、8 mm溜篩篩分，0～4 mm物料的P2O5＞25%，產(chǎn)率為17.7%，4～8 mm產(chǎn)品的P2O5＞23%，產(chǎn)率11.5%，根據(jù)目前市場需求，23%以上的礦石具備商品價值，因此作為產(chǎn)品供應(yīng)到磷礦加工企業(yè).篩分后只有粗粒級進(jìn)入重介質(zhì)分選，由于無細(xì)粒級的物料進(jìn)入重介質(zhì)分選系統(tǒng)，使得礦漿的粘度降低，易于控制重介質(zhì)的密度.

2.2 微差密度重介質(zhì)工業(yè)分選

篩分后篩上物（＋8 mm）進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選［6］，其第一段選別即原礦給入處，控制分選密度一般為2.80 g/cm3左右，所拋棄的尾礦為低密度的含鉀頁巖；通過二段分選系統(tǒng)在線無極調(diào)節(jié)，使重介質(zhì)再次濃縮，形成分選密度為2.90g/cm3的分選區(qū)域，使磷塊巖條帶與白云石條帶分離，分選的工藝流程圖見圖2.重介質(zhì)精礦和尾礦，經(jīng)脫介弧形篩脫介后，成為精礦和尾礦，尾礦進(jìn)行再次篩分，得到P2O520%左右礦砂與原礦篩下物合并作為產(chǎn)品回收.工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)果見表2.

在原礦品位為20.27%時通過選擇性破碎篩分分級微差密度重介質(zhì)分選，重介質(zhì)分選的精礦品位為28.44%，對重介質(zhì)分選尾礦再篩分，篩上物（＋8 mm）作為最終尾礦，其品位只有9.30%，進(jìn)入尾礦區(qū)堆存.尾礦篩下物（-8 mm）與原礦篩分的細(xì)粒級（-8 mm）作為中間產(chǎn)品回收，綜合回收率達(dá)到83.63%.而傳統(tǒng)重介質(zhì)工藝兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的尾礦的品位高達(dá)13.10%，損失率為31.45%，綜合回收率僅為68.55%.三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器首次應(yīng)用于磷礦選礦，實現(xiàn)了高分選密度（2.80～2.90 g/cm3）下微密度差（密度差為0.1 g/cm3）礦物的分離.提高了重介質(zhì)設(shè)備對磷塊巖礦與脈石礦物的分選精度.

2.3 重介質(zhì)分選磷礦系統(tǒng)的自動控制

在重介質(zhì)分選宜昌磷礦過程中，控制中介質(zhì)密度在規(guī)定的波動范圍內(nèi)，是保證獲得穩(wěn)定可靠的分選指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一.介質(zhì)密度的自動控制系統(tǒng)由微機(jī)核密度計FB-2300控制、介質(zhì)密度的上、下限值可通過鍵盤預(yù)先置入儀表，當(dāng)發(fā)生密度越限時，報警指示系統(tǒng)燈亮，操作人員根據(jù)情況，進(jìn)行適宜的操作，循環(huán)介質(zhì)非磁性物含量的檢測指示和定壓漏斗、合格介質(zhì)桶、緩沖礦倉料（液）位的測量指示及報警系統(tǒng)的組成，為介質(zhì)正常循環(huán)，工藝流程的順利實施，穩(wěn)定密度，保證磷精礦品位，提高精礦回收率，起到了良好的保障作用.

圖2 微差密度重介質(zhì)工業(yè)分選工藝流程圖Fig.2 Flow-sheet of classification-heavy medium separation

表2 篩分分級微差密度重介質(zhì)分選生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)Table 2 Operation performances of classification-heavy media separation

3 結(jié)語

宜昌磷礦屬于難重選礦，磷塊巖條帶密度大于2.95 g/cm3為主，白云巖條帶密度在2.85 g/cm3左右，0.1 g/cm3的分選密度差是重介質(zhì)選礦的最低要求，在此密度差下才能分選磷塊巖和白云巖.工業(yè)上采用無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，有效介質(zhì)密度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了微密度差下高密度2.80～2.90 g/cm3難重選宜昌磷礦的分選，獲得精礦品位P2O528.44%，與選擇性破碎篩分分級相結(jié)合，回收中間產(chǎn)品，提高資源的回收率，綜合回收率達(dá)到83%以上.

致謝

感謝湖北省科技廳及武漢工程大學(xué)對本研究的資助.

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SHAO Tao，LE Hong-gang.Research and practice of dense medium for separation of phosphate ores［J］. IndustrialMinerals and Processing，2009（10）：13-16.（in Chinese）

Classification－h(huán)eavy medium separation in minor differential for beneficiation of low grade collophanite in Yichang

LUO Hui－h(huán)ua1，QU Ding－jun2，MIAO Hua－jun2，HU Xue－chao2，HU Zheng2，ZHANG Zhan－li2
School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；2．Hubei Shashuya Mining Technology Development Co．Ltd．，Yichang 443000，China

To solve the common key technological problems existed in beneficiation of low grade collophanite，technical properties of phosphate ore，such as material composition，occurrence states and dissemination properties of minerals，etc．were investigated．The key separation technology and the industrial utilization of sieving and classification－h(huán)eavy medium separation in minor differential for beneficiation of low grade collophanite were analyzed via self－dependent innovation and technology integration based on the research of process mineralogy．Then a series of industrial production facility of sieving and classification－h(huán)eavy medium separation in minor differential with annual processing capacity of 1．2 million tons of phosphate rock was established，which was characterized by high separation accuracy，good stability in controlling the proportion of separation．This novel processing technology can recover and purify medium，and effectively decrease the consumption of medium and eliminate the instability caused by the change of density and the separation of minerals and medium．Under the condition of subtle density difference，the grade of concentrate reaches 28．44%，the grade of tailing is lower than 10%when three products dense medium cyclone with unpressurized feeding and control systems of effective medium density are applied in industry to realize the separation of Yichang phosphate with high density of 2．80－2．90 g／cm3．Middle products can be recovered and the comprehensive recovery of the resource is improved with the rate over 83%by combining with selective crushing and screening classification．

low grade collophanite；heavy medium；beneficiation

TD923

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.09.006

1674－2869（2015）09－0035－05

本文編輯：龔曉寧

2015-07-06

湖北省重大科技創(chuàng)新計劃（2014ACA036）；十二·五科技支撐項目（2013BAB07B01）

羅惠華（1968-），男，湖北武漢人，教授.研究方向：選礦理論、工藝和浮選藥劑.