遼寧某含鐵低品位磷礦石選礦試驗研究

高 楊，胡志剛，張家琪

(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110032)

磷礦是重要的化工原料礦物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和化學工業(yè)中占重要地位。我國磷礦資源豐富，截至2016年底，查明資源儲量244.1億t[1]，已探明資源總量位居世界第二位。但我國磷礦石大部分為低品位難選礦石，大于30%的富磷礦石已近枯竭，不能滿足迅速增長的磷肥產(chǎn)能和磷化工產(chǎn)品對磷礦石的需求，因此，低品位磷礦石選礦和綜合利用對促進磷礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

我國磷礦石礦床主要有三大類型：沉積型磷塊巖礦床、巖漿型磷灰石礦床和變質(zhì)巖型磷灰?guī)r礦床，礦石工業(yè)類型分為磷灰?guī)r和磷塊巖。礦石儲量大、品位較高的沉積型磷塊巖礦床主要分布在川滇黔湘鄂五省，五省儲量占全國儲量的85%以上。但該類型礦石磷礦物嵌布粒度小，并與細粒碳酸鹽和硅酸鹽礦物緊密共生，礦石可選性差。磷塊巖選礦一般采用正浮選或反浮選等方法，工藝流程較復雜，選礦指標不高。變質(zhì)巖型磷灰?guī)r礦床主要分布在蘇皖鄂地區(qū)，華北、華東和東北地區(qū)以巖漿型磷灰石礦床為主。變質(zhì)巖和巖漿型磷灰石礦床儲量只占總儲量的7%，且磷品位低，P2O5含量一般為3%～5%。但磷灰石結(jié)晶較粗，可選性好，且礦石中常伴生有釩、鈦、鐵、鈷等，綜合利用價值較大[3-4]。

遼寧地區(qū)多為變質(zhì)巖型磷灰石礦，磷灰石含量低，雖然礦石的可選性較好，但選礦比大，精礦成本高，部分礦山只利用磁選工藝回收其中的磁鐵礦，將磷灰石丟棄于磁選尾礦之中，造成磷礦資源的浪費。本文針對遼寧某地含鐵磷礦石，采用浮選-磁選聯(lián)合流程，實現(xiàn)了磷和鐵的有效分選，并獲得了較好的技術(shù)指標。

1 礦石性質(zhì)

遼寧某含鐵低品位磷礦石具有明顯的粒狀變晶結(jié)構(gòu)和片麻狀構(gòu)造，礦石中非金屬礦物主要有斜長石、條紋長石、黑云母、石英、角閃石、磷灰石等，金屬礦物主要有磁鐵礦和黃鐵礦。礦石中的礦物組成及含量見表1，礦石化學成分分析見表2。

礦石中的有價元素為磷和鐵。通過巖礦鑒定分析可知，含磷礦物主要為磷灰石，其在礦石中以粒狀或渾圓粒狀產(chǎn)出，晶體邊緣清晰，與長石、石英、黑云母、角閃石等顆?；祀s分布，粒徑一般為0.1～0.2 mm。礦石中含鐵礦物相對較多，可回收的鐵礦物為磁鐵礦，礦石的鐵物相分析見表3。磁鐵礦在礦石中呈半自形至他形晶粒狀，在礦石中分布不均勻，大部分以中細粒集合體產(chǎn)出，集合體中夾雜有細粒硅酸鹽礦物，少量磁鐵礦呈浸染狀分布于長石、石英等礦物粒間，少量磁鐵礦粒間有黃鐵礦穿插，磁鐵礦粒度一般為0.05～0.5 mm。

磷灰石和磁鐵礦多呈粒狀分布在脈石礦物粒間，顆粒結(jié)晶較好，磷灰石中粗粒相對較多，并且兩者共生關(guān)系不密切，單體解離較為容易。

表1 礦石中礦物組成及含量Table 1 Mineral composition and content of raw ore

表2 原礦化學成分分析Table 2 Chemical composition analysis of raw ore

表3 原礦鐵物相分析Table 3 Iron phase analysis of raw ore

2 選礦試驗

礦石中的選礦目的礦物是磷灰石和磁鐵礦，磷灰石富集分離的有效方法是浮選，磁鐵礦則采用磁選法最為簡單有效[5]。試驗首先通過先浮選磷灰石，浮選尾礦磁選富集磁鐵礦的流程確定浮選和磁選的分選條件，然后再進行先浮后磁和先磁后浮的流程對比試驗。

2.1 磷灰石浮選試驗

2.1.1 磨礦細度試驗

磨礦的目的是使目的礦物單體解離，磨礦細度決定了目的礦物的單體解離程度，目的礦物的單體解離是對其進行有效分選的前提。因此，適宜的磨礦細度對實現(xiàn)礦物間的有效分選至關(guān)重要。浮選條件試驗流程見圖1，試驗以Na2CO3為pH值調(diào)整劑，用量1 500 g/t；水玻璃為脈石礦物抑制劑和分散劑，用量1 000 g/t；捕收劑采用復合陰離子藥劑，用量800 g/t。磨礦細度試驗結(jié)果見圖2。

圖1 浮選條件試驗流程Fig.1 Process flow of flotation condition

由圖2可知，隨著磨礦細度的增加，磷粗精礦品位和回收率逐漸增加，說明磷灰石解離度逐漸提高，當磨礦細度-0.074 mm含量達到72%以上，精礦回收率增加趨緩，精礦品位則有較明顯下降，說明礦泥對浮選精礦品位影響較大。因此，該礦石的適宜磨礦細度為-0.074 mm 72%。

2.1.2 pH值調(diào)整劑用量試驗

浮選磷灰石通常是在弱堿性條件下進行，Na2CO3是常用的pH值調(diào)整劑，并且具有消除Ca2+、Mg2+離子的有害影響和減輕礦泥對浮選不利影響的作用[6]。本次試驗以碳酸鈉為pH值調(diào)整劑，考查pH值對磷灰石浮選的影響。試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見圖3。

圖2 磨礦細度試驗試驗結(jié)果Fig.2 Results of grinding fineness experiment

圖3 pH值調(diào)整劑用量試驗結(jié)果Fig.3 Results of pH value adjustor dosage experiment

由圖3可知，Na2CO3用量增加，磷粗精礦品位略有降低，磷回收率先增加后降低，在Na2CO3用量為1 500 g/t時回收率最高。

2.1.3 水玻璃用量試驗

水玻璃對石英、硅酸鹽等脈石礦物有良好的抑制作用[7]。礦石中的脈石礦物主要為長石、黑云母、石英和角閃石，均為硅酸鹽礦物，因此，選擇水玻璃為脈石礦物抑制劑，考查其對浮選指標的影響，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可知，水玻璃用量對磷灰石浮選的影響比較明顯，水玻璃用量小于1 000 g/t時，磷粗精礦品位和回收率隨著水玻璃用量的增加而提高。水玻璃用量大于1 000 g/t后，繼續(xù)增加水玻璃用量則對磷灰石浮選產(chǎn)生不利影響，磷粗精礦品位和回收率均降低。因此，水玻璃用量不宜超過1 000 g/t。

2.1.4 捕收劑種類試驗

磷礦物浮選常用的捕收劑為陰離子的脂肪酸類藥劑及其改性或復配的藥劑[8]，本試驗對油酸鈉、改性油酸、氧化石蠟皂和一種復合型陰離子捕收劑進行了考查，以確定這4種藥劑對試驗礦石的浮選效果。在800 g/t相同的藥劑用量條件下，經(jīng)過一次粗選獲得的磷粗精礦品位及回收率指標見表4。

由表4可知，油酸鈉和改性油酸可以獲得較高的粗精礦品位，但回收率較低，說明這兩種捕收劑選擇性相對較好，捕收能力不足。氧化石蠟皂粗精礦回收率較高，粗精礦品位較低，說明其選擇性較差。復合捕收劑的粗精礦品位和回收率均較高，說明其對磷灰石具有較好的選擇性和較強的捕收能力。

2.1.5 捕收劑用量試驗

脂肪酸類捕收劑具有較強的起泡性，用量過大時，浮選泡沫黏稠，浮選的選擇性明顯降低。試驗對復合捕收劑的用量進行了考查，以確定對該礦石浮選的適宜用量，不同用量條件下磷灰石浮選粗精礦的品位和回收率見圖5。

圖4 水玻璃用量試驗結(jié)果Fig.4 Results of water glass dosage experiment

表4 捕收劑種類對浮選指標的影響
Table 4 The influence of collector type on flotation index

捕收劑名稱粗精礦品位(P2O5)/%粗精礦回收率(P2O5)/%油酸鈉23.7476.44改性油酸22.9781.84氧化石蠟皂19.2191.07復合捕收劑22.7692.15

圖5 捕收劑用量試驗結(jié)果Fig.5 Results of collector dosage experiment

由圖5可知，捕收劑用量增加，磷粗精礦回收率逐漸增加，粗精礦品位逐漸降低，當復合捕收劑用量達到1 000 g/t時，粗精礦回收率雖然有所增加，但品位顯著降低，說明浮選的選擇性明顯降低，大量脈石礦物進入粗精礦中，綜合考慮品位及回收率指標，復合捕收劑的適宜用量為800 g/t。

2.2 浮選尾礦磁選試驗

2.2.1 磁場強度試驗

磁性顆粒在磁選過程中受到的磁力與磁場強度和磁場梯度有關(guān)，試驗采用鼓式磁選機對浮選尾礦中的磁鐵礦進行了分選富集，磁選機轉(zhuǎn)鼓表面的磁場強度對分選指標的影響見圖6。

由圖6可知，磁選機轉(zhuǎn)鼓表面磁場強度增加，鐵精礦TFe回收率明顯增加，磁場強度達到80 kA/m后繼續(xù)提高磁場強度，TFe回收率基本不再增加，說明礦石中的磁鐵礦已得到較好回收。因此，確定尾礦磁選磁場強度為80 kA/m。

2.2.2 鐵精礦再磨細度試驗

在原礦磨礦細度為-0.074 mm含量72%的條件下，浮選尾礦磁選獲得的鐵精礦品位較低。對鐵精礦進行顯微鏡下分析，發(fā)現(xiàn)精礦中的細粒磁鐵礦未充分解離，脈石礦物以連生體的形成進入鐵精礦，因此，鐵精礦需要再磨再選以提高精礦品位。再磨細度與鐵精礦品位的關(guān)系見表5。

圖6 磁場強度試驗結(jié)果Fig.6 Results of magnetic intensity experiment

表5 鐵精礦再磨細度試驗結(jié)果
Table 5 Results of regrinding fineness experiment of iron concentrate

再磨細度(-0.045 mm)/%75.4080.2085.8090.20鐵精礦品位(TFe)/%61.6064.7166.1266.58

鐵精礦再磨細度試驗結(jié)果表明，鐵精礦的磨礦細度達到-0.045 mm含量85.8%以上，才能獲得TFe品位大于65%的鐵精礦。

2.3 選礦流程對比試驗

通過浮選和磁選條件試驗，對影響浮選、磁選的因素進行了考查并確定了最佳分選條件。為使礦石中磷灰石和磁鐵礦充分分離富集并減少兩者的混雜，對先浮選后磁選和先磁選后浮選兩種工藝流程進行了對比試驗，以確定適宜的選礦工藝流程。試驗流程分別見圖7和圖8，試驗結(jié)果見表6。

圖7 先浮選后磁選流程Fig.7 Process flow of flotation followed by magnetic separation

圖8 先磁選后浮選流程Fig.8 Process flow of magnetic separation followed by flotation

表6 選礦流程對比試驗結(jié)果
Table 6 Comparison experiment results of ore dressing process

流程名稱產(chǎn)品名稱品位/%回收率/%P2O5TFeP2O5TFe先浮選后磁選磷精礦鐵精礦19.820.0941.6766.2695.160.411.5355.48先磁選后浮選磷精礦鐵精礦19.250.161.0265.8294.120.690.9456.59

通過流程對比可以看出，兩種流程獲得的技術(shù)指標基本相近，先浮選后磁選流程獲得的磷精礦和鐵精礦品位相對較高，磷回收率略高，并且鐵精礦中磷含量低于先磁選的鐵精礦，因此，先浮選后磁選流程有利于礦石中磷的回收和保證鐵精礦質(zhì)量。先磁選后浮選流程雖然可以減少浮選入選的礦石量，有利于降低磷精礦中的鐵含量，但兩次磁選后的礦漿體積增加，礦漿濃度降低，磁選尾礦需濃縮脫水，否則在實際生產(chǎn)中可能會降低浮選時間，影響磷的回收。而對于浮選后再磁選來說，磁選機對礦漿濃度的適應性要遠勝于浮選機。綜合考慮選礦指標和各種因素，采用先浮選后磁選的選礦流程處理該礦石是適宜的。

2.4 選礦流程閉路試驗

閉路試驗主要是考查中礦產(chǎn)品循環(huán)進入選礦系統(tǒng)后對浮選指標的影響。浮選流程采用一次粗選、一次掃選和兩次精選，磁選流程為一次粗選和粗精礦再磨精選，試驗流程見圖9，試驗結(jié)果見表7。

通過閉路試驗最終獲得了P2O5含量35.25%的磷精礦和TFe含量66.21%的鐵精礦，磷精礦P2O5回收率93.71%，鐵精礦TFe回收率55.72%。原礦石中磁性鐵mFe含量較低，僅占全鐵TFe含量的61.30%，計算可得鐵精礦mFe回收率90.90%。

2.5 精礦質(zhì)量分析

閉路試驗獲得的磷精礦和鐵精礦的質(zhì)量分析結(jié)果見表8和表9。

表7 選礦閉路試驗結(jié)果Table 7 Experiment results of close-circuit process

表8 磷精礦質(zhì)量分析結(jié)果Table 8 The analysis results of phosphate concentrate quality

表9 鐵精礦質(zhì)量分析結(jié)果Table 9 The analysis results of iron concentrate quality

3 結(jié) 論

1) 遼寧某含鐵低品位磷礦石中選礦目的礦物是磷灰石和磁鐵礦，兩種礦物在礦石中的共生關(guān)系不密切，同時，兩者在可浮性和磁性上具有較大的差異，因此，有利于采用浮選和磁選工藝實現(xiàn)兩者的分離與富集。

2) 礦石中磷灰石嵌布粒度相對較粗，磁鐵礦粒度相對較細。在-0.074 mm含量72%的磨礦細度下，通過浮選可以獲得質(zhì)量較好的磷精礦。磷浮選尾礦磁選獲得鐵精礦品位較低，經(jīng)再磨再選后，方可獲得質(zhì)量較高的鐵精礦。

3) 通過對浮選磁選先后順序不同的兩種流程的對比可以看出，兩種流程獲得的技術(shù)指標基本相近，先浮選后磁選流程獲得的磷精礦和鐵精礦品位相對較高，磷回收率也略高，并且鐵精礦中磷含量低于先磁選的鐵精礦，因此，先浮選后磁選流程有利于礦石中磷的回收和保證鐵精礦質(zhì)量。

圖9 選礦閉路試驗流程Fig.9 Process flow of close-circuit experiment