云南某硅質(zhì)膠磷礦浮選試驗(yàn)研究*

彭麗群，羅昆義，劉麗芬，張朝旺，戴 川，李若蘭，呂 蘭，鄧桂菊

(云南磷化集團(tuán)有限公司，國(guó)家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600)

0 引言

磷礦是不可再生資源，由磷礦制備的磷酸及其他化工產(chǎn)品廣泛用于農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)療、生物、國(guó)防等領(lǐng)域[1-3]。我國(guó)北方的磷礦以磷灰石為主，儲(chǔ)量較少；南方的磷礦以膠磷礦為主，儲(chǔ)量較多。我國(guó)磷礦儲(chǔ)量較為豐富的省份為云南、貴州、湖北、四川和湖南等[4]。從選礦角度來(lái)看，膠磷礦可以分為硅質(zhì)及硅酸鹽型、碳酸鹽型和混合型膠磷礦[5]。云南作為磷資源大省，目前工業(yè)利用的主要為碳酸鹽型膠磷礦，而儲(chǔ)量較為豐富的硅質(zhì)及硅酸鹽型、混合型膠磷礦尚未得到充分利用。

本文對(duì)云南某磷礦進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究，以期為該地區(qū)磷資源產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用確定工藝路線及提供初步設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 礦樣

1.1 試驗(yàn)礦樣

試驗(yàn)礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。由表1可知，該礦樣中ω(CaO) /ω(P2O5)<1.4，根據(jù)我國(guó)磷礦地質(zhì)勘查規(guī)范[6]，該礦樣的類型為硅質(zhì)及硅酸鹽型。

表1 試驗(yàn)礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 單位：%

1.2 試劑及儀器設(shè)備

試劑：碳酸鈉(工業(yè)品)，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%；水玻璃(工業(yè)品)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%；捕收劑為自制品，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。

主要儀器設(shè)備：掃描電鏡，偏光顯微鏡，顎式破碎機(jī)，對(duì)輥破碎機(jī)，分樣器，烘箱，篩分機(jī)，真空過濾機(jī)，浮選機(jī)，磨樣機(jī)，礦樣壓片機(jī)，礦樣分析儀。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 礦樣礦物組成

利用偏光顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀，對(duì)礦樣中的礦物進(jìn)行鑒定。礦樣中主要礦物為碳氟磷灰石、銀星石、石英、玉髓、水云母(伊利石)、白云母、白云石、褐鐵礦，還有少量的高嶺石、黃鐵礦、長(zhǎng)石、重晶石、石膏、方解石、金紅石、鋯石、綠泥石等，其中石英、玉髓為硅質(zhì)礦物，白云母、水云母(伊利石)、高嶺石、長(zhǎng)石、綠泥石為硅酸鹽礦物，白云石、方解石為碳酸鹽礦物。

利用SEM-MLA系統(tǒng)對(duì)礦樣中主要礦物組成和質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 礦樣中主要礦物組成 單位：%

2.2 磨礦和浮選流程選擇

根據(jù)礦物化學(xué)多元素分析和礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果可知，礦石中以石英為主的硅質(zhì)脈石礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，通過脫除硅質(zhì)脈石雜質(zhì)即可獲得合格的磷精礦。觀察發(fā)現(xiàn)原礦樣中細(xì)粒級(jí)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為確定細(xì)粒級(jí)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及各粒級(jí)質(zhì)量分布和品位，對(duì)原礦進(jìn)行了粒度篩析，結(jié)果見表3。

由表3可知，原礦樣中-0.03 mm粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。MLA測(cè)定結(jié)果表明，這部分物料中各礦物解離較好，因此可以考慮優(yōu)先進(jìn)行擦洗脫泥作業(yè)，脫出細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品。但是由于細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中磷含量較高，因此不可能將細(xì)粒級(jí)(-0.038 5 mm)直接丟棄，而且鐵、鋁也在細(xì)粒級(jí)中富集，因此后續(xù)需要考慮是否對(duì)細(xì)粒級(jí)進(jìn)行單獨(dú)處理?？梢圆捎玫牧鞒探Y(jié)構(gòu)有分級(jí)浮選和混合浮選，初步擬定按照?qǐng)D1所示原則流程進(jìn)行試驗(yàn)。

表3 礦樣中各粒級(jí)質(zhì)量分布及元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖1 原則浮選流程

圖1(a)所示流程分別對(duì)礦泥和粗粒級(jí)進(jìn)行單獨(dú)浮選處理，其優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，但是存在兩套分選系統(tǒng)，工藝流程復(fù)雜，對(duì)控制要求比較高；圖1(b)流程是混合磨礦，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍寬，但是一部分粗顆粒仍要進(jìn)行破碎磨礦，會(huì)在磨礦階段消耗更多的能量；圖1(c)流程綜合了前兩個(gè)流程的優(yōu)點(diǎn)，并避免了前兩個(gè)流程的不足，預(yù)先分級(jí)作業(yè)可以降低磨礦量且避免細(xì)顆粒礦泥的過磨，因此后續(xù)條件試驗(yàn)采用圖1(c)流程為原則流程。

2.3 浮選條件試驗(yàn)

2.3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

原礦經(jīng)過分級(jí)后，對(duì)粗粒級(jí)(+400目)進(jìn)行磨礦時(shí)間試驗(yàn)(5、7、10、12、15 min)，然后將細(xì)顆粒與粗顆粒合并進(jìn)行浮選，在Na2CO3用量為1.2 kg/t、Na2SiO3用量為1.2 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的條件下，考查了磨礦細(xì)度對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，適當(dāng)細(xì)磨對(duì)提高浮選精礦產(chǎn)率有益，但是磨礦細(xì)度過細(xì)會(huì)造成礦物過磨反而引起精礦產(chǎn)率和品位下降、尾礦品位升高。綜合考慮磨礦細(xì)度對(duì)分選效果的影響，將磨礦細(xì)度控制在-400目質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占78.59%較為適宜。

表4 磨礦細(xì)度對(duì)浮選指標(biāo)的影響 單位：%

2.3.2 Na2CO3用量試驗(yàn)

Na2CO3是浮選領(lǐng)域常用的pH調(diào)整劑，可以減小浮選體系中Ca2+、Mg2+和礦泥對(duì)浮選指標(biāo)的影響[7]。在磨礦細(xì)度-400目質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占78.59%、Na2SiO3用量為1.2 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t、礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的條件下考查了Na2CO3用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 Na2CO3用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

由表5可知，Na2CO3用量對(duì)磷塊巖上浮量有明顯的影響。隨著Na2CO3用量增大，精礦產(chǎn)率、回收率隨之增大，但精礦品位逐漸減小。Na2CO3用量增大能夠促進(jìn)含磷礦物的上浮，這是由于Na2CO3用量增大，使得浮選體系pH升高，促進(jìn)了捕收劑脂肪酸鈉的分散，同時(shí)一定程度上消除了Ca2+、Mg2+和礦泥對(duì)浮選的不利影響[8]。綜合考慮，選擇1.5 kg/t作為最佳Na2CO3用量。

2.3.3 水玻璃用量試驗(yàn)

氧化礦浮選時(shí)廣泛使用水玻璃作為抑制劑，同時(shí)也常作為礦泥分散劑[7]，水玻璃是石英、硅酸鹽、鋁硅酸鹽類礦物的抑制劑[9]。鑒于原礦樣中石英和硅酸鹽礦物以及礦泥含量較高，選擇水玻璃作為抑制劑，在磨礦細(xì)度為-400目質(zhì)量分?jǐn)?shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t、礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的條件下，考查了抑制劑水玻璃用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 水玻璃用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

由表6可知，水玻璃用量增加有利于精礦P2O5品位的提高，但精礦產(chǎn)率和回收率與水玻璃用量呈負(fù)相關(guān)。這是由于水玻璃用量增加在增強(qiáng)對(duì)硅質(zhì)脈石礦物抑制能力的同時(shí)，對(duì)有用礦物的抑制能力也逐漸增強(qiáng)。綜合考慮，選擇最佳水玻璃用量為1.6 kg/t。

2.3.4 捕收劑用量試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-400目質(zhì)量分?jǐn)?shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、水玻璃用量為1.6 kg/t、礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的條件下，考查了自制脂肪酸類捕收劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 捕收劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

由表7可知，隨著捕收劑用量增加，精礦產(chǎn)率和回收率呈增大趨勢(shì)，精礦品位逐漸減小。由于試驗(yàn)要求精礦品位達(dá)到31%以上，所以選擇最佳捕收劑用量為3.0 kg/t。

2.3.5 浮選礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)試驗(yàn)

礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)浮選機(jī)的充氣、藥劑用量、礦漿停留時(shí)間和細(xì)顆?？筛⌒跃幸欢ǔ潭鹊挠绊?。在磨礦細(xì)度-400目質(zhì)量分?jǐn)?shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、水玻璃用量為1.6 kg/t、捕收劑用量為3 kg/t的條件下，考查了不同浮選礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的分選效果，試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可知，同等藥劑單耗下，隨著礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%增加到35%，精礦產(chǎn)率和回收率逐漸增大，尾礦品位逐漸減小，浮選精礦品位也逐漸減小。綜合考慮精礦品位和回收率，選擇最佳浮選礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。

表8 浮選礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)浮選指標(biāo)的影響 單位：%

2.3.6 開路試驗(yàn)

在優(yōu)化的粗選條件下，掃選添加0.15 kg/t 的Na2CO3以使掃選維持在較優(yōu)的pH，經(jīng)過對(duì)比捕收劑和抑制劑用量，確定添加捕收劑1.1 kg/t，添加抑制劑0.8 kg/t。開路浮選試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

圖2 開路浮選試驗(yàn)流程

表9 開路浮選試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

由表9可知，在圖2所示的工藝流程和試驗(yàn)條件下，采用開路“1粗1掃”工藝所得精礦P2O5品位達(dá)到32.17%，精礦產(chǎn)率和P2O5回收率分別達(dá)到57.56%和81.68%。

2.3.7 閉路試驗(yàn)

按照?qǐng)D3所示的工藝流程和試驗(yàn)條件進(jìn)行閉路浮選試驗(yàn)，以考查掃選中礦返回對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表10。 由表10可知，中礦的返回降低了精礦品位，提高了精礦產(chǎn)率和P2O5回收率，不過未對(duì)精礦品位產(chǎn)生明顯的影響，精礦品位仍滿足試驗(yàn)要求。

圖3 閉路浮選試驗(yàn)流程

表10 閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

3 結(jié)論

a.該試樣中的目的礦物為碳氟磷灰石，脈石礦物為石英和硅酸鹽礦物；Si主要富集在石英和硅酸鹽礦物中，脫除硅質(zhì)礦物即可達(dá)到富集磷礦物的目的。

b.對(duì)試樣預(yù)先分出-400目后，對(duì)粗顆粒單獨(dú)進(jìn)行磨礦有效避免了細(xì)顆粒礦物的過磨。

c.在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下進(jìn)行閉路試驗(yàn)，獲得了較好的浮選效果，浮選精礦P2O5品位為31.93%，P2O5回收率為84.11%。