貴州某磷礦正-反浮選試驗研究①

代 典，梁 歡，潘志權(quán)，何東升

（1．武漢工程大學(xué) 國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢430073；2．武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430073；3．武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢430073）

磷礦是生產(chǎn)磷化產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、染料、陶瓷、國防等工業(yè)部門，又因其不可再生性而屬于國家重點戰(zhàn)略資源。我國磷礦資源稟賦差異大，因含有復(fù)雜的伴生礦物而以中低品位礦居多，其中某些磷礦伴生有稀土資源，具有極高的潛在價值［1－9］。

本文對貴州某P2O5品位11．68%、MgO含量10．87%的低品位磷礦石進(jìn)行了浮選試驗研究，確定了合適的磨礦細(xì)度、藥劑用量以及浮選工藝流程，在模擬工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行多次閉路循環(huán)試驗之后，精礦P2O5品位穩(wěn)定在28%左右。本研究工作可為該類型磷礦石選礦提供一定技術(shù)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)及試驗方法

1．1 礦石性質(zhì)

采用X射線熒光光譜分析（XRF）對試驗礦石進(jìn)行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 礦石X射線熒光光譜測試結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

根據(jù)《磷礦地質(zhì)勘察規(guī)范》（DZ／T 0209—2002）中磷礦石工業(yè)類型分類標(biāo)準(zhǔn)，雖然該磷塊巖礦中P2O5品位稍低于邊界品位，但CaO／P2O5比2．95，酸不溶物含量17．59%，該磷塊巖礦屬于低品位碳酸鹽型磷礦石。

XRD分析結(jié)果表明，該磷塊巖礦中磷主要以氟磷灰石形式存在，主要脈石礦物為白云石、石英及長石等黏土礦物。礦石中礦物賦存狀態(tài)測定結(jié)果見表2。

表2 礦石樣品中礦物賦存狀態(tài)測定結(jié)果

MgO基本賦存于白云石中，91．63%的SiO2賦存于石英中。因此，需要通過浮選白云石來達(dá)到去除MgO的目的，同時需要通過抑制石英來達(dá)到去除90%左右SiO2的目的。

1．2 試驗試劑及儀器設(shè)備

試驗試劑包括Na2CO3（分析純）、工業(yè)水玻璃、工業(yè)硫酸、工業(yè)磷酸、PL-9和LP-3等。其中PL-9為膦酸類捕收劑，LP-3為磺酸類捕收劑，均為武漢工程大學(xué)自主研發(fā)的藥劑。

試驗儀器設(shè)備包括X射線熒光光譜儀（ZSX Primus II）、X射線衍射儀（Bruker D8 ADVANCE）、電感耦合等離子光譜儀（PerkinElmer 8300）、球棒兩用磨礦機(jī)（XMB-68Φ160×200）、0．5 L單槽浮選機(jī)（RX／FD111）等。

2 選礦試驗研究

工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，該礦石雖屬碳酸鹽型磷礦石，但SiO2含量高達(dá)15%，只采用單一反浮選流程難以實現(xiàn)磷灰石的高效富集。因此，本文先采用正浮選分離石英等硅質(zhì)脈石礦物，再通過反浮選實現(xiàn)磷灰石與白云石等碳酸鹽脈石礦物的分離。

2．1 正浮選試驗

2．1．1 磨礦細(xì)度試驗

磨礦細(xì)度是影響浮選穩(wěn)定的一個重要指標(biāo)，想要最大化地提高處理量，就必須讓目標(biāo)礦物盡可能單體解離，礦石經(jīng)破碎后解離度不達(dá)標(biāo)，浮選機(jī)產(chǎn)生的氣泡難以負(fù)載過粗的礦粒（＋0．1 mm粒級）使得目標(biāo)礦物依舊留在浮選槽內(nèi)，導(dǎo)致精礦回收率低，過細(xì)的礦粒（小于0．006 mm）極易使得礦漿泥化，增加浮選分選難度，導(dǎo)致選擇性降低。

按圖1所示流程和藥劑制度，進(jìn)行了磨礦細(xì)度條件試驗，結(jié)果見圖2。

圖1 正浮選工藝流程

圖2 磨礦細(xì)度對正浮選指標(biāo)的影響

由圖2可知，－0．074 mm粒級含量低于90%時，硅酸鹽礦物與磷礦物解離不完全，尾礦中P2O5含量高達(dá)10%左右；隨著磨礦細(xì)度增高，硅酸鹽礦物與磷礦物充分解離，尾礦P2O5含量減至5%左右，但當(dāng)－0．074 mm粒級含量達(dá)到96．96%后，尾礦P2O5含量下降幅度趨于平緩?？紤]尾礦中P2O5含量滿足直接拋尾要求，選定磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%，磨礦時間30 min。

2．1．2 Na2CO3用量試驗

Na2CO3在礦漿中發(fā)生電離-水解作用，碳酸根水解產(chǎn)生的OH－能使礦漿pH值保持在8～10的穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，同時能使鎂、鈣、鐵等有害離子在弱堿性條件下生成難溶性沉淀，避免其在浮選磷灰石過程中產(chǎn)生抑制作用，提高浮選過程捕收劑選擇性。磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進(jìn)行了Na2CO3用量條件試驗，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著Na2CO3用量增加，精礦P2O5回收率逐漸升高，而精礦品位變化不大。當(dāng)Na2CO3用量超過3．5 kg／t時，P2O5回收率升高趨勢減弱，尾礦P2O5品位下降趨勢減緩，且泡沫為黏稠狀態(tài)，不易消泡。因此選定Na2CO3用量3．5 kg／t。

圖3 Na2 CO3用量對正浮選指標(biāo)的影響

2．1．3 水玻璃用量試驗

水玻璃成分復(fù)雜，以各類硅酸類化合物混雜共存于體系當(dāng)中。而起到抑制作用的主要是H2SiO3和。硅酸膠粒和硅酸離子因強(qiáng)大復(fù)雜的羥基結(jié)構(gòu)而具有較強(qiáng)的水化性，易于吸附在具有相同酸根的脈石礦物如石英、硅酸鹽等表面，形成一層親水膜，產(chǎn)生抑制作用。磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進(jìn)行了水玻璃用量條件試驗，結(jié)果見圖4。

圖4 水玻璃用量對正浮選指標(biāo)的影響

由圖4可知，隨著水玻璃用量增大，精礦回收率逐漸降低，精礦P2O5品位逐漸升高。當(dāng)水玻璃用量達(dá)1．2 kg／t時，繼續(xù)增加水玻璃用量，尾礦P2O5含量呈增高態(tài)勢。考慮到尾礦直接拋尾，尾礦P2O5回收率不宜高于6%，選定水玻璃用量1．2 kg／t。

2．1．4 PL-9用量試驗

磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進(jìn)行了正浮選捕收劑PL-9用量條件試驗，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著PL-9用量增加，精礦回收率呈升高趨勢，精礦P2O5品位呈緩慢下降趨勢。當(dāng)PL-9用量達(dá)到0．6 kg／t時，精礦回收率升高趨勢變小?？紤]藥劑成本和選礦指標(biāo)，選擇PL-9用量0．6 kg／t。

圖5 捕收劑PL-9用量對正浮選指標(biāo)的影響

2．2 反浮選流程試驗

2．2．1 H2SO4用量試驗

在正浮選脫硅基礎(chǔ)上，選用H2SO4作為反浮選pH調(diào)整劑。硫酸電離出的H＋離子能使礦漿pH值保持在弱酸性，同時可通過改變磷礦物表面電荷，增強(qiáng)磷礦物親水性，并且浸蝕碳酸鹽礦物表面達(dá)到提高礦物分選性的作用。反浮選流程如圖6所示，反浮選H2SO4用量條件試驗結(jié)果見圖7。

圖6 反浮選工藝流程

圖7 H2 SO4用量對反浮選指標(biāo)的影響

由圖7可知，H2SO4用量太少，礦漿pH值偏高，對含磷礦物抑制作用不強(qiáng)，分選性差，得到的精礦P2O5品位低；而H2SO4用量過大，在分解碳酸鹽礦物的同時也分解了少量磷礦物，導(dǎo)致精礦P2O5損失量過多。考慮精礦P2O5品位和生產(chǎn)成本，選定H2SO4用量24 kg／t。

2．2．2 捕收劑LP-3用量試驗

選定H2SO4用量24 kg／t，按圖6所示流程進(jìn)行了反浮選捕收劑LP-3用量試驗，結(jié)果見圖8。

圖8 捕收劑LP-3用量對反浮選指標(biāo)的影響

由圖8可知，LP-3用量小于1．4 kg／t時，精礦P2O5品位低于28%，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求；LP-3用量大于1．4 kg／t時，精礦回收率大幅度降低。綜合考慮精礦P2O5品位和生產(chǎn)成本，選定LP-3用量1．4 kg／t。

2．3 閉路試驗

在條件試驗基礎(chǔ)上，進(jìn)行了正浮選-反浮選閉路試驗，試驗流程見圖9。其中試驗用水和中礦均模仿工廠生產(chǎn)方式用于循環(huán)，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行了5組試驗，所得閉路循環(huán)浮選指標(biāo)如表3所示。

圖9 閉路試驗數(shù)質(zhì)量流程

由表3可知，當(dāng)磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%、Na2CO3用量3．5 kg／t、工業(yè)水玻璃用量1．2 kg／t、正浮選捕收劑PL-9用量0．6 kg／t，H2SO4用量30 kg／t、H3PO4用量8 kg／t、反浮選捕收劑LP-3用量1．2 kg／t時，經(jīng)“正浮選、一粗兩掃反浮選”閉路浮選，可獲得P2O5品位28．04%、回收率81．92%、MgO含量0．75%的磷精礦。

表3 閉路試驗結(jié)果

3 結(jié) 論

貴州某低磷層白云質(zhì)磷塊巖礦P2O5品位11．68%、CaO含量33．52%，主要雜質(zhì)元素MgO含量10．87%、SiO2含量17．59%。通過對該低品位磷塊巖礦進(jìn)行探索性選礦試驗，在磨礦細(xì)度－0．074 mm粒級占96．96%條件下，經(jīng)過常溫“正浮選、一粗兩掃反浮選”閉路浮選，獲得了P2O5品位28．04%、回收率81．92%、MgO含量0．75%的磷精礦。