磷石膏渣場酸性廢水代替磷礦浮選中硫酸試驗

張 波

(云南磷化集團海口磷業(yè)有限公司，云南 昆明 650113)

目前，中國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速發(fā)展階段，面臨的資源和環(huán)境形勢十分嚴峻。為抓住重要戰(zhàn)略機遇期，實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的戰(zhàn)略目標(biāo)，必須大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，按照“減量化、再利用、資源化”原則，采取各種有效措施，以盡可能少的資源消耗和盡可能小的環(huán)境代價，取得最大的經(jīng)濟產(chǎn)出和最少的廢物排放，實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益相統(tǒng)一，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。

磷礦浮選生產(chǎn)過程中,需要大量用水,同時又會產(chǎn)生大量廢水,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,每處理1 t原礦需要4～6 m3的清水[1]。由于碳酸鹽礦物可浮性一般高于磷酸鹽礦物,在酸性介質(zhì)中,差異更大。因此為了實現(xiàn)碳酸鹽與磷酸鹽礦物的有效分離,往往在酸性介質(zhì)中反浮選碳酸鹽。常用的酸性介質(zhì)調(diào)整劑有鹽酸、硫酸、磷酸和磷酸鹽等[2,3]。浮選廠附近常建有磷酸、硫酸等生產(chǎn)裝置,在濕法磷酸生產(chǎn)過程中副產(chǎn)含氟酸性廢水由于腐蝕性強,處理成本高,其處理技術(shù)是濕法磷酸行業(yè)的難題[3-7]。

公司選礦廠的生產(chǎn)規(guī)模為200萬噸/年，以處理中低品位膠磷礦為主，并以硫酸和磷酸作為礦漿pH調(diào)整劑。若將磷石膏渣場酸性廢水作為礦漿pH調(diào)整劑[8-9]，可大大節(jié)約選礦成本。因此，為響應(yīng)國家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的號召，本著降低生產(chǎn)成本的原則，公司擬將磷石膏渣場酸性廢水綜合利用。目前，磷石膏渣場酸性廢水返回化工廠主要用作磷石膏輸送介質(zhì)。

1 實 驗

1.1 酸性廢水檢測分析

通過對磷石膏渣場酸性廢水水質(zhì)及回水水質(zhì)進行取樣，分析其成分，結(jié)果見表1、表2。

表1 磷石膏渣場酸性廢水主要成分

表2 回水水質(zhì)檢驗統(tǒng)計表

表2可以看出，該廢水中P2O5含量平均值為0.32%，F(xiàn)含量平均值為2273.41 mg/L，pH平均值為2.16。

由表1和表2中的數(shù)據(jù)可以得出，該酸性廢水含有大量的P2O5，將其加入磷浮選作業(yè)中，不僅可以替代部分硫酸和磷酸作為反浮選工藝的pH值調(diào)整劑和抑制劑，提高礦漿中的P2O5含量，使浮選精礦指標(biāo)得以提升，降低浮選藥劑成本，還可以緩解渣壩庫區(qū)存水壓力，提高尾礦庫安全性。

1.2 試驗方案

在原浮選流程的基礎(chǔ)上，將硫酸和廢水按一定比例配置添加，并保證礦漿濃度。具體試驗方案如下：

所需試驗設(shè)備：XMB-Φ200X240棒磨機；0.75L單槽浮選機；精密酸度計；電子天平；真空過濾機；干燥箱等。

所需試驗藥劑：pH調(diào)整劑為硫酸；捕收劑為YP6-4；酸性廢水。

1.2.1 廢水以及捕收劑用量試驗

將加入10 mL、40%的硫酸作為對照組，設(shè)置廢水用量與捕收劑用量梯度試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，獲得其用量與精礦指標(biāo)趨勢。

1.2.2 硫酸與廢水比值試驗

根據(jù)1.2.1選取固定捕收劑用量，設(shè)置硫酸：廢水的比值梯度進行復(fù)選試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，確定最佳比值范圍。

1.2.3 重復(fù)試驗

設(shè)置單一H2SO4用量梯度，確定最佳對照組，將1.2.2中比較好的指標(biāo)進行重復(fù)實驗，驗證其指標(biāo)優(yōu)劣，最終根據(jù)重復(fù)試驗結(jié)果得到最佳試驗條件與指標(biāo)。

1.3 浮選工藝利用

新建管道從3環(huán)取水，并輸送至選廠浮選作業(yè)，工藝聯(lián)系圖見圖1。

圖1 三環(huán)廢水利用工業(yè)聯(lián)系圖

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水以及捕收劑用量試驗

本次試驗流程為一次粗選，自變量為廢水用量和及捕收劑用量，溢流原礦中P2O5品位為18.66%，MgO品位為8.77%。只加10 mL、40%的硫酸作為對照組，試驗結(jié)果見表3。

表3 回水和捕收劑用量試驗指標(biāo)

續(xù)表3

由表3試驗數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：

(1)當(dāng)廢水用量固定時，隨著捕收劑用量的增加，精礦中MgO含量降低；

(2)捕收劑用量4 kg/t時，廢水用量≥120 mL，精礦MgO≤2.0%(除廢水用量250 mL外)，當(dāng)廢水用量達到200 mL時(11組)，一次粗選的精礦產(chǎn)率和回收率略高于對照試驗，但精礦MgO偏高。捕收劑用量5 kg/t時(14組)，精礦“兩率”及MgO含量與硫酸對照試驗相當(dāng)；

(3)綜合以上分析，實驗室廢水用量200 mL，折合干基為0.8 mL/g。以此推算，工業(yè)生產(chǎn)處理150 t/h原礦，需要加入廢水120 t/h。因廢水用量較大，若直接取代硫酸加入磨礦后的浮選調(diào)漿，會大幅稀釋礦漿濃度，造成捕收劑用量的增加，所以廢水應(yīng)與硫酸按一定比例加入。

2.2 硫酸與廢水比值試驗

本次試驗流程為一次粗選，自變量為硫酸與廢水的比例，溢流原礦中P2O5品位為18.66%，MgO品位為8.77%，捕收劑YP6-4用量固定為3 kg/t，試驗結(jié)果見表4。

表4 硫酸與廢水比值試驗指標(biāo)

由表4中的試驗數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：

(1)隨著硫酸與廢水比值的減小，精礦的產(chǎn)率和回收率呈先降低后升高的趨勢；

(2)捕收劑用量為3 kg/t時，精礦中MgO含量隨著硫酸與廢水比值的減小而先升高后降低。

2.3 重復(fù)試驗

為確定硫酸與廢水的最佳比值，將上述試驗中第6、7、8組進行重復(fù)試驗，并確定最佳H2SO4用量，本次重復(fù)試驗所用溢流原礦中含20.12%P2O5、8.06%MgO，捕收劑YP6-4用量為3 kg/t，試驗結(jié)果見表5。

表5 40%H2SO4用量試驗指標(biāo)

上述試驗結(jié)果表明，捕收劑用量3 kg/t，以40%H2SO4用量為變量的四組試驗，第一組試驗的精礦指標(biāo)較好，確定H2SO4用量14.72 kg/t(5 mL)為對照試驗；后三組廢水替代部分H2SO4試驗中，(硫酸:廢水)按比例=1:6,1:7，1:8混合配制的調(diào)整劑，其中(硫酸:廢水)=1:6,1:7在一次粗選的精礦磷、鎂指標(biāo)相差不大，但(硫酸:廢水)=1:8精礦MgO尾礦磷明顯偏高。因此繼續(xù)選擇(硫酸:廢水)=1:6,1:7重復(fù)試驗。

由于上述試驗中精礦MgO均偏高，試驗將捕收劑用量定為4 kg/t，以14.72 kg/t(5 mL)H2SO4為對照試驗，試驗結(jié)果見表6。

表6 硫酸:回水=1:6,1:7重復(fù)試驗指標(biāo)

上述試驗結(jié)果表明：當(dāng)其他條件不變，硫酸:廢水=1:7時，一次粗選的浮選精礦各項指標(biāo)為與對照試驗時相當(dāng)。因此確定硫酸與廢水按比例1:7混合后替代部分H2SO4，進行重復(fù)試驗，試驗結(jié)果見表7。

表7 硫酸:回水=1:7重復(fù)試驗指標(biāo)

表7試驗結(jié)果表明，當(dāng)硫酸:廢水=1:7，其他條件不變時，一次粗選的精礦MgO及尾礦中磷偏高，一粗一精流程中浮選精礦及尾礦各項指標(biāo)為與對照試驗時相近，回收率更優(yōu)。

廢水在磷礦選礦中可替代部分硫酸使用，分選效果與使用硫酸時相近。對照試驗中H2SO4用量14.72 kg/t；而硫酸與廢水按比例1:7配置時，H2SO4用量僅7.36 kg/t，廢水約為0.028 m3/t。

3 成本計算

從試驗結(jié)果看,當(dāng)精礦指標(biāo)最優(yōu)時，處理每噸原礦可節(jié)約硫酸7.36 kg,目前硫酸市場價約400元/t,單位成本可節(jié)約2.94元/t，年處理量按200萬t計算，每年可節(jié)約成本約580萬元。

4 結(jié) 論

(1)當(dāng)廢水用量固定時，隨著捕收劑用量的增加，精礦中MgO含量降低；

(2)隨著硫酸與廢水用量比值的減小，精礦的產(chǎn)率和回收率呈先降低后升高的趨勢；

(3)當(dāng)硫酸與廢水比例為1:7時，分選效果與單獨使用硫酸時相近，可獲得含P2O530.20%、MgO 1.31%的磷精礦，產(chǎn)率與回收率分別達到55.8%和83.8%；且可以節(jié)約一半的硫酸用量；

(4)磷礦浮選中利用磷石膏渣場酸性廢水代替硫酸，可降低試劑成本，每年可減少約580萬元成本。