微細(xì)粒硅鈣質(zhì)磷礦雙反浮選試驗*

阮耀陽，羅惠華，徐 偉, 陳 慧, 王旭東, 池汝安, 鄧博納

(1.武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430073；2.中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國家重點(diǎn)實驗室，貴州 貴陽 550002；3.湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

我國磷礦資源儲量豐富，集中分布于湖北、云南、貴州、四川和湖南5省[1]，但資源稟賦差，大部分屬于中低品位硅質(zhì)或硅鈣質(zhì)膠磷礦。中低品位膠磷礦開發(fā)利用過程中由于生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致“采富棄貧”現(xiàn)象普遍，資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重[2]。因此，磷礦選礦加工行業(yè)亟需加大對中低品位磷礦資源的開發(fā)利用，以實現(xiàn)我國磷資源產(chǎn)業(yè)的高效和可持續(xù)發(fā)展。

通常情況下，硅鈣質(zhì)膠磷礦嵌布粒度較細(xì)，擦洗脫泥[3]、重介質(zhì)選[4-5]以及光電選[6-7]可作為預(yù)富集處理工藝，工業(yè)實踐中仍廣泛采用浮選進(jìn)行分離富集[8-10]。對比正浮選和反浮選兩種磷礦脫硅工藝，對中低品位磷礦(P2O5品位為18%～26%)進(jìn)行反浮選脫硅更符合“抑多浮少”原則，且藥耗、能耗少，有利于降低生產(chǎn)成本[11]。然而，反浮選脫硅工藝使用的陽離子捕收劑存在對目的礦物選擇性不強(qiáng)、泡沫黏度大且對細(xì)粒礦物敏感的缺點(diǎn)，限制了該工藝在工業(yè)上的推廣與應(yīng)用。

為了克服陽離子捕收劑的選磷缺點(diǎn)，楊勇等[12]采用分段加藥的方式改善了反浮選脫硅的效果，提高了最終精礦的P2O5品位[12]；趙鳳婷等[13]采用分級浮選方案對微細(xì)粒磷礦進(jìn)行了脫硅富集研究，即對分級后的粗粒級物料采用陽離子捕收劑反浮選工藝，而對細(xì)粒級物料則選擇陰離子捕收劑正浮選工藝，獲得了理想的精礦指標(biāo)。分級浮選在磷礦選礦中可獲得較理想的分選指標(biāo)，但存在投資較大、選礦回水循環(huán)利用難度高等問題。已有的研究成果和生產(chǎn)實踐表明，高效分選中低品位膠磷礦的關(guān)鍵在于如何提高陽離子捕收劑在微細(xì)粒礦物分選過程中的選擇性和改善其泡沫性能，由于選擇性絮凝可實現(xiàn)微細(xì)粒礦物團(tuán)聚，改善磷礦正浮選分選效果[14-15]，因此本文探討了雙反浮選工藝在微細(xì)粒磷礦浮選中提質(zhì)除雜的可行性，重點(diǎn)研究絮凝劑苛化淀粉和聚丙烯酰胺對陽離子捕收劑反浮選脫硅過程的影響，以期為中低品位膠磷礦的開發(fā)利用提供參考。

1 原料與試驗方法

1.1 礦石性質(zhì)

原礦多元素分析結(jié)果見表1。由表1可知，原礦中主要脈石礦物為倍半氧化物(Al2O3+Fe2O3)和硅酸鹽礦物，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，屬于中低品位低鎂高倍半氧化物磷礦。為了得到P2O5品位在30%以上、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.8%的磷精礦，需要有效脫除硅質(zhì)和鈣質(zhì)脈石礦物。

1.2 試驗方法

將破碎篩分后的礦樣轉(zhuǎn)入球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，控制最終磨礦細(xì)度為-500目質(zhì)量分?jǐn)?shù)占92.7%左右，然后過濾烘干、混勻備用。每次浮選前稱取一定量代表性試樣置于0.5 L單槽浮選機(jī)中，依次加入調(diào)整劑、絮凝劑和捕收劑。設(shè)定的工藝參數(shù)如下：浮選溫度25 ℃，葉輪轉(zhuǎn)速2 000 r/min，藥劑攪拌時間2 min，刮泡時間5～6 min，最后對所得浮選產(chǎn)品進(jìn)行過濾、烘干、稱質(zhì)量、制樣及分析，并計算各產(chǎn)品的P2O5品位及回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)試驗

在礦物浮選過程中，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)是重要的工藝參數(shù)，通常情況下，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時處理量大，藥劑消耗較少，有利于降低生產(chǎn)成本，但由于礦漿黏度大，分選效果較差，特別是微細(xì)粒礦物的浮選分離，較高的礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)易導(dǎo)致精礦P2O5回收率急劇降低。分別選取給礦量為150 g和170 g，在苛化淀粉用量為500 g/t、陽離子捕收劑用量為200 g/t的藥劑制度下進(jìn)行反浮選脫硅試驗。浮選前未加pH調(diào)整劑，測得礦漿pH為8.10左右，這是由于苛化淀粉制備過程中添加了氫氧化鈉所致。試驗結(jié)果見表2。

表2 礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對反浮選指標(biāo)的影響

由表2可知，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.78%時得到的精礦P2O5品位稍高，而礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.06%時的精礦P2O5回收率更高?？紤]到過低的礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)會直接影響浮選過程處理量，同時會降低浮選藥劑的有效濃度、增加藥劑用量，因此確定后續(xù)試驗中的礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.06%。

2.2 絮凝劑試驗

考慮到陽離子捕收劑泡沫黏度大且對微細(xì)粒礦物分選效果差[16]，開展反浮選脫硅研究時選擇的浮選條件為：①礦漿pH小于7；②陽離子捕收劑采用分段加藥方式。因此，試驗選取的絮凝劑苛化淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)的用量分別為500 g/t和25 g/t，礦漿pH通過添加磷酸控制在6左右，陽離子捕收劑采用兩段加藥方式，其中第1段為120 g/t，第2段為60 g/t。工藝流程如圖1所示，試驗結(jié)果見表3。

圖1 絮凝劑條件試驗流程

表3 絮凝劑對反浮選指標(biāo)的影響

由表3可知，加入苛化淀粉或PAM后，均可獲得較佳的選別效果，精礦P2O5品位在28.50%以上?？紤]到給礦中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.48%，若精礦再經(jīng)反浮選脫鎂至MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%左右便可保證最終精礦P2O5品位在30%以上。另外，對比兩種絮凝劑改善反浮選指標(biāo)的效果可知，使用苛化淀粉時，無論是P2O5品位，還是P2O5回收率，均高于使用PAM的，故確定苛化淀粉為本礦樣的脫硅絮凝劑。

2.3 捕收劑分段加藥試驗

為了進(jìn)一步避免陽離子捕收劑對礦泥敏感而導(dǎo)致分選效果不佳的缺點(diǎn)，試驗過程中減少了陽離子捕收劑用量，采用3段加藥方式，試驗流程如圖2所示。在礦漿pH為6左右、苛化淀粉用量為500 g/t的條件下，探索陽離子捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見表4。

圖2 捕收劑分段加藥試驗流程

表4 3段加藥時捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響

由表4可知，陽離子捕收劑3種3段加藥量下均可獲得較高的P2O5回收率，其中3段加藥量為(70+40+30) g/t時較佳，可獲得較為理想的分選指標(biāo)，即P2O5品位為27.00%、P2O5回收率為73.66%。

2.4 苛化淀粉用量試驗

根據(jù)2.2節(jié)可知，苛化淀粉對反浮選脫硅過程起到了促進(jìn)作用，故其用量也是影響微細(xì)粒磷礦浮選的一個重要因素。在已確定的優(yōu)化條件下，探索了粗選時苛化淀粉用量對3段加藥后最終精礦指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見表5。由表5可知，當(dāng)苛化淀粉用量在500～1 100 g/t范圍內(nèi)變化時，分段加藥后獲得的磷精礦P2O5品位隨著苛化淀粉用量的增加由27.18%提高至28.71%，而P2O5回收率先稍有升高隨后有較大程度降低，可確定800 g/t的苛化淀粉用量為較佳的試驗條件。需要說明的是：此次試驗中，苛化淀粉用量為500 g/t得到的分選指標(biāo)與2.3節(jié)中的試驗結(jié)果存在偏差，P2O5回收率低12.09個百分點(diǎn)；分析其原因，極有可能是浮選時間不同所致。

表5 3段加藥時苛化淀粉用量對浮選指標(biāo)的影響

2.5 雙反浮選閉路試驗

基于以上確定的較佳反浮選脫硅藥劑制度，最終確定了微細(xì)粒膠磷礦雙反浮選工藝流程(見圖3)。由于本試驗陽離子捕收劑脫硅時產(chǎn)生的中礦返回量較大，因此調(diào)整了粗選的陽離子捕收劑用量；同時，由于原礦粒度較細(xì)，泥化嚴(yán)重，通過先脫硅后脫鎂與先脫鎂后脫硅的浮選開路試驗對比，發(fā)現(xiàn)先脫硅后脫鎂浮選獲得的硅酸鹽尾礦的P2O5品位和P2O5損失率均較低，故優(yōu)選先脫硅后脫鎂的浮選原則流程。浮選閉路試驗結(jié)果如表6所示。

圖3 微細(xì)粒磷礦雙反浮選工藝流程

由表6可知，采用雙反浮選工藝流程處理該微細(xì)粒硅鈣質(zhì)磷礦時，當(dāng)給礦P2O5品位為25.12%時，可獲得P2O5品位為29.39%、P2O5回收率為89.20%的較好選礦指標(biāo)。硅酸鹽尾礦P2O5品位較低，但碳酸鹽尾礦P2O5品位較高。分析其原因可能為：一是脫硅時礦漿中殘留的苛化淀粉和陽離子捕收劑影響了脫鎂過程；二是粒級為-500目質(zhì)量分?jǐn)?shù)占92.7%時，硅鈣質(zhì)磷礦自身的脫鎂效率變差。在以往的研究中也證實了硅鈣質(zhì)磷礦在-400目粒級下，精礦中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為1.06%，且反浮選尾礦中P2O5損失也較大[17]。因此，為了實現(xiàn)微細(xì)粒硅鈣質(zhì)磷礦的有效分離富集，需要同時提高脫硅和脫鎂的分選效率，這是中低品位膠磷礦高效開發(fā)利用的關(guān)鍵。

表6 閉路試驗結(jié)果單位：%

3 結(jié)論

a.針對微細(xì)粒磷礦的反浮選脫硅，絮凝劑苛化淀粉和PAM均具有良好的促進(jìn)作用。通過試驗對比發(fā)現(xiàn)，苛化淀粉的效果更佳，推薦的苛化淀粉用量為800 g/t。

b.采用分段加藥的方式可以有效減輕陽離子捕收劑對微細(xì)粒礦物浮選和浮選時間的不利影響，通過試驗確定了浮選的最優(yōu)脫硅條件：礦漿pH為6.0左右，苛化淀粉用量為800 g/t，陽離子捕收劑用量為(70+40+30) g/t。在此最優(yōu)條件下開路試驗獲得了P2O5品位為28.33%、P2O5回收率為62.04%的磷精礦指標(biāo)，雙反閉路試驗獲得了P2O5品位為29.39%、P2O5回收率為89.20%的磷精礦指標(biāo)。

c.閉路試驗中由于中礦返回導(dǎo)致陽離子捕收劑不斷累積，普遍存在泡沫量大、消泡難的問題，同時泡沫夾雜嚴(yán)重，導(dǎo)致脫硅脫鎂效率降低，因此，后續(xù)研究重點(diǎn)應(yīng)該集中于提高微細(xì)粒磷礦浮選過程礦物顆粒礦化率及改善浮選泡沫性質(zhì)等方面。