曹本三郎,張 逸,龍秉文,鄧伏禮,戴亞芬,丁一剛
(武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院,湖北 武漢 430074)
我國磷礦資源非常豐富,但大多屬中低品位難選膠磷礦。隨著易選和高品位磷礦資源的日益枯竭,采用浮選來富集處理中低品位難選膠磷礦,已成為磷礦資源開發(fā)利用的一條重要途徑,全世界一半以上的磷精礦都是采用浮選獲得[1]。我國磷礦 P2O5品位>30%的富礦僅11.2億t,僅占總儲量的6.64%;P2O5品位<12%的貧礦27.43億t;磷礦P2O5平均品位為16.95%。因此,如何高效開發(fā)利用“貧、雜、細”等低品位磷礦資源成為當前研究的熱點[2-3]。膠磷礦浮選具有以下特點:一是含磷礦物呈“膠狀”非晶質(zhì)細粒集合體與雜質(zhì)礦物緊密共生,礦物粒度微細才能使它們單體解離,細粒礦物質(zhì)量小、動量低,浮選過程難以與氣泡發(fā)生有效碰撞;二是浮選采用的脂肪酸類捕收劑溶解分散性差,與礦物的作用速度慢,在實際生產(chǎn)過程中,磷礦浮選泡沫礦化速度慢,浮選時間長,中礦返回量大[4]。針對以上問題,浮選柱具有比浮選機更大的優(yōu)勢,浮選柱易產(chǎn)生細粒礦物浮選所需的氣泡,增大氣泡的比表面積,進而提高氣泡與目的礦物的碰撞幾率,同時還可以創(chuàng)造更好的靜態(tài)分選環(huán)境和一定厚度的浮選泡沫清洗層,降低礦粒相互粘附團聚對分選精度的影響,在處理細粒礦物方面具有較大的發(fā)展空間[5-8]。磷礦中Ca、Mg雜質(zhì)含量過高,不僅會造成酸法加工時黏度增加,還會增加酸耗和產(chǎn)品泡沫,甚至引起噴料,嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量,特別是磷礦中MgO含量已成為評價磷礦質(zhì)量的主要指標之一。作者利用浮選柱對高硅鎂中低品位膠磷礦(P2O525.74%、MgO 1.31%、SiO213.79%)進行反浮選脫鎂實驗,優(yōu)化反浮選脫鎂工藝,并比較浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果。
膠磷礦由宜化提供,其主要化學(xué)組成見表1。
表1 膠磷礦的主要化學(xué)組成/%
捕收劑由宜化提供,主要成分為工業(yè)脂肪酸皂,使用時在55 ℃水浴中配成5%的水溶液。抑制劑、pH值調(diào)整劑均為85%磷酸(分析純),使用時配成質(zhì)量濃度為30%。
實驗裝置采用充填浮選柱,如圖1所示。
圖1 浮選柱設(shè)備及其填充物照片F(xiàn)ig.1 Photos of flotation column equipment and its filler
圖2 浮選柱反浮選脫鎂工藝流程Fig.2 Process flow of reverse flotation for magnesium removal using flotation column
影響浮選柱浮選效果的因素有很多,主要包括礦石性質(zhì)、磨礦細度、礦漿濃度、藥劑制度、柱體結(jié)構(gòu)特征和工作參數(shù)等。采用單因素實驗,在磨礦粒度<0.074 mm占80.3%、礦漿濃度為30%的條件下,考察藥劑制度和工作參數(shù)對反浮選效果的影響。
捕收劑用量直接影響反浮選效果,用量過少將會導(dǎo)致精礦的P2O5品位較低,達不到預(yù)期的反浮選效果;用量過多則會導(dǎo)致尾礦中的P2O5品位過高,導(dǎo)致P2O5回收率降低。在磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為500 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下,考察捕收劑用量對反浮選效果的影響,結(jié)果如圖3所示。
圖3 捕收劑用量對反浮選效果的影響Fig.3 Effect of collector dosage on reverse flotation
從圖3可知,隨著捕收劑用量的增加,反浮選脫鎂所得精礦P2O5品位上升較慢,而精礦產(chǎn)率和P2O5回收率降低,其中產(chǎn)率降低較快。這是因為,隨著捕收劑用量的增加,捕收劑對磷礦顆粒的富集作用不斷減弱。綜合考慮,捕收劑用量為1.2 kg·t-1時,反浮選效果較好。
抑制劑主要抑制含磷礦物的上浮。抑制劑用量過少會導(dǎo)致含磷礦物上浮,造成精礦P2O5品位下降和P2O5回收率降低;而抑制劑用量過多會因為抑制作用太強而無法達到好的浮選效果。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、充氣流量為500 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下,考察抑制劑磷酸用量對反浮選效果的影響,結(jié)果如圖4所示。
圖4 磷酸用量對反浮選效果的影響Fig.4 Effect of phosphoric acid dosage on reverse flotation
從圖4可知,當磷酸用量低于7 kg·t-1時,隨著磷酸用量的增加,精礦P2O5品位上升較快,而精礦產(chǎn)率下降較快;當磷酸用量超過7 kg·t-1后,精礦P2O5品位基本保持不變,而精礦產(chǎn)率略有下降;磷酸用量對P2O5回收率的影響不大。綜合考慮,磷酸用量為7 kg·t-1時,反浮選效果較好。
氣泡是礦物浮選分離的載體,充氣流量大,輸入礦漿的氣泡多,氣泡與礦物碰撞礦化幾率大,浮選速度快,分選效果好;但充氣流量過大,會破壞穩(wěn)態(tài)分選環(huán)境,容易造成泡沫產(chǎn)品夾雜,并產(chǎn)生液面翻花現(xiàn)象,妨礙礦化泡沫層的形成。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下,考察充氣流量對反浮選效果的影響,結(jié)果如圖5所示。
從圖5可知,當充氣流量較小時,精礦P2O5品位較低,但精礦產(chǎn)率和P2O5回收率較高;隨著充氣流量的增大,精礦P2O5品位升高,但精礦產(chǎn)率和P2O5回收率逐漸降低。綜合考慮,充氣流量為600 L·h-1時,反浮選效果較好。
圖5 充氣流量對反浮選效果的影響Fig.5 Effect of aeration flow rate on reverse flotation
在浮選柱中,反浮選脫鎂時有較厚的泡沫層,并且充氣流量也較大,泡沫容易帶出大量的雜質(zhì)和磷,需要用沖洗水將一部分含磷礦物帶回到精礦中。但是由于反浮選脫鎂時,和捕收劑結(jié)合的都是較小的顆粒,沖洗水流量過大會導(dǎo)致捕收劑和礦物的脫附,從而導(dǎo)致精礦P2O5品位較低,不利于浮選;而沖洗水流量過小則會導(dǎo)致泡沫夾帶出含磷礦物,導(dǎo)致精礦產(chǎn)率和P2O5回收率降低。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為600 L·h-1、柱徑比為8的條件下,考察沖洗水流量對反浮選效果的影響,結(jié)果如圖6所示。
圖6 沖洗水流量對反浮選效果的影響Fig.6 Effect of washing water flow rate on reverse flotation
從圖6可知,隨著沖洗水流量的增大,精礦P2O5品位逐漸降低,精礦產(chǎn)率和P2O5回收率逐漸升高。在沖洗水流量低于6 L·h-1時,精礦P2O5品位降低較慢,之后降低較快。綜合考慮,沖洗水流量為6 L·h-1時,反浮選效果較好。
柱徑比代表浮選柱里液面的高度,即泡沫層的厚度。液面越高,泡沫層厚度越薄,礦化的礦物泡沫在浮選柱里的停留時間越短,礦物和捕收劑發(fā)生脫附的概率就越小,精礦P2O5品位就越高;但是停留時間越短,泡沫層帶出的有效礦物也越多,導(dǎo)致精礦產(chǎn)率和P2O5回收率較低。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為600 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1的情況下,考察柱徑比對反浮選效果的影響,結(jié)果如圖7所示。
圖7 柱徑比對反浮選效果的影響Fig.7 Effect of column diameter ratio on reverse flotation
從圖7可知,隨著柱徑比的增大,精礦P2O5品位逐漸上升,精礦產(chǎn)率和P2O5回收率逐漸降低。這是因為,柱徑比增大即液面逐漸升高,泡沫層厚度逐漸變薄,泡沫在浮選柱內(nèi)的停留時間也越短,泡沫層夾帶出的含磷礦物越來越多。綜合考慮,柱徑比為8時,反浮選效果較好。
綜上,確定最佳脫鎂工藝條件為:捕收劑用量1.2 kg·t-1、磷酸用量7 kg·t-1、充氣流量600 L·h-1、沖洗水流量6 L·h-1、柱徑比8。
在最佳脫鎂工藝條件下進行反浮選實驗,所得尾礦的化學(xué)組成見表2。
表2 尾礦的化學(xué)組成分析/%
從表2可以看出,精礦P2O5品位為27.36%、MgO含量為0.64%;尾礦P2O5品位為4.20%、MgO含量為8.30%,反浮洗脫鎂效果較好。
在浮選機中用較優(yōu)的藥劑制度進行反浮選脫鎂實驗,其工藝流程如圖8所示。
圖8 浮選機反浮選脫鎂工藝流程Fig.8 Process flow of reverse flotation for magnesium removal using flotation machine
浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果比較如表3所示。
從表3可以看出,浮選柱在更短的反浮選工藝流程作業(yè)下,精礦P2O5品位和浮選機的相差不大,但是精礦產(chǎn)率和P2O5回收率要遠高于浮選機的。因此,浮選柱反浮選脫鎂效果優(yōu)于浮選機。
表3 反浮選脫鎂效果比較/%
利用浮選柱對高硅鎂中低品位膠磷礦(P2O525.74%、MgO 1.31%、SiO213.79%)進行了反浮選脫鎂實驗,優(yōu)化了反浮選脫鎂工藝,并比較了浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果。確定最佳脫鎂工藝條件為:捕收劑用量1.2 kg·t-1、磷酸用量7 kg·t-1、充氣流量600 L·h-1、沖洗水流量6 L·h-1、柱徑比8,在此條件下,得到P2O5品位為27.36%、MgO含量為0.64%的精礦,且精礦產(chǎn)率為92.65%,P2O5回收率為98.71%。浮選柱可以創(chuàng)造更好的浮選環(huán)境,浮選柱反浮選脫鎂效果優(yōu)于浮選機。為后續(xù)的反浮選脫硅實驗打下良好的基礎(chǔ)。