遼寧某磷鐵礦中回收磷灰石浮選試驗(yàn)研究

于慧梅 何歡 孟博

摘 要：遼寧某磷鐵礦石中 P2O5品位2.57%，主要以磷灰石形式存在。脈石礦物以石英為主。為了回收磷灰石，降低尾礦中 P2O5含量，設(shè)計(jì)了浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)以捕收劑種類、藥劑之間相互作用、精選次數(shù)為研究對象，探索了磷灰石的浮選指標(biāo)。研究表明，采用一粗二掃四精浮選流程，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占55%條件下，以碳酸鈉為調(diào)整劑，水玻璃為抑制劑，JZQ-F7為捕收劑，獲得磷品位30.85%、回收率70.70%的磷精礦。

關(guān)鍵詞：磷灰石;浮選;JZQ-F7;品位;回收率

中圖分類號：TD923

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

磷礦作為重要的化工原料，在化學(xué)工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重大作用。雖然我國磷礦資源豐富，但是大部分磷礦為低品位難選礦石。因此，低品位磷礦石選礦和綜合利用對促進(jìn)磷礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。

按照產(chǎn)出地質(zhì)條件和形成方式，我國磷礦分為巖漿巖型磷灰石、沉積巖型磷塊巖、沉積變質(zhì)巖型磷灰?guī)r三大類，其中沉積磷塊巖礦床是我國主要的磷礦資源，其占我國磷礦資源總儲量的80%以上[2]。針對磷礦石選礦，無論從工藝流程還是藥劑研究進(jìn)展都有大量的研究資料。劉志超等[3]針對某磷鐵共生礦石中浮選磷灰石，用BK420-C作捕收劑，經(jīng)過一次粗選、一次掃選、三次精選，獲得浮選精礦P2O5 品位35.01%，回收率52.81%的浮選指標(biāo);郭文達(dá)等[4]對某含磷鐵礦進(jìn)行可選性試驗(yàn)研究，針對選鐵總尾礦中浮選磷灰石，在捕收劑用量600 g/t、水玻璃用量400 g/t的條件下，進(jìn)行一次粗選、三次精選、二次掃選閉路浮選，可獲得P2O5 品位30.74%、回收率72.94%的磷精礦;南楠等[5]以柏泉磁選尾礦為研究對象，以氧化石蠟皂+脂肪酸+MES為捕收劑，采用一次粗選、三次精選、一次掃選、中礦順序返回閉路流程浮選磷灰石，獲得 P2O5品位和回收率分別為 33%和 85%的磷精礦;聶軼苗等[6]在回收磷的試驗(yàn)中，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占52.1%、pH=8.5～9、水玻璃用量800 g/t、AW-01用量800 g/t、礦漿濃度30%、粗選時(shí)間3 min、精選時(shí)水玻璃用量50 g/t、AW-01用量100 g/t、礦漿濃度25%的試驗(yàn)條件下，采用一次粗選、三次精礦的浮選工藝流程，可獲得磷品32.74%、回收率86.11%的磷精礦;秦玉芳[7]等在礦石性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，采用碳酸鈉為礦漿pH調(diào)整劑，水玻璃為脈石礦物抑制劑，油酸鈉為含磷礦物捕收劑，試驗(yàn)流程為一次粗選、二次精選閉路試驗(yàn)流程，獲得P2O5 品位30.21%、回收率70.81%的磷精礦。

綜上所述，關(guān)于磷礦石選礦工藝的探索重在磨礦細(xì)度、礦漿pH、捕收劑的種類、精選和掃選的次數(shù)。遼寧地區(qū)多為變質(zhì)巖型磷灰石礦，磷灰石含量低，雖然礦石的可選性較好，但選礦比大，精礦成本高。本文針對遼寧某地含鐵磷礦石，在研究礦石性質(zhì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探索藥劑的種類、用量及藥劑之間的交互作用，為現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)參考。

1 原礦性質(zhì)

1.1 試驗(yàn)礦樣制備

試驗(yàn)礦樣由遼寧省某礦業(yè)公司提供。礦樣經(jīng)過三段破碎，粗碎采用PE-150×200顎式破碎機(jī)將礦石破碎至50 mm以下;中碎采用XPC-60×200顎式破碎機(jī)將礦物破碎至12 mm以下，將破碎好的礦樣混勻、縮分，一部分進(jìn)入對輥破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，一部分留作備用樣品;細(xì)碎采用XPS-Φ250×150輥式破碎篩分機(jī)將礦石破碎至2 mm以下，使用2 mm篩子檢查篩分。將2 mm下礦樣混勻、縮分，分別取100 g礦樣留作化學(xué)全元素分析和化學(xué)多元素分析，其余礦樣每1 000 g礦樣裝袋留做后續(xù)浮選試驗(yàn)。

1.2 礦樣性質(zhì)

1.2.1 化學(xué)全元素分析

為了研究礦樣的化學(xué)組成，對礦樣進(jìn)行定性及半定量的化學(xué)全元素分析，分析使用X-熒光分析方法，分析試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1化學(xué)全元素分析結(jié)果可知，礦石中主要有用成分為磷和鐵，有可能回收的成分為鈦，主要脈石礦物成分為硅鋁酸鹽和堿性的鈣鎂化合物。由此確定下一步的化學(xué)分析對象為：有可能利用的有用礦物成分P2O5、Fe2O3、TiO2，主要的脈石成分SiO2、Al2O3、CaO、MgO，及其他如Na2O、K2O、SO3的含量。

1.2.2 化學(xué)多元素分析

根據(jù)表1的X-熒光分析結(jié)果，除了MnO 、Cl 、ZnO 、CuO、 NiO、BaO、SrO含量較少外，對其他化學(xué)元素進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2化學(xué)多元素分析結(jié)果，進(jìn)一步確定礦石中主要有用成分為磷和鐵，浮選過程中可綜合回收為磷灰石和鐵礦石，鈦含量較低，不考慮單獨(dú)回收，脈石礦物以石英為主。

1.2.3 礦石的礦物組成

礦石中有用礦物主要有磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦，其次是黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦等，脈石礦物有透輝石、鉀長石、斜長石、黑云母、方解石、白云石、滑石、石英、榍石、金紅石等。對主要礦石礦物進(jìn)行了礦物定量，其中，磷灰石的礦物相對含量為4.28%，磁鐵礦的礦物相對含量為12.50%，鈦鐵礦的礦物相對含量為3.50%，其余為以輝石和長石、黑云母為主，少量石英、碳酸鹽礦物和滑石及金屬硫化物。礦石中礦物的相對含量見表3。

2 浮選試驗(yàn)

2.1 捕收劑種類試驗(yàn)

磷灰石的浮選主要使用脂肪酸類捕收劑，具有代表性的脂肪酸類捕收劑主要有油酸、油酸鈉、氧化石蠟皂等[8-11]。在本次試驗(yàn)中，除了使用上述常見的捕收劑之外，還將考察由課題組自制捕收劑JZQ-F7和JZQ-F2兩種脂肪酸類捕收劑。

浮選試驗(yàn)時(shí)，流程采用一粗二掃浮選流程，礦漿的pH值為8.5～9，浮選溫度為25～30 ℃，捕收劑種類分別為油酸、油酸鈉、氧化石蠟皂、JZQ-F7和JZQ-F2。抑制劑水玻璃用量為1 800 g/t，捕收劑粗選用量1 000 g/t、一次掃選用量400 g/t、二次掃選用量200 g/t。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1不同捕收劑的浮選試驗(yàn)結(jié)果可知，從精礦中P2O5的品位分析，除了油酸能夠使精礦P2O5的品位達(dá)到12%以上，在其他四種捕收劑的作用下，精礦中P2O5的品位均在8%～9%左右，可見捕收劑的捕收選擇性相差不大。從精礦的產(chǎn)率及回收率分析，在油酸作用下，精礦回收率為30.90%;在油酸鈉作用下，精礦回收率為19.19%;在JZQ-F2作用下，精礦回收率為15.42%;而在JZQ-F7和氧化石蠟皂的作用下，精礦回收率分別為91.82%和 91.76%。由上述數(shù)據(jù)表明，在油酸鈉作用下，雖然能獲得較高的精礦品位，但回收率較低，而精礦品位可以通過后續(xù)精選來提高，在粗選中優(yōu)先考慮精礦回收率指標(biāo)，因而JZQ-F7和氧化石蠟皂在上述浮選條件下可以獲得相對較好的試驗(yàn)指標(biāo)。為了簡化試驗(yàn)，后續(xù)試驗(yàn)將以JZQ-F7作為捕收劑來考察捕收劑用量及與其他藥劑相互作用關(guān)系。

2.2 碳酸鈉、水玻璃、JZQ-F7相互作用的考察

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，磷灰石的浮選pH通常在10～11之間可以獲得良好的浮選試驗(yàn)結(jié)果[12-14]，因此試驗(yàn)中考察pH調(diào)整劑碳酸鈉的浮選作用，以及碳酸鈉與抑制劑水玻璃、捕收劑JZQ-F7的作用關(guān)系。為簡化試驗(yàn)，選擇一次粗選試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖2。試驗(yàn)結(jié)果見圖3（T代表碳酸鈉，S代表水玻璃）。

由圖3浮選試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，從精礦P2O5品位和回收率分析，相比于其他藥劑組合，由碳酸鈉、水玻璃和JZQ-F7的藥劑組合可以獲得較好浮選試驗(yàn)指標(biāo)，其精礦中P2O5品位達(dá)到12.19%，P2O5回收率95.64%。下一步試驗(yàn)將討論三種藥劑用量關(guān)系試驗(yàn)。

2.3 三種藥劑用量的正交試驗(yàn)

由2.2浮選試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，碳酸鈉、水玻璃和JZQ-F7的藥劑組合可以獲得良好浮選試驗(yàn)指標(biāo)，對三種藥劑用量進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，采用正交方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，取藥劑的種類作為影響浮選試驗(yàn)的因素，各藥劑的用量作為因素的水平，浮選精礦P2O5品位和回收率作為試驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo)。試驗(yàn)流程見圖4，因素水平的設(shè)置見表4，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

試驗(yàn)時(shí)，碳酸鈉和水玻璃時(shí)全部加入粗選當(dāng)中，捕收劑JZQ-F7是按比例加入粗選和兩次掃選當(dāng)中的。當(dāng)捕收劑用量為1 200 g/t時(shí)，粗選加入700 g/t，掃選一加入300 g/t，掃選二加入200 g/t;當(dāng)捕收劑用量為1 800 g/t時(shí)，粗選加入1 000 g/t，掃選一加入500 g/t，掃選二加入300 g/t;當(dāng)捕收劑用量為2 400 g/t時(shí)，粗選加入1 300 g/t，掃選一加入800 g/t，掃選二加入300 g/t。

由表5和表6正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，R品位C>R品位B>R品位A且R回收率C>R回收率B>R回收率A， 說明影響試驗(yàn)指標(biāo)因素的主次因素為C>B>A，試驗(yàn)精礦回收率和品位越高越好，所以對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ數(shù)值越高越好，對品位而言水平A2B3C1最好，對回收率而言水平A3B1C3最好。對于A2B3C1水平而言，碳酸鈉用量1 500 g/t，水玻璃用量2 400 g/t，捕收劑用量1 200 g/t時(shí)可以獲得精礦P2O5品位12.19%，回收率95.64%;對于A3B1C3水平而言，碳酸鈉用量2 000 g/t，水玻璃用量1 200 g/t，捕收劑用量2 400 g/t時(shí)可以獲得精礦P2O5品位8.09%，回收率97.26%。比較兩組指標(biāo)，A2B3C1水平精礦P2O5品位明顯高于A3B1C3水平精礦P2O5品位，高4.10個(gè)百分點(diǎn);A2B3C1水平精礦P2O5回收率略低于A3B1C3水平精礦P2O5回收率，低1.62個(gè)百分點(diǎn)，而且A3B1C3水平是在大幅度增加捕收劑用量的條件下使得精礦的產(chǎn)率增加，導(dǎo)致精礦回收率有所提高。為了保證后續(xù)浮選的粗精礦P2O5品位，需要控制粗選精礦的產(chǎn)率，捕收劑用量不宜過大，因此選定A2B3C1水平，即碳酸鈉用量1 500 g/t，水玻璃用量2 400 g/t，捕收劑用量1 200 g/t。

2.4 精選次數(shù)試驗(yàn)

為了考察精選次數(shù)對精礦產(chǎn)品的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)四次精選試驗(yàn)，以精選次數(shù)為變量，采用一次粗選，不同精選次數(shù)的試驗(yàn)流程，粗選試驗(yàn)條件相同，碳酸鈉用量1 500 g/t，水玻璃用量2400 g/t，JZQ-F7用量1 200 g/t。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著精選次數(shù)的增加，精礦品位P2O5品位逐漸升高，精礦品位P2O5回收率逐漸降低，符合一般浮選規(guī)律。當(dāng)精選四次時(shí)，精礦P2O5品位達(dá)到31.42%，達(dá)到磷精礦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。因此，以下閉路試驗(yàn)精選次數(shù)設(shè)計(jì)為四次。

2.5 浮選閉路試驗(yàn)

為了考察中礦產(chǎn)品進(jìn)入選礦系統(tǒng)對浮選指標(biāo)的影響，進(jìn)而進(jìn)行閉路試驗(yàn)，通常閉路試驗(yàn)精礦產(chǎn)品品位會有所降低，回收率會有所提高。根據(jù)浮選粗選條件和精選條件，設(shè)計(jì)閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，通過一次粗選、二次掃選、四次精選、中礦順序返回的閉路浮選流程試驗(yàn)，可獲得磷精礦P2O5品位30.85%，回收率70.70%的閉路浮選指標(biāo)。

3 結(jié)論

1）礦樣性質(zhì)分析表明，礦石中主要有用成分為磷和鐵，有可能回收的成分為鈦，主要脈石礦物成分為硅鋁酸鹽和堿性的鈣鎂化合物。有可能利用的有用礦物成分P2O5、Fe2O3、TiO2;主要的脈石成分SiO2、Al2O3、CaO、MgO。

2）浮選試驗(yàn)研究表明，當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目占55%時(shí)，粗選碳酸鈉作為pH調(diào)整劑，用量1 500 g/t，水玻璃為抑制劑，用量2 400 g/t，JZQ-F7為捕收劑，粗選用量700 g/t。通過四次精選可以獲得磷精礦P2O5品位31.42%、回收率68.46%的開路指標(biāo)和磷精礦P2O5品位30.85%，回收率70.70%的閉路指標(biāo)。

由工藝礦物學(xué)研究可知，礦樣中有用礦物元素除了磷還有鐵，鐵主要以磁鐵礦形式存在。針對磷鐵礦石中分別回收磷和鐵的研究較多，可在浮選尾礦中，采用磁選方法回收尾礦中的磁鐵礦。因此，將從浮選尾礦中回收磁鐵礦作為下一步研究對象。

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（責(zé)任編輯：曾 晶）

Experimental Study on Flotation of Reclaimed Apatite from a

Certain Phosphorus Iron Ore in Liaoning

YU Huimei*1， HE Huan2， MENG Bo2

（1. Journal Editorial Department， Guizhou University， Guiyang 550025， China;2. Inner Mongolia Ninth Geology Mineral Exploration and Development Co.，Ltd.， Xilin Hot 026099， China）

Abstract：

The P2O5 grade is 2.57% in a certain phosphorus iron ore in Liaoning， which mainly exists in the form of apatite. Gangue minerals are mainly quartz. A flotation experiment was designed in order to recycle apatite， reduce the P2O5 content in tailings. The flotation index of apatite was explored in the experiment， which took the type of collector， the interaction between agents and the number of cleaning as the research object. Studies shows that using one stage of roughing seperation， two stages of scavenging and four stages of cleaning， and on the condition of grinding fineness is 55% of -0.074% mm and using sodium carbonate as pH adjustor， water glass as depressant and JZQ-F7 as collector， the phosphorus concentrate with phosphorus grade of 30.85% and recovery of 70.70% is obtained.

Key words：

apatite; flotation; JZQ-F7; grade; recovery

收稿日期：2021-01-05

基金項(xiàng)目：貴州大學(xué)人才引進(jìn)資助項(xiàng)目（貴大人基合字 [2018] 016號）

作者簡介：于慧梅（1987—），女，博士，研究方向：浮選藥劑、工藝、理論，E-mail：hmyu@gzu.edu.cn.

通訊作者：于慧梅，E-mail：hmyu@gzu.edu.cn.