楊穩(wěn)權(quán)，張 華，何海濤，蔡忠俊，龐建濤，肖 喆

(云南磷化集團有限公司，國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600)

0 引言

云南磷礦資源豐富，探明儲量占全國的22%，平均P2O5品位22.4%[1]。根據(jù)磷礦石品級劃分，云南低品位磷礦約占其總量的86.2%。經(jīng)過近60年大規(guī)模的開采，富礦資源已消耗殆盡，必須對低品位磷礦進行綜合利用，才能確保云南磷礦山和磷化工的可持續(xù)發(fā)展。

云南省磷礦主要為膠磷礦，按工業(yè)類型劃分，碳酸鹽型膠磷礦、硅質(zhì)及硅酸鹽型膠磷礦各占10%，混合型膠磷礦占80%。從選礦工藝來看，碳酸鹽型膠磷礦采用單一反浮選工藝脫除碳酸鹽脈石礦物[2]，硅質(zhì)及硅酸鹽型膠磷礦采用單一正浮選工藝脫除硅質(zhì)脈石礦物[3]，因此該類礦石選礦工藝相對成熟，選別成本較低。而混合型膠磷礦需要同時脫除碳酸鹽礦物和硅質(zhì)礦物才能富集磷礦物[4]，因此選礦工藝流程較復(fù)雜，一般采用正反聯(lián)合浮選[5-10]或雙反聯(lián)合浮選工藝流程[11]，其生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用案例較少，主要原因是對正浮選脫硅浮選[12]行為和機理的研究[13]還不夠深入。隨著高鎂低硅碳酸鹽型膠磷礦儲量的逐漸減少，如何從混合型膠磷礦中回收磷礦物，直接關(guān)系到云南磷化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本文從正浮選工藝[14-15]入手，探索混合型膠磷礦正浮選的浮選行為[16]和機理，以期為膠磷礦產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尋找更低成本、更合理的選別工藝。

1 礦石性質(zhì)

試驗礦樣采自云南晉寧磷礦高硅低品位膠磷礦，多元素分析結(jié)果見表1。

表1 試驗礦樣多元素分析結(jié)果 單位：%

由表1可以看出，ω(CaO)/ω(P2O5)=1.63，ω(SiO2)為26.56%，說明該試驗礦樣屬于混合型磷塊巖。對于該類磷礦石，不僅需要脫除大部分碳酸鹽脈石礦物，還需要脫除一部分硅質(zhì)及硅酸鹽脈石礦物才能富集磷礦物[17]；通常采用正反浮選或者雙反浮選工藝脫除脈石礦物。本文從正反浮選工藝入手，通過浮選速率試驗[18]和浮選機理研究，揭示該類礦石的浮選行為。

2 試驗內(nèi)容與結(jié)果

2.1 磨礦細(xì)度試驗

2.1.1 可磨性磨礦細(xì)度試驗

可磨性磨礦細(xì)度試驗主要是為了考查試驗礦樣在不同磨礦時間下的可磨性[11]。試驗結(jié)果見圖1，圖中單位時間磨礦細(xì)度為磨礦細(xì)度(-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù))與磨礦時間的比值。

圖1 磨礦時間與磨礦細(xì)度關(guān)系曲線

由圖1可知，隨著磨礦時間的增加，磨礦細(xì)度逐漸增加，單位時間磨礦細(xì)度逐漸減少，磨礦效率降低，說明試驗礦樣難磨[12]。

2.1.2 可浮性磨礦細(xì)度試驗

可浮性磨礦細(xì)度試驗主要是為了考查試驗礦樣正浮選脫硅最適宜的浮選粒度[13]。磨礦細(xì)度與精礦產(chǎn)率、P2O5回收率、MgO回收率、SiO2回收率的關(guān)系曲線見圖2，磨礦細(xì)度與精礦和尾礦中P2O5、MgO、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線見圖3。

現(xiàn)有的情況就是在教育上不愿投入過多的資金，在大學(xué)生就業(yè)能力培養(yǎng)上的投入更少，致使就業(yè)能力的軟硬件無法滿足大學(xué)生的就業(yè)需求。此外，由于資金投入不足，就不會有太多的經(jīng)費去做推廣，像家長面談會、專家交流會、企業(yè)需求交流會這樣的活動少之又少，導(dǎo)致大學(xué)生的就業(yè)能力得不到提升。

圖2 磨礦細(xì)度與精礦產(chǎn)率、回收率關(guān)系曲線

圖3 磨礦細(xì)度與產(chǎn)品品位關(guān)系曲線

從圖2可以看出：隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦產(chǎn)率和P2O5、MgO、SiO2的回收率均逐漸增加；當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過96.39%時，精礦產(chǎn)率和P2O5、MgO回收率增幅趨緩，SiO2回收率逐漸降低。

從圖3可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦中P2O5、MgO、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)均變化不大，尾礦中P2O5、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)均逐漸降低，但SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，說明礦石細(xì)磨有利于降低尾礦中P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于排除硅質(zhì)脈石礦物。綜合圖2和圖3的結(jié)果，選擇最佳磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占96.39%。

2.2 正浮選浮選速率及浮選動力學(xué)試驗

試驗工藝流程見圖4，結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，隨著浮選時間的增加，精礦中P2O5、MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，但SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高。當(dāng)浮選時間超過2 min后再進行浮選時，精礦5—精礦7中P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于原礦P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)，成為無效選礦，因此浮選時間確定為2 min。 2 min后的浮選應(yīng)作為掃選作業(yè)來增加P2O5回收率。

圖4 正浮選浮選速率試驗工藝流程

圖5 浮選不同時間精礦、尾礦中P2O5、MgO、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線

為了研究磷礦石中各礦物的浮選動力學(xué)，利用各礦物的浮選速率的規(guī)律來分析浮選影響因素。研究浮選速率可以改善浮選工藝和流程，完善浮選試驗研究方法。

浮選進行的快慢可用單位時間內(nèi)浮選礦漿中被浮選礦物的濃度變化或回收率變化來衡量，稱為浮選速率。一段時間內(nèi)回收率的變化稱為平均浮選速率[19]，不同礦物的平均浮選速率對比見圖6。

圖6 不同礦物的平均浮選速率對比

從圖6可以看出，在浮選3 min時，3種礦物的平均浮選速率一致，該浮選速率符合一級反應(yīng)速率方程。在實際礦石浮選時，由于浮選物料由具有不同浮選速率常數(shù)(時間函數(shù))的礦物組成，所以隨著具有較大浮選速率常數(shù)的礦物不斷浮出，浮選機中剩余物料的平均浮選速率常數(shù)將隨著浮選時間的延長逐漸降低。

在前0.5 min浮選時間內(nèi)，白云石礦物可浮性最好，平均浮選速率最大，磷礦物平均浮選速率次之。浮選1 min后，白云石礦物和磷礦物的可浮性一致，平均浮選速率基本一致;而硅質(zhì)及硅酸鹽礦物的可浮性相對較差，主要原因有二：一是硅質(zhì)及硅酸鹽礦物親水性強，二是與添加水玻璃等抑制劑有關(guān)。另外，從浮選開始至3 min(從精礦1至精礦5)時，3種礦物的平均浮選速率趨于相同，當(dāng)浮選時間超過4 min(精礦6)后，硅質(zhì)礦物的平均浮選速率略高于白云石礦物和磷礦物。

2.3 浮選各礦物相對接觸角測定

接觸角θ為礦物可浮性的標(biāo)志，礦物表面的疏水性越強，則θ越大，礦物越容易浮選。對圖4中精礦1—精礦7和尾礦進行固體粉末相對接觸角[20]測定，結(jié)果見圖7。

從圖7可以看出，浮選后各固體粉末產(chǎn)品的相對接觸角相近，都較大，在88°～89°，主要原因是各礦物吸附了藥劑，提高了礦物的接觸角，增強了礦物的疏水性，即提高了礦物的可浮性。相對接觸角大的礦物優(yōu)先浮出，而相對接觸角小的礦物親水性較強，難以上浮。

相對接觸角測定結(jié)果表明，要獲得較好的選別指標(biāo)，利用浮選藥劑調(diào)整礦石的接觸角是關(guān)鍵。對于試驗礦樣，相對接觸角差值需要大于15.11°才能獲得較好的選別指標(biāo)。

以cosθ為潤濕性指標(biāo)[21]，則可浮性=1-cosθ。對圖4中精礦1-精礦7和尾礦進行可浮性與潤濕性計算，結(jié)果見圖8。

圖8 浮選產(chǎn)品潤濕性與可浮性關(guān)系曲線

從圖8可以看出，隨著浮選時間增加，上浮的精礦1—精礦7和浮選尾礦產(chǎn)品的潤濕性逐漸增強，即親水性增強，而可浮性逐漸降低。潤濕性最小時可浮性最大，反之，潤濕性最大時可浮性最小。

3 結(jié)論與討論

a．可磨性磨礦細(xì)度試驗結(jié)果表明，磨礦細(xì)度隨磨礦時間的增加而增加，但單位時間磨礦細(xì)度逐漸降低，說明磨礦效率降低，試樣難磨。

b．可浮性磨礦細(xì)度試驗結(jié)果表明，在精礦品位相近的情況下，磨礦細(xì)度增加有利于提高精礦回收率和降低尾礦中P2O5品位。

c．從浮選時間來看，當(dāng)其超過2 min后，浮選過程為無效選礦；延長浮選時間雖然可以提高精礦回收率，但會降低精礦品位。因此2 min后的浮選應(yīng)定為掃選作業(yè)，以此來確定浮選流程內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

d．從浮選速率來看，磷礦石中3種礦物的平均浮選速率均隨浮選時間的增加而降低，白云石礦物、磷礦物與硅質(zhì)礦物在一定浮選時間內(nèi)平均浮選速率相差較大，因此可以利用礦物的浮選速率差來確定脫除脈石礦物的浮選工藝。根據(jù)浮選速率差通過正浮選作業(yè)很難將磷礦物、白云石、硅質(zhì)及硅酸鹽礦物同時分離，因此只能先混合浮選出磷礦物和白云石礦物、脫除槽底硅質(zhì)礦物，再分選已混合浮出的磷礦物和白云石礦物。

e．對于試驗礦樣，通過藥劑與礦物作用，其相對接觸角差值需要大于15.11°才能獲得較好的選別指標(biāo)。