羅 陽(yáng)，毛雨軒，陳迎新，陸澤通，劉丹章，何成浩，李洪強(qiáng)

(武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

磷礦是不可再生資源，也是不可替代的資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有重要地位。近年來(lái)，隨著磷化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，可直接使用的高品質(zhì)磷礦石消耗殆盡，越來(lái)越多的中低品位磷礦需要經(jīng)過選礦富集加工后才能滿足下游濕法磷酸和高濃度磷肥生產(chǎn)的需要[1-3]。目前我國(guó)磷資源多為難選的高鎂高硅膠磷礦，過量鎂雜質(zhì)對(duì)磷化工生產(chǎn)造成不利影響，因此磷礦脫鎂技術(shù)的研究顯得尤為重要[4-6]。用無(wú)機(jī)酸作為脫鎂劑時(shí)，脫鎂率都比較高[7-8]，但在溶解白云石的同時(shí)也會(huì)有部分的磷灰石溶解，導(dǎo)致磷的損失。浮選法是目前磷礦脫鎂技術(shù)中相對(duì)成熟且應(yīng)用較為廣泛的方法之一，基本原理是在弱酸條件下用捕收劑將白云石浮起，或采用抑制劑抑制白云石等雜質(zhì)，然后用捕收劑將磷礦浮出，從而達(dá)到鎂雜質(zhì)與磷礦的分離[9-11]。目前，僅有硫酸脫鎂工藝已應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中，其他研究均停留在實(shí)驗(yàn)室階段[12]。

本文以宜昌地區(qū)某高鎂低品位磷礦為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)比研究了硫酸、磷酸及混酸的抑制性能，并確定了該礦石優(yōu)化的浮選工藝流程及藥劑制度。研究結(jié)果為高鎂低品位磷礦石的選別提供參考。

1 試驗(yàn)樣品

樣品利用X射線熒光分析儀(PANalytical)，通過熔樣法定量測(cè)定化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)樣品的化學(xué)成分

在該樣品中，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.80%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.30%，屬于低品位高鎂磷礦石。該磷塊巖礦石的主要礦物為膠磷礦、氟磷灰石、白云石，次要礦物有石英、長(zhǎng)石、白云石、黃鐵礦、方解石，含微量的重晶石、金紅石、絹云母、粘土礦物、有機(jī)質(zhì)和炭質(zhì)等。為達(dá)到最終精礦品位30%的要求，需重點(diǎn)脫除含鎂礦物。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與藥劑

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

XMB-67型200×240棒磨機(jī)，XFD-63型 1.0 L 單槽浮選機(jī)，XSHF-2-3型濕式分樣機(jī)，XTL2Φ260/Φ200型多用水環(huán)式真空過濾機(jī)，101-4A型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

2.2 實(shí)驗(yàn)藥劑

自制捕收劑MG，主要成分為脂肪酸，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的水溶液；硫酸，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的水溶液；磷酸，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的水溶液。

3 結(jié)果與分析

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在常溫(20 ℃)，磷酸、MG用量分別為7.8、1.2 kg/t 的條件下，進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦中P2O5品位變化不大，P2O5回收率先增大后減小，選礦效率先增大后減小。在磨礦細(xì)度為≤-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.45%時(shí)，精礦P2O5品位最高，為30.99%，P2O5的回收率最高，為85.28%，選礦效率為27.27%。綜合考慮選礦效率和P2O5回收率，因此確定磨礦細(xì)度為≤-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.45%為最優(yōu)條件。選礦效率公示如式1。

(1)

式中，E為選礦效率；ε為選礦回收率；Υ為精礦產(chǎn)率；α為原礦品位；βx為純礦物中有用成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3.2 硫酸、磷酸及混酸的性能對(duì)比

硫酸能夠?qū)ΦV石顆粒進(jìn)行化學(xué)解離，使碳酸鹽和磷礦物分開；磷酸水解出的H2PO4-能夠抑制磷礦物的酸解，并且磷酸的水解產(chǎn)物能夠吸附于磷礦物表面，增強(qiáng)磷礦物的親水性，從而促進(jìn)鈣、鎂碳酸鹽與磷礦物的分離分選[8]。為了探究硫酸、磷酸、混酸對(duì)浮選效果的影響，在磷酸和硫酸不同比例下進(jìn)行了浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)流程為一次粗選，在磨礦細(xì)度≤-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.45%，MG用量為 1.2 kg/t，磷酸，硫酸總量為 6 kg/t 條件下進(jìn)行，結(jié)果見圖2。

圖2 混酸比例試驗(yàn)結(jié)果

由圖2結(jié)果可知，隨著磷酸占比的增加，精礦中P2O5品位呈上升趨勢(shì)，P2O5回收率先減小后增大，選礦效率呈上升趨勢(shì)。在純磷酸用量下，精礦中P2O5品位達(dá)到了30.59%，P2O5回收率最高，達(dá)到了81.93%，選礦效率最高，達(dá)到了24.67%。綜合考慮選礦效率和P2O5回收率，單獨(dú)使用磷酸效果更好。

3.3 粗選磷酸用量試驗(yàn)

為了探究磷酸的最佳用量，試驗(yàn)流程為一次粗選，在磨礦細(xì)度為≤-0.074 m 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.45%，MG用量分別為 1.2 kg/t 條件下進(jìn)行。結(jié)果見圖3。

圖3 磷酸用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，隨著磷酸用量的增加，精礦中P2O5品位變化不大，P2O5回收率呈上升趨勢(shì)，選礦效率呈先上升后下降。在磷酸用量為 7.8 kg/t 條件下，精礦P2O5品位最高，達(dá)到了30.59%，P2O5回收率達(dá)到了81.93%，選礦效率最高，達(dá)到了24.67%，得到了較好的效果。考慮到繼續(xù)加大磷酸用量的精礦品位變化不大，而生產(chǎn)成本以及設(shè)備腐蝕增大等問題，故確定最佳磷酸用量為 7.8 kg/t。

3.4 捕收劑用量的試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為≤-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.45%的條件下，探究捕收劑藥劑MG的最佳用量，進(jìn)行浮選試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 MG用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，隨著MG用量的增加，精礦P2O5品位呈上升趨勢(shì)，P2O5回收率呈下降趨勢(shì)，選礦效率先增大后減小。在MG用量為 1.2 kg/t 條件下，精礦P2O5品位最高，達(dá)到了31.16%，P2O5回收率達(dá)到了84.30%，選礦效率最高，達(dá)到了24.67%，得到了較好的效果。綜合考慮選礦效率和P2O5回收率，選擇MG用量 1.2 kg/t 作為最優(yōu)條件。

3.5 精選試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在浮選溫度 20 ℃，粗選磷酸 7.8 kg/t，MG用量 750 g/t；精選Ⅰ磷酸 1.8 kg/t，MG 400 g/t；精選Ⅱ，磷酸 0.6 kg/t，MG 200 g/t。采用反浮選1粗2精進(jìn)行精選試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及藥劑制度見圖5，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖5 反浮選1粗2精流程圖

表2 兩次精選試驗(yàn)結(jié)果

由表2看出，通過兩次精選，磷精礦品位可從20.80%提高到31.36%，開路回收率達(dá)到78.58%。

3.6 掃選磷酸用量

為提高回收率，尾礦需要進(jìn)行掃選。對(duì)掃選的磷酸用量進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)流程及藥劑制度如圖6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 掃選磷酸用量試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，掃選磷酸的用量從 1.2 kg/t 增加到 2.4 kg/t 時(shí)，精礦品位從30.90%提升至31.30%，精礦產(chǎn)率從52.33%提升至53.85%，P2O5回收率從75.35%提升至78.50%，產(chǎn)率開路回收率較好。但在圖6所示的試驗(yàn)流程中，尾礦Ⅰ的磷損失率高達(dá)10.53%，沒有進(jìn)行回收直接拋尾，將會(huì)極大地影響閉路試驗(yàn)指標(biāo)。因此，為了提高選礦指標(biāo)，進(jìn)行了回收率優(yōu)化試驗(yàn)。

3.7 全流程開路試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高選礦指標(biāo)，通過調(diào)整試驗(yàn)流程，進(jìn)行了回收率優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及藥劑制度如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖7 開路試驗(yàn)流程圖

表4 開路優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

從表4可知，開路試驗(yàn)精礦品位為31.35%，尾礦的磷損失率降低到8.97%，浮選指標(biāo)較好。

3.8 閉路試驗(yàn)

根據(jù)開路試驗(yàn)結(jié)果，中礦返回粗選的方式，進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程及藥劑制度見圖8，浮選閉路試驗(yàn)共進(jìn)行了五個(gè)循環(huán)，平衡后最后兩個(gè)循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖8 閉路試驗(yàn)流程圖

表5 第四、五循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

從表5可知，閉路試驗(yàn)可以得到產(chǎn)率為61.81%，品位31.12%，回收率為88.79%的浮選指標(biāo)。

由表5的結(jié)果，繪制閉路實(shí)驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖，如圖9所示。

圖9 閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

3.9 磷精礦多項(xiàng)分析

閉路精礦的樣品利用X射線熒光分析儀分析化學(xué)組成，通過熔片法定量測(cè)定，結(jié)果如表6所示。

表6 磷精礦多項(xiàng)分析結(jié)果

從表6看出，磷精礦中P2O5品位為31.12%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原礦的6.30%降低至0.34%，說明磷酸為抑制劑，可以很好地脫鎂。考慮磷酸價(jià)格比硫酸貴，可以采用磷化工含磷廢水作為抑制劑，實(shí)現(xiàn)更高效的反浮選脫鎂。

4 結(jié)論

1)該磷礦石的P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.08%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.30%，主要組成礦物為膠磷礦、氟磷灰石、白云石，屬于低品位高鎂磷礦石。為達(dá)到最終精礦品位30%的要求，需重點(diǎn)脫除白云石。

2)抑制劑對(duì)比試驗(yàn)表明：相比硫酸和硫磷混酸，磷酸的指標(biāo)更好。

3)在磨礦細(xì)度≤-0.074 mm 占63.94%的條件下，磷酸為抑制劑，采用一次粗選兩次精選一次掃選，中礦集中處理的單一反浮選閉路流程，可以得到產(chǎn)率為61.81%，品位31.12%，回收率為88.79%的磷精礦產(chǎn)品；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原礦的6.30%降低至0.34%，說明磷酸為抑制劑，可以很好地脫鎂。