彭麗群，羅昆義，劉麗芬，張朝旺，戴 川，李若蘭，呂 蘭，鄧桂菊

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

0 引言

磷礦是不可再生資源，由磷礦制備的磷酸及其他化工產(chǎn)品廣泛用于農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)療、生物、國防等領域[1-3]。我國北方的磷礦以磷灰石為主，儲量較少；南方的磷礦以膠磷礦為主，儲量較多。我國磷礦儲量較為豐富的省份為云南、貴州、湖北、四川和湖南等[4]。從選礦角度來看，膠磷礦可以分為硅質(zhì)及硅酸鹽型、碳酸鹽型和混合型膠磷礦[5]。云南作為磷資源大省，目前工業(yè)利用的主要為碳酸鹽型膠磷礦，而儲量較為豐富的硅質(zhì)及硅酸鹽型、混合型膠磷礦尚未得到充分利用。

本文對云南某磷礦進行選礦試驗研究，以期為該地區(qū)磷資源產(chǎn)業(yè)化應用確定工藝路線及提供初步設計依據(jù)。

1 礦樣

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣化學多元素分析結果見表1。由表1可知，該礦樣中ω(CaO) /ω(P2O5)<1.4，根據(jù)我國磷礦地質(zhì)勘查規(guī)范[6]，該礦樣的類型為硅質(zhì)及硅酸鹽型。

表1 試驗礦樣化學多元素分析結果 單位：%

1.2 試劑及儀器設備

試劑：碳酸鈉(工業(yè)品)，使用質(zhì)量分數(shù)為10%；水玻璃(工業(yè)品)使用質(zhì)量分數(shù)為5%；捕收劑為自制品，使用質(zhì)量分數(shù)為5%。

主要儀器設備：掃描電鏡，偏光顯微鏡，顎式破碎機，對輥破碎機，分樣器，烘箱，篩分機，真空過濾機，浮選機，磨樣機，礦樣壓片機，礦樣分析儀。

2 試驗結果及討論

2.1 礦樣礦物組成

利用偏光顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀，對礦樣中的礦物進行鑒定。礦樣中主要礦物為碳氟磷灰石、銀星石、石英、玉髓、水云母(伊利石)、白云母、白云石、褐鐵礦，還有少量的高嶺石、黃鐵礦、長石、重晶石、石膏、方解石、金紅石、鋯石、綠泥石等，其中石英、玉髓為硅質(zhì)礦物，白云母、水云母(伊利石)、高嶺石、長石、綠泥石為硅酸鹽礦物，白云石、方解石為碳酸鹽礦物。

利用SEM-MLA系統(tǒng)對礦樣中主要礦物組成和質(zhì)量分數(shù)進行測定，結果見表2。

表2 礦樣中主要礦物組成 單位：%

2.2 磨礦和浮選流程選擇

根據(jù)礦物化學多元素分析和礦物質(zhì)量分數(shù)分析結果可知，礦石中以石英為主的硅質(zhì)脈石礦物質(zhì)量分數(shù)高，通過脫除硅質(zhì)脈石雜質(zhì)即可獲得合格的磷精礦。觀察發(fā)現(xiàn)原礦樣中細粒級礦物質(zhì)量分數(shù)較高，為確定細粒級礦物質(zhì)量分數(shù)及各粒級質(zhì)量分布和品位，對原礦進行了粒度篩析，結果見表3。

由表3可知，原礦樣中-0.03 mm粒級質(zhì)量分數(shù)較高。MLA測定結果表明，這部分物料中各礦物解離較好，因此可以考慮優(yōu)先進行擦洗脫泥作業(yè)，脫出細粒級產(chǎn)品。但是由于細粒級產(chǎn)品中磷含量較高，因此不可能將細粒級(-0.038 5 mm)直接丟棄，而且鐵、鋁也在細粒級中富集，因此后續(xù)需要考慮是否對細粒級進行單獨處理。可以采用的流程結構有分級浮選和混合浮選，初步擬定按照圖1所示原則流程進行試驗。

表3 礦樣中各粒級質(zhì)量分布及元素質(zhì)量分數(shù)

圖1 原則浮選流程

圖1(a)所示流程分別對礦泥和粗粒級進行單獨浮選處理，其優(yōu)點是針對性強，但是存在兩套分選系統(tǒng)，工藝流程復雜，對控制要求比較高；圖1(b)流程是混合磨礦，其優(yōu)點是結構簡單、適用范圍寬，但是一部分粗顆粒仍要進行破碎磨礦，會在磨礦階段消耗更多的能量；圖1(c)流程綜合了前兩個流程的優(yōu)點，并避免了前兩個流程的不足，預先分級作業(yè)可以降低磨礦量且避免細顆粒礦泥的過磨，因此后續(xù)條件試驗采用圖1(c)流程為原則流程。

2.3 浮選條件試驗

2.3.1 磨礦細度試驗

原礦經(jīng)過分級后，對粗粒級(+400目)進行磨礦時間試驗(5、7、10、12、15 min)，然后將細顆粒與粗顆粒合并進行浮選，在Na2CO3用量為1.2 kg/t、Na2SiO3用量為1.2 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t，礦漿質(zhì)量分數(shù)為25%的條件下，考查了磨礦細度對浮選指標的影響，試驗結果見表4。由表4可知，適當細磨對提高浮選精礦產(chǎn)率有益，但是磨礦細度過細會造成礦物過磨反而引起精礦產(chǎn)率和品位下降、尾礦品位升高。綜合考慮磨礦細度對分選效果的影響，將磨礦細度控制在-400目質(zhì)量分數(shù)約占78.59%較為適宜。

表4 磨礦細度對浮選指標的影響 單位：%

2.3.2 Na2CO3用量試驗

Na2CO3是浮選領域常用的pH調(diào)整劑，可以減小浮選體系中Ca2+、Mg2+和礦泥對浮選指標的影響[7]。在磨礦細度-400目質(zhì)量分數(shù)約占78.59%、Na2SiO3用量為1.2 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t、礦漿質(zhì)量分數(shù)為25%的條件下考查了Na2CO3用量對浮選指標的影響，試驗結果見表5。

表5 Na2CO3用量對浮選指標的影響

由表5可知，Na2CO3用量對磷塊巖上浮量有明顯的影響。隨著Na2CO3用量增大，精礦產(chǎn)率、回收率隨之增大，但精礦品位逐漸減小。Na2CO3用量增大能夠促進含磷礦物的上浮，這是由于Na2CO3用量增大，使得浮選體系pH升高，促進了捕收劑脂肪酸鈉的分散，同時一定程度上消除了Ca2+、Mg2+和礦泥對浮選的不利影響[8]。綜合考慮，選擇1.5 kg/t作為最佳Na2CO3用量。

2.3.3 水玻璃用量試驗

氧化礦浮選時廣泛使用水玻璃作為抑制劑，同時也常作為礦泥分散劑[7]，水玻璃是石英、硅酸鹽、鋁硅酸鹽類礦物的抑制劑[9]。鑒于原礦樣中石英和硅酸鹽礦物以及礦泥含量較高，選擇水玻璃作為抑制劑，在磨礦細度為-400目質(zhì)量分數(shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、捕收劑用量為3.3 kg/t、礦漿質(zhì)量分數(shù)為25%的條件下，考查了抑制劑水玻璃用量對浮選指標的影響，試驗結果見表6。

表6 水玻璃用量對浮選指標的影響

由表6可知，水玻璃用量增加有利于精礦P2O5品位的提高，但精礦產(chǎn)率和回收率與水玻璃用量呈負相關。這是由于水玻璃用量增加在增強對硅質(zhì)脈石礦物抑制能力的同時，對有用礦物的抑制能力也逐漸增強。綜合考慮，選擇最佳水玻璃用量為1.6 kg/t。

2.3.4 捕收劑用量試驗

在磨礦細度-400目質(zhì)量分數(shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、水玻璃用量為1.6 kg/t、礦漿質(zhì)量分數(shù)為25%的條件下，考查了自制脂肪酸類捕收劑用量對浮選指標的影響，試驗結果見表7。

表7 捕收劑用量對浮選指標的影響

由表7可知，隨著捕收劑用量增加，精礦產(chǎn)率和回收率呈增大趨勢，精礦品位逐漸減小。由于試驗要求精礦品位達到31%以上，所以選擇最佳捕收劑用量為3.0 kg/t。

2.3.5 浮選礦漿質(zhì)量分數(shù)試驗

礦漿質(zhì)量分數(shù)對浮選機的充氣、藥劑用量、礦漿停留時間和細顆?？筛⌒跃幸欢ǔ潭鹊挠绊?。在磨礦細度-400目質(zhì)量分數(shù)占78.59%、Na2CO3用量為1.5 kg/t、水玻璃用量為1.6 kg/t、捕收劑用量為3 kg/t的條件下，考查了不同浮選礦漿質(zhì)量分數(shù)下的分選效果，試驗結果見表8。由表8可知，同等藥劑單耗下，隨著礦漿質(zhì)量分數(shù)從20%增加到35%，精礦產(chǎn)率和回收率逐漸增大，尾礦品位逐漸減小，浮選精礦品位也逐漸減小。綜合考慮精礦品位和回收率，選擇最佳浮選礦漿質(zhì)量分數(shù)為25%。

表8 浮選礦漿質(zhì)量分數(shù)對浮選指標的影響 單位：%

2.3.6 開路試驗

在優(yōu)化的粗選條件下，掃選添加0.15 kg/t 的Na2CO3以使掃選維持在較優(yōu)的pH，經(jīng)過對比捕收劑和抑制劑用量，確定添加捕收劑1.1 kg/t，添加抑制劑0.8 kg/t。開路浮選試驗流程見圖2，試驗結果見表9。

圖2 開路浮選試驗流程

表9 開路浮選試驗結果 單位：%

由表9可知，在圖2所示的工藝流程和試驗條件下，采用開路“1粗1掃”工藝所得精礦P2O5品位達到32.17%，精礦產(chǎn)率和P2O5回收率分別達到57.56%和81.68%。

2.3.7 閉路試驗

按照圖3所示的工藝流程和試驗條件進行閉路浮選試驗，以考查掃選中礦返回對浮選指標的影響，試驗結果見表10。 由表10可知，中礦的返回降低了精礦品位，提高了精礦產(chǎn)率和P2O5回收率，不過未對精礦品位產(chǎn)生明顯的影響，精礦品位仍滿足試驗要求。

圖3 閉路浮選試驗流程

表10 閉路浮選試驗結果 單位：%

3 結論

a.該試樣中的目的礦物為碳氟磷灰石，脈石礦物為石英和硅酸鹽礦物；Si主要富集在石英和硅酸鹽礦物中，脫除硅質(zhì)礦物即可達到富集磷礦物的目的。

b.對試樣預先分出-400目后，對粗顆粒單獨進行磨礦有效避免了細顆粒礦物的過磨。

c.在優(yōu)化的試驗條件下進行閉路試驗，獲得了較好的浮選效果，浮選精礦P2O5品位為31.93%，P2O5回收率為84.11%。