于慧梅，何 歡，孟 博

(1.貴州大學(xué) 學(xué)報(bào)編輯部，貴州 貴陽 550025；2.內(nèi)蒙古第九地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026099)

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%、粗選時間3 min、精選時水玻璃用量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。

表1 化學(xué)全元素分析結(jié)果

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。

表2 化學(xué)多元素分析結(jié)果

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。

表3 礦石中礦物組成及相對含量

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，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。

圖1 不同捕收劑的浮選試驗(yàn)結(jié)果

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)。

圖2 碳酸鈉、水玻璃、JZQ-F7相互作用試驗(yàn)流程

圖3 藥劑相互作用浮選試驗(yàn)結(jié)果

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。

表5 正交試驗(yàn)浮選結(jié)果

圖4 正交試驗(yàn)浮選試驗(yàn)流程

表4 正交試驗(yàn)因素水平表

試驗(yàn)時，碳酸鈉和水玻璃時全部加入粗選當(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，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，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，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。

表6 浮選試驗(yàn)結(jié)果極差分析

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，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。

圖5 精選次數(shù)浮選試驗(yàn)結(jié)果

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。

圖6 選礦閉路試驗(yàn)流程

表7 閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果

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，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。