王靜明 張 波 鄭永興

(1.云南磷化集團(tuán)?？诹讟I(yè)有限公司，昆明 650113；2.昆明理工大學(xué) 省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650093)

世界上的磷礦資源遍布幾乎所有國(guó)家，但分布不均衡，70%以上的磷礦資源集中分布在摩洛哥、西撒哈拉、中國(guó)、南非和美國(guó)，且具有工業(yè)開(kāi)采和商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的優(yōu)質(zhì)磷礦床較少。另一方面，由于磷資源缺消耗量較大，目前世界可供經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的磷礦資源僅夠用50年左右[1-4]。我國(guó)磷礦資源儲(chǔ)量大，約占世界磷資源的30%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，我國(guó)磷礦查明資源儲(chǔ)量為252.84億t，平均品位17%。其中，云南磷礦儲(chǔ)量約為60億t，在全國(guó)排第一位，但云南磷礦中，接近85%為中、低品位膠磷礦。磷礦在國(guó)防科技、航空航天、化肥化工等工業(yè)發(fā)揮了重要作用，是一種難以被替代資源[5-7]。磷礦資源若不能有效開(kāi)發(fā)利用，必將影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程。因此，加強(qiáng)對(duì)磷礦資源保護(hù)與合理利用的相關(guān)研究已迫在眉睫。

目前我國(guó)每年磷礦選礦能力約為2 500萬(wàn)t，每年將產(chǎn)生800～950萬(wàn)t磷尾礦[8]。隨著資源的不斷開(kāi)發(fā)，我國(guó)高品位磷礦資源供給率逐年下降，中低品位磷礦選礦難度加大，致使磷尾礦產(chǎn)生量大幅增加。目前，這些磷尾礦主要以堆存的形式處理，長(zhǎng)期堆存會(huì)引發(fā)一系列環(huán)境污染、生態(tài)破壞和安全問(wèn)題，同時(shí)還占用大量土地。目前，我國(guó)磷礦資源形勢(shì)嚴(yán)峻，而尾礦又是一種潛在的二次礦產(chǎn)資源，對(duì)磷礦尾礦的資源有效利用開(kāi)展研究已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[9-12]。

滇池地區(qū)賦存著大量埋藏淺、風(fēng)化的磷塊巖礦床。云南某企業(yè)采用擦洗脫泥裝置處理該礦石，取得了較好的效果，但產(chǎn)生大量的擦洗尾礦，至今堆存約145萬(wàn)t。尾礦P2O5品位在17%～22%，具有較高的回收價(jià)值。

我國(guó)針對(duì)低品位磷礦尾礦的選礦方法以浮選為主，正浮選和反浮選都有效[13-14]，電選也能達(dá)到較好的指標(biāo)[15]。本文針對(duì)云南某磷礦擦洗尾礦低鎂、高硅且含泥量大的特點(diǎn)，在小型浮選試驗(yàn)研究[16]確定了針對(duì)該擦洗磷礦尾礦的最佳藥劑制度及浮選流程的基礎(chǔ)上，對(duì)該擦洗尾礦進(jìn)行了1.0 t/d的擴(kuò)大連續(xù)浮選試驗(yàn)研究。通過(guò)開(kāi)展“粗選和精選尾礦集中再選”和“粗選和精選尾礦分開(kāi)再選”兩個(gè)工藝流程對(duì)比試驗(yàn)，確定出一個(gè)最優(yōu)的工藝流程。研究結(jié)果可為該類磷礦資源工業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 原料性質(zhì)及其預(yù)處理

擦洗尾礦分為塊狀和砂狀，首先將兩批礦樣按1∶1混合，充分混勻后獲得代表性礦樣，試驗(yàn)用代表性礦樣多元素分析和粒度篩析結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦粒度篩析結(jié)果

由表1可知，礦樣中P2O5品位為17.33%，主要有害雜質(zhì)包括MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中SiO2和MgO的含量分別為43.63%和0.7%，說(shuō)明該尾礦為高硅低鎂磷礦石。

由表2可知，樣品中+0.074 mm粒級(jí)占44.59%，各礦物組分在該粒級(jí)的分布率也較高，說(shuō)明需要通過(guò)磨礦來(lái)實(shí)現(xiàn)各組分的單體解離。此外，-0.025 mm粒級(jí)的產(chǎn)率也高達(dá)29.45%，說(shuō)明該礦樣含泥量較大。

2 噸級(jí)擴(kuò)大試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與藥劑

擴(kuò)大試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理量為1.0 t/d，給礦量約為12 g/s。磨礦采用一段閉路磨礦，基于小型浮選試驗(yàn)結(jié)果[16]，將磨礦細(xì)度控制在-0.074 mm占92%～97%，磨機(jī)使用XMQL-79型Ф420 mm×450 mm格子型連續(xù)球磨機(jī)，配套分級(jí)設(shè)備為FLG-150型Ф150 mm×1 200 mm單螺旋分級(jí)機(jī)。磨礦介質(zhì)為鋼球，總裝球量為120 kg，充填率為35%。

在小型浮選試驗(yàn)研究[16]基礎(chǔ)上，根據(jù)礦樣性質(zhì)、浮選過(guò)程現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整藥劑制度。浮選設(shè)備為XFL-12型連續(xù)式12 L浮選機(jī)9臺(tái)，其中粗選3臺(tái)、掃選2臺(tái)、精選作業(yè)2臺(tái)、精尾掃選2臺(tái)，粗選作業(yè)濃度為27%。通過(guò)改變加藥量，浮選機(jī)充氣量、轉(zhuǎn)速及補(bǔ)加水等參數(shù)，使精礦指標(biāo)達(dá)到要求。配藥給藥作業(yè)全部使用蠕動(dòng)泵，調(diào)整好所需藥劑用量后，保證藥劑穩(wěn)定地加入浮選作業(yè)。

2.2 粗選和精選尾礦再選工藝流程對(duì)比

首先采用“粗選和精選尾礦集中再選”工藝。流程如圖1所示，與之對(duì)應(yīng)的設(shè)備聯(lián)系圖如圖2所示，浮選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。該流程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)可以減少粗選和精選跑尾。

圖1 粗選和精選尾礦集中再選工藝流程

圖2 處理量1.0 t/d擴(kuò)大試驗(yàn)的設(shè)備聯(lián)接圖

表3 處理量1.0 t/d擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，通過(guò)粗選和精選尾礦集中再選，可獲得精礦中P2O5品位從17.33%提升到28.22%，Al2O3、Fe2O3和SiO2的含量也顯著降低，獲得的磷精礦的品位較為理想。然而，精礦中P2O5的回收率僅為68.68%，仍然有大量的P2O5進(jìn)入尾礦。此外，由于礦樣含泥量大，運(yùn)行過(guò)程中存在泡沫流動(dòng)性差、流程不穩(wěn)定和精礦與尾礦礦漿沉降速度慢等問(wèn)題。

粗選和精選尾礦分開(kāi)再選的工藝流程如圖3所示，與之對(duì)應(yīng)的設(shè)備聯(lián)接圖如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖3 粗選和精選尾礦分開(kāi)再選工藝流程

圖4 處理量1.0 t/d的擴(kuò)大試驗(yàn)設(shè)備聯(lián)接圖

表4 處理量1.0 t/d擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，通過(guò)粗選和精選尾礦分開(kāi)再選，可獲得P2O5品位為28.61%，回收率為71.92%的磷精礦。此外，雜質(zhì)氧化物如Al2O3、Fe2O3、SiO2和MgO的含量分別為2.33%、1.30%、12.99%和0.92%，相對(duì)較低，可滿足后續(xù)濕法磷酸生產(chǎn)的需求。

2.3 粗選和精選尾礦分開(kāi)再選的正浮選流程經(jīng)濟(jì)效益分析

為了進(jìn)一步證實(shí)粗選和精選尾礦分開(kāi)再選的正浮選技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的可行性，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益預(yù)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 云南某磷礦擦洗尾礦145萬(wàn)t正浮選經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果

由表5可知，云南某磷礦145萬(wàn)t擦洗尾礦經(jīng)過(guò)正浮選工藝后，可獲得10 552.75萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，平均每t擦洗尾礦可獲得約72.78元的經(jīng)濟(jì)效益。此外，由表5還可知，浮選藥劑成本相對(duì)較高，可以進(jìn)一步通過(guò)優(yōu)化藥劑制度來(lái)增加經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1)云南某磷礦擦洗尾礦P2O5品位為17.33%，主要有害雜質(zhì)包括MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中SiO2和MgO的含量分別為43.63%和0.7%，屬于低鎂、高硅磷礦石。且礦樣含泥量較大，各礦物組分在+0.074 mm粒級(jí)的分布率較高，需要通過(guò)磨礦來(lái)實(shí)現(xiàn)各組分的單體解離。

2)“粗選和精選尾礦集中再選”與“粗選和精選尾礦分開(kāi)再選”兩個(gè)工藝流程相比，在磨礦細(xì)度和藥劑用量相當(dāng)?shù)臈l件下，后者浮選效果較為理想，可浮選獲得P2O5品位為28.61%、回收率為71.92%的磷精礦，雜質(zhì)氧化物如Al2O3、Fe2O3、SiO2和MgO的含量分別為2.33%、1.30%、12.99%和0.92%，基本滿足后續(xù)濕法磷酸生產(chǎn)的需求。

3)采用“粗選和精選尾礦分開(kāi)再選”工藝處理云南某低鎂、高硅145萬(wàn)t磷礦擦洗尾礦浮選經(jīng)濟(jì)可行性分析結(jié)果表明，擦洗尾礦經(jīng)過(guò)“粗選和精選尾礦分開(kāi)再選”正浮選后，平均每t擦洗尾礦可獲得72.78元的經(jīng)濟(jì)效益，使得多年前堆存的擦洗尾礦得到了較好的利用，減輕了尾礦堆存帶來(lái)的環(huán)境壓力，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。