低品位磷矿浮选试验研究.pdf

低品位磷矿浮选试验研究 ① 杨峻杰１，庹必阳１，２，３，韩朗１，姚艳丽１，谢飞１，龙森１（１．贵州大学矿业学院，贵州贵阳５５００２５；２．贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室，贵州贵阳５５００２５；３．贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州贵阳５５００２５）摘要对某地低品位磷矿进行了浮选试验研究，探索了磨矿细度、捕收剂（十二胺）用量、抑制剂（硫酸）用量及浮选流程对浮选指标的影响。结果表明，采用一粗一精一扫、中矿返回粗选的浮选工艺流程，在磨矿细度为－０．０７４ｍｍ粒级占７８％、粗选十二胺用量５００ｇ／ｔ、硫酸用量１８ｋｇ／ｔ，精选十二胺用量２００ｇ／ｔ、硫酸用量９ｋｇ／ｔ，扫选硫酸用量１４．４ｋｇ／ｔ条件下，针对Ｐ２Ｏ５品位为２２．４１％的原矿可获得Ｐ２Ｏ５品位３２．４７％、Ｐ２Ｏ５回收率８３．３２％的磷精矿，实现了Ｐ２Ｏ５的有效富集。关键词磷矿；浮选；捕收剂；抑制剂中图分类号ＴＤ９２３文献标识码Ａｄｏｉ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０５．０１３文章编号０２５３－６０９９（２０１６）０５－００４９－０４ＬａｂｏｒａｔｏｒｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎＦｌｏｔａｔｉｏｎｏｆＬｏｗ⁃ｇｒａｄｅＰｈｏｓｐｈａｔｅＲｏｃｋＹＡＮＧＪｕｎ⁃ｊｉｅ１，ＴＵＯＢｉ⁃ｙａｎｇ１，２，３，ＨＡＮＬａｎｇ１，ＹＡＯＹａｎ⁃ｌｉ１，ＸＩＥＦｅｉ１，ＬＯＮＧＳｅｎ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕｉｚｈｏｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＮｏｎ⁃ｍｅｔａｌｌｉｃＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ；３．ＧｕｉｚｈｏｕＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｆＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＦｌｏｔａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒａｌｅａｎｐｈｏｓｐｈａｔｅｒｏｃｋｆｒｏｍＧｕｉｚｈｏｕｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｆｉｎｅｎｅｓｓ，ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ（ｌａｕｒａｍｉｎｅ，ＬＡ）ｄｏｓａｇｅ，ｄｅｐｒｅｓｓａｎｔ（ｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄ，ＳＡ）ｄｏｓａｇｅａｎｄｆｌｏｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｎｆｌｏｔａｔｉｏｎｉｎｄｉｃｅｓ．Ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｒａｗｏｒｅｗｉｔｈＰ２Ｏ５ｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２２．４１％，ａｔａｇｒｉｎｄｉｎｇｆｉｎｅｎｅｓｓｏｆ－０．０７４ｍｍ７８％，ｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｗｉｔｈａｆｌｏｗｓｈｅｅｔｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｏｎｅ⁃ｓｔａｇｅｒｏｕｇｈｉｎｇ，ｏｎｅ⁃ｓｔａｇｅｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｏｎｅ⁃ｓｔａｇｅｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ，ｗｉｔｈｔｈｅｍｉｄｄｌｉｎｇｓｒｅｔｕｒｎｉｎｇｔｏｒｏｕｇｈｉｎｇ，ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｅａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍＬＡ５００ｇ／ｔａｎｄＳＡ１８ｋｇ／ｔｆｏｒｒｏｕｇｈｉｎｇ，ＬＡ２００ｇ／ｔａｎｄＳＡ９ｋｇ／ｔｆｏｒｃｌｅａｎｉｎｇ，ａｎｄＳＡ１４．４ｋｇ／ｔｆｏｒｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｄｕｃｅｄａｐｈｏｓｐｈａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ３２．４７％Ｐ２Ｏ５ｇｒａｄｅａｔ８３．３２％ｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｐｈｏｓｐｈａｔｅｒｏｃｋ；ｆｌｏｔａｔｉｏｎ；ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；ｄｅｐｒｅｓｓａｎｔ磷矿是我国重要的战略资源，是一种重要的工业、农业矿物原料，主要用于制取肥料及化工产品［１－２］。随着磷肥产业迅速发展，磷矿资源消耗急剧增加，对低品位以及难选磷矿资源的利用越来越受重视［３］。浮选是磷矿选矿工艺中的一种高效分离富集方法，常用的浮选工艺有正浮选、反浮选、正⁃反浮选、反⁃ 正浮选、双反浮选等［４－５］。正浮选工艺是通过添加抑制剂抑制脉石矿物，利用捕收剂将磷矿物集中在泡沫产品中从而达到分离富集含磷矿物的目的，但对氧化镁含量较高的磷矿采用正浮选效果不佳［６－８］。反浮选工艺是以硫酸、磷酸等无机酸抑制含磷矿物及调整矿浆ｐＨ值至弱酸性，加入捕收剂浮出脉石矿物将含磷矿物富集在槽内，该工艺适用于磷酸盐矿物和碳酸盐矿物的分离，其优点是工艺简单、磨矿细度要求低、除镁率高，实现了常温浮选［９－１０］。正⁃反、反⁃正、反⁃反浮选工艺根据矿石性质不同，将磷酸盐浮选、碳酸盐浮选及硅酸盐浮选技术有机结合起来，从而实现含磷矿物与碳酸盐、硅酸盐等脉石矿物的分离，工艺优点是可根据矿石性质的不同设计浮选流程，应用广泛［１１－１５］。由此可见，合适的浮选工艺对磷矿石的高效回收利用具有重要意义。沉积型磷块岩占我国磷矿总储量８５％左右，是我 ①收稿日期２０１６－０５－０４基金项目国家自然科学基金（５１４６４００７）；博士基金（贵大人基合字（２０１３）５１号）作者介绍杨峻杰（１９９２－），男，贵州贵阳人，硕士研究生，主要研究方向为难选矿石的选矿及资源综合利用。通讯作者庹必阳（１９７９－），男，云南镇雄人，博士，副教授，主要从事选矿技术研究。第３６卷第５期２０１６年１０月矿矿冶冶工工程程ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．３６ №５Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１６万方数据国主要的磷矿资源，其主要特点是矿物颗粒细且嵌布紧密、品位低且有害杂质多，这些均为选矿增加了难度［１６］。但该类难选磷矿石经过一次浮选后得到的精矿品位和回收率不高，可通过优化浮选流程来提升品位和回收率。因此，本文对某地硅钙质磷矿石进行了矿物组成和元素分析，通过试验确定了合适的磨矿细度、捕收剂用量、抑制剂用量以及浮选工艺流程，以期探索一种在工艺生产中能够提高该类磷矿物浮选指标的新工艺。１原矿性质及试验方法１．１原矿性质试验矿样磷矿石采自贵州某地，ＸＲＤ分析图谱见图１，原矿多元素分析结果见表１。 20406080 2 / θ B; -4/; ;A 图１原矿Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析结果表１原矿多元素分析结果（质量分数）／％Ｐ２Ｏ５ＭｇＯＣａＯＡｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＳｉＯ２２２．４１８．６４４２．５４１．３３０．３５１０．１１由图１得知，氟磷灰石是主要的有用矿物，白云石和石英是主要的脉石矿物。由表１可知，原矿Ｐ２Ｏ５品位较低，为２２．４１％，氧化镁、二氧化硅和氧化钙含量较高，分别为８．６４％、１０．１１％和４２．５４％，其中氧化镁与氧化钙赋存于白云石中，由此可知该矿样中碳酸盐矿物含量高，这些脉石矿物的存在对磷矿的浮选分离产生了较大影响。１．２一次浮选（粗选）流程根据原矿性质，一次粗选试验采用反浮选工艺，流程见图２。每次称取２００ｇ矿样破碎至－２ｍｍ，加入ＸＭＢ－Φ１６０２００棒磨机中进行湿式磨矿（磨矿浓度６０％），转移到ＸＦＤ－Ⅲ（１Ｌ）单槽浮选机中，加水至１Ｌ。开启搅拌机，根据设计的抑制剂和捕收剂用量依次添加药剂并分别搅拌３ｍｉｎ，开始充气刮泡，至泡沫中不再夹带矿物后停止浮选（泡沫产品为尾矿，槽内产品为精矿），分别过滤精矿和尾矿，置于１０１－４ＡＳ电热鼓风干燥箱中于１００ ℃下烘干２ｈ并称重，最后测定精矿和尾矿的Ｐ２Ｏ５品位。 B3 63 AD0 ;0 ,- 233 3 min 3 min 图２粗选试验流程２结果与讨论２．１磨矿细度试验为考察磨矿时间对浮选指标的影响，在硫酸用量１５ｋｇ／ｔ和十二胺用量４００ｇ／ｔ条件下，考察了磨矿时间对浮选指标的影响，结果如表２所示。表２磨矿时间对浮选指标的影响磨矿时间／ｍｉｎ－０．０７４ｍｍ粒级含量／％Ｐ２Ｏ５品位／％回收率／％３６７．８８２８．９５６０．２１４７８．２１２９．６３６２．１５５８７．２０２７．５２５２．９２６９１．０１２６．５６５１．９７由表２可知，当磨矿时间少于４ｍｉｎ时，有用矿物和脉石矿物解离不够完全，浮选效果不佳；当磨矿时间为４ｍｉｎ时，矿物颗粒细粒级所占质量分数增加，精矿Ｐ２Ｏ５品位与回收率均最高，分别为２９．６３％和６２．１５％，表明矿物解离比较完全；磨矿时间继续增加，品位和回收率均降低，其原因是矿物颗粒过细易泥化，细粒矿物易粘附于气泡被浮起，对含磷矿物与脉石矿物的浮选分离不利。此外，磨矿时间过长也会导致能耗增大、经济效益降低。因此，磨矿时间为４ｍｉｎ（－０．０７４ｍｍ粒级占７８．２１％）时，浮选精矿指标较佳。２．２十二胺用量试验在磨矿时间４ｍｉｎ、硫酸用量１５ｋｇ／ｔ条件下，考察了十二胺用量对磷矿浮选指标的影响，结果如图３所示。由图３可知，随十二胺用量增加，精矿中Ｐ２Ｏ５品位提高，但回收率降低，其原因是矿石中３种矿物（氟磷灰石、白云石、石英）的可浮性差异较小，十二胺对其均有一定的捕收性，硫酸存在时，氟磷灰石被抑制，十二胺的主要捕收目标为白云石和石英，但十二胺具有良好的起泡性，其用量增加会使矿浆中产生大量泡０５矿冶工程第３６卷万方数据沫，导致十二胺的选择性变差，令更多的含磷矿物随气泡上浮进入尾矿。因此，十二胺适宜用量为５００ｇ／ｔ，此时可获得精矿Ｐ２Ｏ５品位２９．９３％、回收率６７．６９％。 ;,A4g t-1 50 45 40 35 30 25 20 80 70 60 50 40 30 20 10 200400600800100012001400 P2O58 P2O5/;5 图３十二胺用量与Ｐ２Ｏ５品位和回收率的关系２．３硫酸用量试验在磨矿时间４ｍｉｎ、十二胺用量５００ｇ／ｔ条件下，考察了硫酸用量对磷矿浮选指标的影响，结果见图４。 4 P2O5/;5 图４硫酸用量与Ｐ２Ｏ５品位和含量的关系由图４可知，矿浆中加入硫酸，一方面使矿浆呈酸性；另一方面，矿浆中的ＳＯ４２－与游离态的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋反应生成微溶的硫酸钙和硫酸镁，硫酸钙与硫酸镁会优先罩盖在含磷矿物表面使其亲水，同时，在酸性条件下，硫酸钙与水结合形成水化膜进一步改善其表面亲水性。随着硫酸用量增加，硫酸对含磷矿物的抑制越明显，精矿品位和回收率均得到提高，在硫酸用量１８ｋｇ／ｔ时达到最高，精矿Ｐ２Ｏ５品位为３０．７２％，回收率为６８．９８％。当硫酸用量超过１８ｋｇ／ｔ时，Ｐ２Ｏ５品位变化不明显，表明硫酸钙与硫酸镁在含磷矿物表面的罩盖已趋于饱和。故确定合适的硫酸用量为１８ｋｇ／ｔ。２．４开路试验前期试验表明较优试验条件为磨矿细度－０．０７４ｍｍ粒级占７８．２１％、硫酸用量１８ｋｇ／ｔ、十二胺用量５００ｇ／ｔ。但一次粗选获得的浮选指标不理想，精矿回收率和品位都较低，因此，试验采用一粗一精一扫浮选流程对磷矿进行浮选研究，流程如图５所示。 B3 63 4g/t 4 ;, * 18000 500 4 ;, 2 23 9000 200 1440043 图６闭路试验流程表５闭路试验结果产品名称产率／％Ｐ２Ｏ５品位／％Ｐ２Ｏ５回收率／％精矿５８．２２３２．４７８３．３２尾矿４１．７８９．０６１６．６８原矿１００．００２２．６９１００．００由表５可知，闭路试验最终获得精矿Ｐ２Ｏ５品位３２．４７％、回收率８３．３２％，相对于一次粗选，品位和回收率都得到了大幅提高，含磷矿物得到了有效富集。３结论１）原矿Ｐ２Ｏ５品位低，有用矿物主要是氟磷灰石，脉石矿物主要有石英、白云石等，氧化镁与氧化钙含量高，主要以碳酸盐形式存在，属于低品位难选磷矿石。２）采用一次粗选、一次精选和一次扫选，扫选精矿和精选尾矿合并作为中矿返回粗选的浮选工艺流程，在粗选十二胺用量５００ｇ／ｔ、硫酸用量１８ｋｇ／ｔ，精选十二胺用量２００ｇ／ｔ、硫酸用量９ｋｇ／ｔ，扫选硫酸用量１４．４ｋｇ／ｔ条件下，获得精矿Ｐ２Ｏ５品位３２．４７％、回收率８３．３２％，含磷矿物得到有效富集。参考文献［１］刘颐华．我国与世界磷资源及开发利用现状［Ｊ］．磷肥与复肥，２００５，２０（５）１－１０．［２］刘建雄．我国磷矿资源特点及开发利用建议［Ｊ］．化工矿物与加工，２００９（３）３６－３９．［３］刘长淼，卫敏，吴东印，等．青海低品位磷灰石型磷矿浮选试验研究［Ｊ］．矿冶工程，２０１４，３４（３）２９－３２．［４］杨隽峰，高丽红．磷矿浮选工艺技术特点探讨［Ｊ］．化学工程与装备，２０１５（４）５０－５１．［５］余永富，葛英勇，潘昌林．磷矿选矿进展及存在的问题［Ｊ］．矿冶工程，２００８，２８（１）２９－３３．［６］ＡｗａｄａｌｌａｈＲＭ，ＭｏｈａｍｅｄＡＥ，ＥｉｈａｚｅｋＮＴ，ｅｔａｌ．ＢｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎｏｆＷｅｓｔＳｉｂａｉｙａＰｈｏｓｐｈａｔｅＯｒｅｓｂｙｆｌｏｔａｔｉｏｎｉｎＡｌｋａｌｉｎｅＭｅｄｉａ［Ｊ］．Ｍｅｔ⁃ ａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｂ，１９９８（２９）１１４９－１１５７．［７］ＮａｎｔｈａｋｕｍａｒＢ，ＧｒｉｍｍＤ，ＰａｗｌｉｋＭ．Ａｎｉｏｎｉｃｆｌｏｔａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｉｒｏｎｐｈｏｓｐｈａｔｅｏｒｅｓＣｏｎｔｒｏｌｏｆｐｒｏｃｅｓｓｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｉｒｏｎｍｉｎｅｒａｌｓｂｙｓｔａｒｃｈａｎｄｇｕａｒｇｕｍ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｅｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００９，９２（１）４９－５７．［８］ＡｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅＲＯ，ＰｅｒｅｓＡＥＣ，ＡｑｕｉｎｏＪＡ，ｅｔａｌ．ＰｉｌｏｔＳｃａｌｅＤｉｒｅｃｔＦｌｏｔａｔｉｏｎｏｆａＰｈｏｓｐｈａｔｅＯｒｅｗｉｔｈＳｉｌｉｃａｔｅ⁃ＣａｒｂｏｎａｔｅＧａｎｇｕｅ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４６１０５－１１０．［９］叶林，姜振胜，余俊，等．提高磷矿品位的单一反浮选试验［Ｊ］．武汉工程大学学报，２０１２，３４（９）２２－２５．［１０］ＭｏｈａｍｍａｄｋｈａｎｉＭ，ＮｏａｐａｒａｓｔＭ，ＳｈａｆａｅｉＳＺ，ｅｔａｌ．Ｄｏｕｂｌｅｒｅ⁃ ｖｅｒｓｅｆｌｏｔａｔｉｏｎｏｆａｖｅｒｙｌｏｗｇｒａｄｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｒｏｃｋ，ｒｉｃｈｉｎｃａｒｂｏｎａｔｅａｎｄｓｉｌｉｃａｔｅ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｅｒａｌＰｒｏ⁃ ｃｅｓｓｉｎｇ，２０１１，１００（３）１５７－１６５．［１１］赵凤婷．双反浮选工艺在胶磷矿选别中的应用［Ｊ］．磷肥与复肥，２０１０，２５（２）７０－７２．［１２］李冬莲，张央．宜昌中低品位磷矿工艺流程试验研究［Ｊ］．武汉工程大学学报，２０１０，３２（１１）５４－６１．［１３］黄齐茂，李锋，蔡坤，等．湖北某硅钙质胶磷矿反正浮选工艺研究［Ｊ］．化工矿物与加工，２０１０（１２）１－３．［１４］张晋，葛英勇，蔡新伟，等．含磷铁矿中低品位磷的回收研究［Ｊ］．矿冶工程，２０１６，３６（２）３２－３４．［１５］ＢｏｕｌｏｓＴＲ，ＹｅｈｉａＡ，ＩｂｒａｈｉｍＳＳ，ｅｔａｌ．Ａｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｌｏｔａ⁃ ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｃａｌｃａｒｅｏｕｓ⁃ｓｉｌｉｃｅｏｕｓｐｈｏｓｐｈｏｒｉｔｅｔｈａｔｍｉｇｈｔｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｃｏｎｏｍｉｃｓ［Ｊ］．ＭｉｎｅｒａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，６９９７－１０１．［１６］张苏江，夏浩东，唐文龙，等．中国磷矿资源现状分析及可持续发展建议［Ｊ］．中国矿业，２０１４（２）８－１３．２５矿冶工程第３６卷万方数据