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含磷铁矿中低品位磷的回收研究 ① 张 晋, 葛英勇, 蔡新伟, 赵和平 (武汉理工大学 资源与环境工程学院, 湖北 武汉 430070) 摘 要 对我国某高磷铁矿的磁选尾矿进行了回收磷矿的试验研究。 以 MG⁃2、MES 和氧化石蜡皂为组合捕收剂,经一次粗选、一 次扫选、两次精选的闭路试验流程,最终可获得品位 32.63%、回收率 88.11%的磷精矿,实现了磷的综合回收。 关键词 浮选; 高磷铁矿; 组合捕收剂 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2016.02.008 文章编号 0253-6099(2016)02-0032-03 Recovery of Low⁃grade Phosphate from Phosphorus Iron Ore ZHANG Jin, GE Ying⁃yong, CAI Xin⁃wei, ZHAO He⁃ping (College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, Hubei, China) Abstract Experimental study was carried out to recover phosphate from magnetic separation tailings of phosphorus iron ore. A closed⁃circuit flowsheet consisting of one⁃stage roughing, one⁃stage scavenging and two⁃stage cleaning, with proportionally mixed MG⁃2, MES and oxyparaffin soap as a combined collector, resulted in the phosphate concentrate with P2O5grade and recovery of 32.63% and 88.11%, respectively, achieving the comprehensive collection of the phosphorus resources. Key words flotation; high⁃phosphorus iron ore; combined collector 我国北方拥有大量的低品位铁磷矿床,资源较丰 富,主要集中在河北、辽宁、内蒙古、吉林、新疆、山东、 山西等省,近 40 多年来,累计探明远景资源量 27 亿 吨,占全国总储量的 12%[1]。 大部分铁磷矿属磁铁矿⁃ 磷灰(块)岩型矿石。 该类型矿石大多数为低品位磁 铁矿、低品位钛铁矿与低品位磷矿共生[2],过去几年 间由于铁价高涨,在北方已建成多数以磁选工艺为主 的选矿厂,主要回收其中的磁性矿物,但是将含磷等有 用矿物的磁选尾矿作为最终尾矿丢弃,资源浪费现象 严重[2-5]。 磷是重要的不可再生资源[6],因此利用此 类资源不仅生产成本较低、经济效益较好,而且对缓解 我国铁矿资源不足以及南磷北调成本高等问题具有重 要意义[7]。 1 原矿性质及试验设备 1.1 原矿性质 矿样为我国某高磷铁矿的磁选尾矿,其化学多元 素分析结果见表 1。 表 1 原矿化学成分分析结果(质量分数) / % P2O5SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgO 2.6746.1913.2716.312.065.955.12 K2ONa2O MnO SO3 BaOSrO烧失量 2.843.140.150.130.560.301.31 从表1 可以看出,该磁选尾矿中P2O5品位为2.67%, 为低品位可回收磷矿,同时也有 16.31%的非磁性铁矿。 1.2 试验设备及药剂 主要试验设备和仪器包括 XFD 型单槽浮选机 (0 5 L,1 L)、 XTLZФ260/ Ф200 多用真空过滤机、 CS1012 型电热鼓风干燥箱、电子天平等。 主要化学药剂包括氢氧化钠(分析纯,配制成 5% 的溶液)、碳酸钠(化学纯,配制成 30%的溶液)、水玻 璃(工业品,由湖北宜化集团提供,配制成 5%的溶 液)、MES[8](工业品,由湖北宜化集团提供,配制成 5%的溶液)、MG⁃2[9](由武汉理工大学自制,配制成 ①收稿日期 2015-10-17 基金项目 国家自然科学基金资助(51574188) 作者简介 张 晋(1989-),男,湖北十堰人,硕士研究生,主要研究方向为磷矿选矿药剂及选矿工艺研究。 通讯作者 葛英勇(1961-),男,湖南双峰人,教授级高级工程师,主要从事选矿药剂研发、选矿工艺的应用研究。 第 36 卷第 2 期 2016 年 04 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.36 №2 April 2016 5%的溶液)、氧化石蜡皂[10](工业品,由河北某化工厂 提供,配制成 5%的溶液)。 2 结果与讨论 2.1 捕收剂混合配比试验 MG⁃2、MES 和氧化石蜡皂对磷矿的浮选各有优缺 点,单一捕收剂并不能取得理想的浮选效果。 将两种 或多种药剂组合使用,可起到各种药剂优势互补的作 用,选别效果优于单一药剂[11],故选用 MG⁃2、MES 和 氧化石蜡皂按照一定比例混合作组合捕收剂浮选磷。 按照图 1 所示流程进行试验。 固定 pH 调整剂氢 氧化钠用量 200 g/ t,抑制剂水玻璃用量 1 200 g/ t,捕 收剂用量 800 g/ t,改变捕收剂中 MG⁃2、MES、氧化石 蜡皂配比(质量比,下同)进行试验,结果见表 2。 B3A0g/t 9/6 ;4 E/;0 * 233 200 1200 800 图 1 捕收剂混合配比探索流程 表 2 捕收剂混合配比试验结果 组合捕收剂配比 (MG⁃2∶MES∶氧化石蜡皂) 产率 / % 品位 / % 回收率 / % 10∶1∶110.0719.4970.51 7∶1∶1.510.6318.1372.23 6∶1∶112.0716.7776.66 5∶1∶29.6419.0968.89 7∶1∶013.4115.6178.40 3∶1∶120.9411.3388.86 由表 2 可知,当 MES 配比加大时,精矿产率升高, 回收率增加,而品位降低。 当 MES 配比一定,氧化石 蜡皂配比加大时,精矿品位提高,但回收率降低。 综合 考虑精矿品位和回收率,当 MG⁃2∶MES ∶氧化石蜡皂= 6∶1∶1时,精矿品位为 16.77%,回收率为 76.66%,因此 确定 MG⁃2、MES 和氧化石蜡皂最佳质量比为 6∶1∶1。 2.2 矿浆浓度试验 固定氢氧化钠用量 200 g/ t,水玻璃用量 1 500 g/ t, 组合捕收剂 MG⁃2、MES 和氧化石蜡皂质量比为 6∶1∶1, 粗选组合捕收剂用量 600 g/ t,扫选组合捕收剂用量 200 g/ t,按照图 1 所示流程,研究了矿浆浓度对浮选指 标的影响,结果见表 3。 从表 3 可知,当矿浆浓度降低 时,产率下降,但品位和回收率都增加。 矿浆浓度 23.1% 时浮选指标已达到要求,继续降低浓度,会降低单位时 间内处理量,从而间接增加选矿成本,经济上不合理, 因此确定矿浆浓度为 23.1%,此时精矿品位 23.34%、 回收率 83.67%。 表 3 矿浆浓度试验结果 矿浆浓度/ %产率/ %品位/ %回收率/ % 31.412.0317.5479.03 28.610.7020.3181.39 23.19.5723.3483.67 20.58.4624.3283.89 2.3 pH 调整剂种类试验 氢氧化钠和碳酸钠都可作为矿浆 pH 调整剂。 固 定矿浆浓度 23.1%,水玻璃用量 1 200 g/ t,粗选组合捕 收剂用量 600 g/ t,扫选组合捕收剂用量 200 g/ t,分别 用氢氧化钠和碳酸钠调整矿浆 pH 值至9.5,按照图1 所 示流程进行了 pH 调整剂种类试验,结果见表 4。 表 4 pH 调整剂种类试验结果 pH 调整剂种类产率/ %品位/ %回收率/ % 氢氧化钠11.7718.4681.38 碳酸钠6.7624.5662.18 从表 4 可知,用碳酸钠作 pH 调整剂虽然品位有 很大提高,但回收率太低,导致尾矿中磷含量高,资源 浪费。 综合考虑品位与回收率,选择以氢氧化钠作为 pH 调整剂。 2.4 粗选 pH 值试验 固定矿浆浓度 23.1%,水玻璃用量 1 200 g/ t,粗选 组合捕收剂用量 600 g/ t,扫选组合捕收剂用量 200 g/ t, 按图 1 所示流程进行了粗选 pH 值条件试验,结果见 图 2。 从图 2 可知,随着 pH 值升高,精矿品位提高,但 回收率下降。 同时,pH 值升高,氢氧化钠用量增加,药 剂成本增加。 综合考虑品位和回收率,以 pH = 9.5 为 宜,此时氢氧化钠用量为 200 g/ t,精矿品位 18.46%、回 收率 81.38%。 pHD 20 15 10 5 0 90 85 80 75 70 65 8.08.59.09.510.0 238 23/;5 图 2 pH 值对浮选指标的影响 33第 2 期张 晋等 含磷铁矿中低品位磷的回收研究 2.5 粗选水玻璃用量试验 水玻璃作为非硫化矿浮选抑制剂,当用量较少时, 可强烈抑制某些矿物,当用量较大时,这种选择性会有 所降低。 固定氢氧化钠用量 200 g/ t,粗选组合捕收剂 用量 600 g/ t,扫选组合捕收剂用量 200 g/ t,按图 1 所示 流程进行了水玻璃用量试验,结果见图 3。 试验结果表 明,水玻璃用量增加,精矿产率降低,回收率下降,品位 提高。 当水玻璃用量为 900 和 1 200 g/ t 时,虽然回收 率高,但品位不高,精选之后的最终精矿产品可能不达 标。 而水玻璃用量 1 800 g/ t 时,回收率只有 65.49%, 损失太大,尾矿品位偏高。 综合考虑品位和回收率,确 定水玻璃用量以 1 500 g/ t 为宜,此时粗选精矿品位 20.31%、回收率 76.60%。 ;4A4g t-1 25 20 15 10 5 0 100 90 80 70 60 50 900120015001800 238 23/;5 图 3 水玻璃用量试验结果 2.6 精选试验 为了进一步提高精矿品位,按照图 4 所示流程进 行了精选试验,结果见表 5。 从表 5 可知,经过一次精 选,精矿品位可达 30.74%,回收率为 80.58%,还没有达到 精矿要求指标;经过两次精选,最终可获得品位 33.54%、 回收率 76.38%的磷精矿,达到了磷精矿要求。 B3 A0g/t 9/6 ;4 E/;0 * 200 1500 600 E/;0 3 200 ;4 21 D31 375 ;4125 22 D3223 图 4 精选试验流程 表 5 精选次数试验结果 精选次数产品名称产率/ %品位/ %回收率/ % 精矿7.0030.7480.58 1 中矿 12.573.213.09 尾矿90.430.4816.33 合计100.002.67100.00 精矿6.0833.5476.38 中矿 12.573.213.09 2中矿 20.9212.194.20 尾矿90.430.4816.33 合计100.002.67100.00 2.7 闭路试验 开路试验后,为了进一步提高精矿回收率,模拟连 续生产进行了闭路试验,试验流程见图 5,结果见表 6。 B3 23 A0g/t 9/6 ;4 E/;0 * 200 1500 600 E/;0 3 200 21 ;4125 ;4375 22 图 5 闭路试验流程 表 6 闭路试验结果 产品名称产率/ %品位/ %回收率/ % 精矿7.2132.6388.11 尾矿92.790.3411.89 合计100.002.67100.00 由表 6 可知,采用将扫选精矿和精选 1 尾矿混合 返回粗选、精选 2 尾矿返回精选 1 的闭路流程,最终可 获得品位 32.63%、回收率 88.11%的磷精矿,达到了高 质量磷矿的生产要求。 3 结 论 1) 我国某高磷铁矿的磁选尾矿磷品位较低,采用 正浮选方法浮选磷。 单一捕收剂不能获得理想的精矿 指标,因此选用 MG⁃2、MES 和氧化石蜡皂按一定比例 混合成组合捕收剂,通过混合配比试验,确定 MG⁃2、 MES 和氧化石蜡皂的最佳质量比为 6∶1∶1。 2) 采用一次粗选、一次扫选、两次精选的闭路流 程,最终可获得品位 32.63%、回收率 88.11%的磷精 矿,尾矿磷品位为 0.34%,实现了磷的综合利用。 (下转第 37 页) 43矿 冶 工 程第 36 卷 由表 4 可知,单酸对筛网化学预除垢效果由强到 弱顺序为盐酸>KYS 酸>KYL 酸;在同样浓度配比下 2 种酸混合,盐酸与 KYS 混合除垢效果优于盐酸与 KYL 混合;盐酸与 KYS、KYL 按 1∶5∶3混合的除垢效果 优于盐酸与 KYL、KYS 按 1∶5∶3的混合。 2.2 超声波除垢试验 超声波除垢试验是将化学预处理后的筛网放入新 型 20 kHz 超声波清洗机中进行处理。 试验前设定好槽 体水位线、超声功率和超声时间,并记录试验条件,超 声清洗试验结束后,筛网烘干冷却,称量质量并记录数 据,计算超声清洗除垢率。 超声波清洗除垢过程中会 产生热量,使得超声清洗水介质温度升高 10~20 ℃, 红外温度仪检测温度均未超过 40 ℃。 超声除垢时间 为 10 min 时,超声波除垢试验结果见表 5。 表 5 超声波除垢试验结果 溶液种类溶液浓度/ %超声波除垢率/ %总除垢率/ % 盐酸216.1399.90 盐酸+KYS1+57.1899.91 盐酸+KYS+KYL1+5+37.3799.80 由表 5 可知,无论前期用单一酸液化学预除垢,还 是选用 2 种或 3 种混合酸液对结垢筛网化学预除垢, 再采用超声波清洗机进行筛网除垢效果明显,可达到 彻底除垢的目的。 化学预除垢与超声波除垢相结合的除垢工艺在工 业上是完全可行的,但要在除垢过程中控制好试验条 件和工艺参数。 采用超声波除垢不仅可有效降低酸耗、人工等除 垢成本,改善工作环境,提高除垢效率,而且具有节能、 环保无污染、经济效益和社会效益显著等突出优点。 3 结 语 1) 聚氨酯筛网结垢成因分析证明,污垢中主要含 Fe、O、Ca 元素,聚氨酯筛网污垢主要为碳酸盐垢和铁 垢的混合垢。 各取样点矿浆和循环水都呈碱性,基本 属于硬水以及矿浆为磁铁矿矿浆,是产生碳酸盐垢和 铁垢的主要原因。 2) 由化学预除垢试验可知,酸的种类对聚氨酯结 垢筛网的化学预除垢效果由强到弱顺序为盐酸>KYS >KYL。 以盐酸为主酸,与 KYS 酸、KYL 酸其中的 1 种 或 2 种混合,优化浓度配比,能有效节约酸耗成本,化 学预除垢效果显著,除垢率达 70%以上。 3) 超声波除垢试验结果表明,化学预除垢与超声 波除垢相结合进行聚氨酯筛网除垢,可达到彻底除垢 的目的。 不仅缩短了整个除垢时间,降低了酸耗及人 工等除垢成本,且节能环保,显著地提高了除垢效率。 4) 聚氨酯筛网超声波除垢方法不仅除垢成本低、 除垢彻底、节能环保,而且对恢复聚氨酯筛网筛分性 能、延长其使用寿命意义重大,具有显著的经济效益和 社会效益。 新型超声波除垢工艺为开发低成本化学预 除垢配方和新型低损伤、高自动化超声除垢设备提供 了技术依据。 参考文献 [1] 包尽忠,杨国强,梁四海. 聚氨酯筛网在乌龙泉矿筛分工艺中的应 用[J]. 有色金属(选矿部分),2004(4)39-41. 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