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难选硅钙质胶磷矿正反浮选研究 ① 阮耀阳1, 罗惠华2, 张泽强2, 肖春桥3, 钟诚斌3, 周 芳3, 池汝安1,3 (1.中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083; 2.武汉工程大学 资源与土木工程学院,湖北 武汉 430073; 3.武汉工程大学 化工与制药 学院,湖北 武汉 430073) 摘 要 为了高效利用中低品位胶磷矿,对大峪口磷矿进行了原矿工艺矿物学和浮选工艺参数优化研究。 在磨矿细度-0.074 mm 粒级占 96.77%,正浮选矿浆温度 40 ℃、碳酸钠用量 7.0 kg/ t、水玻璃用量 6.0 kg/ t、碳酸盐抑制剂 NO⁃2 用量 0.6 kg/ t、捕收剂棉油皂 用量 0.35 kg/ t,反浮选硫酸用量 18.0 kg/ t、磷酸用量 3.0 kg/ t、棉油皂用量 0.30 kg/ t 条件下,对原矿品位 22.28%的大峪口磷矿进行 分选处理,获得了精矿 P2O5品位 30.68%、回收率 83.66%的良好选矿指标。 关键词 胶磷矿; 浮选药剂; 正反浮选 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2017.06.009 文章编号 0253-6099(2017)06-0038-04 Direct⁃Reverse Flotation of Refractory Siliceous⁃Calcareous Collophane Ore RUAN Yao⁃yang1, LUO Hui⁃hua2, ZHANG Ze⁃qiang2, XIAO Chun⁃qiao3, ZHONG Cheng⁃bin3, ZHOU Fang3, CHI Ru⁃an1,3 (1.School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China; 2.School of Resource and Civil Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, Hubei, China; 3.School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, Hubei, China) Abstract The mineralogy of Dayukou phosphate ore was studied and its flotation parameters were optimized to utilize more effectively this mid⁃low grade collophane ore with a P2O5grade of 22.28%. After milled to a fineness of -0.074 mm 96.77%, the pulp was processed by a direct flotation process at pulp temperature of 40 ℃, with dosages for sodium carbonate, sodium silicate, carbonate depressant NO⁃2 and cottonseed oil soap optimized respectively at 7.0 kg/ t, 6.0 kg/ t, 0.6 kg/ t and 0.35 kg/ t, which was followed by a reverse flotation, with reagent dosages optimized at sulfuric acid of 18.0 kg/ t, phosphoric acid of 3.0 kg/ t, cottonseed oil soap of 0.30 kg/ t, resulting in 83.66% recovery into a final phosphate concentrate with P2O5grade of 30.68%. Key words collophane; flotation reagent; direct⁃reverse flotation 磷矿作为不可再生的战略性矿产资源,是制取磷 肥和磷精细化工的原材料,在国民经济和社会发展中 发挥着重要作用[1]。 我国磷矿资源丰富,主要集中于 湖北、云南、贵州、四川和湖南五省,但富矿少,大部分 为中低品位微细粒嵌布磷块岩,又称胶磷矿,必须通过 分选富集后才能满足湿法磷酸工艺生产要求[2-7]。 本 文以大峪口硅钙质胶磷矿为研究对象,通过原矿矿石 特性分析,进而确定适宜的选矿工艺及药剂制度,随后 对确定的方案进行参数优化,最终获得精矿 P2O5品位 30.68%、回收率 83.66%的选矿指标。 1 原矿性质与试验方法 1.1 原矿性质 试验矿样取自湖北大峪口磷矿,原矿化学成分及 矿物组成分别见表1 和表2。 由表1 和表2 可知,原矿 中同时含有硅酸盐和碳酸盐脉石矿物,属于中低品位 表 1 原矿化学多元素分析结果(质量分数) / % P2O5SiO2MgOCaOFe2O3Al2O3其他 22.4523.642.3539.361.593.407.21 ①收稿日期 2017-05-10 基金项目 国家自然科学基金(51404171) 作者简介 阮耀阳(1987-),男,湖北通山人,博士研究生,主要研究方向为矿物加工与浮选药剂。 通讯作者 池汝安(1959-),男,福建宁化人,教授,博士,博士研究生导师,主要研究方向为矿物加工、分离工程。 第 37 卷第 6 期 2017 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.37 №6 December 2017 万方数据 表 2 原矿矿物组成分析结果(质量分数) / % 磷灰石石英云母白云石黄铁矿赤铁矿长石 60.053.215.4615.770.271.763.41 磷钙矿方解石重晶石蓝晶石硅灰石铝土矿 0.298.770.160.230.600.02 硅钙质磷矿。 磷酸盐矿物主要为磷灰石,脉石矿物主要 有白云石、方解石、云母、石英、长石、赤铁矿以及微量的 黄铁矿、重晶石、蓝晶石、硅灰石和铝土矿,其中硅酸盐 矿物石英、云母和碳酸盐矿物白云石、方解石是主要脉 石矿物。 目前浮选是此类磷矿石的主要选矿富集手段, 故为了获得合格的磷精矿,脉石矿物石英和白云石作为 主要的分离对象,宜采用正反浮选工艺流程[8-9]。 表3 为大峪口磷矿磨至-0.074 mm 粒级占 96.77% 时,试样中磷灰石及其他矿物连生体分布特征结果。 目的矿物磷灰石单体解离度为 51.01%,其连生体结构 主要由石英、云母、白云石、长石、方解石组成,此外还 包括少量赤铁矿、黄铁矿、蓝晶石、硅灰石等。 由此可 知,原矿中有用矿物与脉石矿物嵌布粒度较细且彼此 紧密连生,是导致其可选性差的直接原因之一,需要不 断优化浮选制度,才能取得合格的选矿指标。 表 3 磨矿后试样中磷灰石的连生特征 单体/ %连生体/ % 51.0148.99 石英5.49云母10.92白云石10.69 黄铁矿0.46赤铁矿1.79长石8.56 磷钙矿0.20方解石9.51重晶石0.09 蓝晶石0.41硅灰石0.87 1.2 试验方法 采集的原矿经破碎、磨矿后得到-5 mm 粒级产 品,混匀、装袋备用。 试验前使用棒磨机将-5 mm 试 样磨至-0.074 mm 粒级占 90%以上后,用于浮选试验。 浮选所用药剂除抑制剂水玻璃、萘酚磺酸与甲醛的缩 合物 NO⁃2 以及捕收剂棉油皂属于工业纯外,其他药 剂如碳酸钠、硫酸、磷酸均为分析纯。 浮选试验采用 XFDIII-0.5L 型单槽浮选机,并通 过单因素试验确定正反浮选的最佳药剂制度,浮选工 艺流程如图 1 所示。 其它参数设定如下叶轮转速 2 000 r/ min,充气量 60~80 L/ h,矿浆浓度 36%左右, 浮选时间 5 min。 所得精矿和尾矿产品经过滤、烘干、 称重、制样后采用钼酸铵喹啉容量法分析 P2O5品位并 计算回收率。 2 试验结果与讨论 2.1 正浮选药剂制度优化试验 根据工艺矿物学分析结果可知,石英、云母作为主 原矿 棒磨 药剂单位kg/t 碳酸钠 水玻璃 NO-2 棉油皂 正 浮选 7.0 6.0 0.6 硫酸 磷酸 棉油皂 反 浮选 反浮选尾矿精矿正浮选尾矿 图 1 硅钙质胶磷矿正反浮选原则工艺流程 要的硅酸盐脉石矿物,必须予以分离。 正浮选工艺是 常用的分离硅酸盐矿物的方法,探索试验结果表明,在 常温条件下,调整剂用量对大峪口胶磷矿正浮选磷精 矿品位的影响较小,其变化范围介于 23% ~24%。 前 期探索得到适宜的调整剂用量分别为碳酸钠 7.0 kg/ t、 水玻璃 6.0 kg/ t、NO⁃2 0.6 kg/ t。 2.1.1 捕收剂棉油皂用量 图 2 为磨矿细度-0.074 mm 粒级占 93.88%、矿浆 温度30 ℃时棉油皂用量对正浮选精矿 P2O5品位和回 收率的影响。 精矿 P2O5品位随棉油皂用量增加逐渐 降低,而回收率则相应地增加,综合考虑精矿品位和回 收率,可确定适宜的棉油皂用量为 0.30~0.40 kg/ t。 棉油皂用量/kg t-1 27 26 25 24 23 22 90 85 80 75 70 0.200.300.400.50 P2O5品位/ P2O5回收率/ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ 图 2 棉油皂用量对正浮选精矿指标的影响 2.1.2 磨矿细度 图 3 为矿浆温度 30 ℃、棉油皂用量 0.30 kg/ t 时 磨矿细度对正浮选精矿 P2O5品位和回收率的影响。 由图 3 可知,随着-0.074 mm 粒级含量增加,精矿品位 缓慢增加,回收率明显提高,因此可通过增加磨矿细度 提高有用矿物的解离度,进而提高选矿指标。 可确定 适宜的磨矿细度为-0.074 mm 粒级占 96.77%。 2.1.3 矿浆温度 矿浆温度主要影响浮选过程中矿浆的粘度以及浮 93第 6 期阮耀阳等 难选硅钙质胶磷矿正反浮选研究 万方数据 -0.074 mm粒级含量/ 26 25 24 23 22 21 85 84 83 82 81 80 79 878991939597 P2O5品位/ P2O5回收率/ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ 图 3 磨矿细度对正浮选精矿指标的影响 选药剂的分散性和溶解度[10],因此在较高的矿浆温度 条件下,药剂有效浓度或活性增加,从而使得精矿上浮 量增大,P2O5品位相应地降低。 图 4 为磨矿细度 -0.074 mm 粒级占96.77%、棉油皂用量0.35 kg/ t 时矿 浆浓度对精矿指标的影响。 由图 4 可知,精矿品位和 回收率随矿浆温度变化有着如以上所述相同的变化趋 势,40 ℃ 时,获得的精矿 P2O5品位 23.80%、回收率 93.64%的浮选指标较为理想。 矿浆温度/℃ 26 25 24 23 22 21 100 95 90 85 80 3035404550 P2O5品位/ P2O5回收率/ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ 图 4 矿浆温度对正浮选精矿指标的影响 2.2 反浮选药剂制度优化试验 由于正浮选精矿 P2O5品位尚不能达到 30%以上 的合格指标,因此需对其采用反浮选脱镁以进一步提 高精矿 P2O5品位[11]。 通常在反浮选过程中,使用硫 酸和磷酸作 pH 调整剂和磷酸盐矿物抑制剂,碳酸盐 脉石矿物则与捕收剂作用后附着于气泡而浮出。 2.2.1 硫酸用量 棉油皂用量 0.20 kg/ t 时,硫酸用量对反浮选精矿 指标的影响见图 5。 由图 5 可知,当棉油皂用量为 0.20 kg/ t 时,精矿 P2O5品位随硫酸用量增加先增加 后降低,并在硫酸用量 18 kg/ t 时达到最大值 27.83%。 硫酸用量在 12~18 kg/ t 时,回收率先增大后减小;硫 酸用量高于 18 kg/ t 后,回收率显著提高。 分析其原 因,极有可能是只有在适宜的 pH 值范围内磷酸盐矿 物才能得到有效抑制,而过量的硫酸可与磷矿发生化 学反应,生成抑制作用更强的磷酸,从而协同抑制磷酸 盐矿物。 硫酸用量/kg t-1 30 28 26 24 22 70 68 66 64 62 60 121518212427 P2O5品位/ P2O5回收率/ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ 图 5 硫酸用量对反浮选精矿指标的影响 2.2.2 磷酸用量 图 6 为硫酸用量 18 kg/ t、棉油皂用量 0.20 kg/ t 时,磷酸用量对反浮选精矿指标的影响。 精矿 P2O5品 位随磷酸用量增加先增加后降低,并在 3.0 kg/ t 时达 到最大值 29.56%,而回收率则先逐渐降低后再较大幅 度增加。 充分考虑精矿 P2O5品位和药耗,确定适宜的 用量为硫酸 18 kg/ t、磷酸 3.0 kg/ t。 硫酸用量/kg t-1 30.0 29.5 29.0 28.5 28.0 27.5 27.0 71 70 69 68 67 66 1.02.03.04.05.0 P2O5品位/ P2O5回收率/ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ ■ □ 图 6 磷酸用量对反浮选精矿指标的影响 2.2.3 棉油皂用量 硫酸、磷酸用量分别为 18 和 3.0 kg/ t 时,棉油皂 用量对反浮选精矿指标的影响见图 7。 由图 7 可知, 棉油皂用量在 0.30~0.50 kg/ t 范围内,棉油皂用量对 棉油皂用量/kg t-1 60 50 40 30 20 10 0 0.300.400.50 P2O5品位及回收率/ P2O5品位 P2O5回收率 图 7 棉油皂用量对反浮选精矿指标的影响 04矿 冶 工 程第 37 卷 万方数据 精矿 P2O5品位的影响较小,均在 30%左右,而回收率 随棉油皂用量增加由 56.95%降至 48.66%。 由此可知 棉油皂低用量能获得更为理想的选矿指标,适宜的捕 收剂棉油皂用量为 0.30 kg/ t。 2.3 正反浮选闭路试验 由单因素试验优化结果可知,较佳的浮选工艺参数 为磨矿细度-0.074 mm 粒级占 96.77%,正浮选矿浆温 度 40 ℃、碳酸钠用量 7.0 kg/ t、水玻璃用量 6.0 kg/ t、 NO⁃2 用量 0.6 kg/ t、棉油皂用量 0.35 kg/ t,反浮选硫酸 用量 18 kg/ t、磷酸用量 3.0 kg/ t、棉油皂用量 0.30 kg/ t。 正反浮选工艺流程如图 8 所示,结果见表 4。 碳酸钠 水玻璃 NO-2 棉油皂 7.0 6.0 0.6 0.35 硫酸 磷酸 棉油皂 18.0 3.0 0.30 棉油皂0.30 硫酸6.0 硫酸3.0 原矿 磨矿 药剂单位kg/t -0.074 mm占96.77 正 粗选 正 精选正 扫选 T 40℃ 反 粗选 反 扫选1 反 扫选2 反浮选尾矿正浮选尾矿精矿 图 8 正反浮选闭路工艺流程 表 4 正反浮选闭路试验结果 产品名称产率/ %P2O5品位/ %回收率/ % 精矿60.7530.6883.66 正浮尾矿18.4512.6810.50 反浮尾矿20.806.255.84 原矿100.0022.28100.00 由表 4 可知,采用正反浮选工艺对原矿品位为 22.28%的大峪口磷矿进行分选处理,获得最终精矿 P2O5品位30.68%、回收率83.66%的良好指标,说明该 工艺对中低品位硅钙质胶磷矿的浮选分离具有较强的 适用性,可推广至其他矿石性质类似磷矿的选矿应用。 3 结 论 1) 大峪口磷矿属于中低品位硅钙质磷块岩,脉石 矿物主要有白云石、方解石、云母、石英、长石、赤铁矿 以及微量的黄铁矿、重晶石、蓝晶石、硅灰石和铝土矿。 此外矿物嵌布粒度细且不同矿物彼此紧密连生,是导 致其可选性差的直接原因之一。 2) 根据大峪口磷矿矿石特性,对碳酸盐、硅酸盐 脉石矿物与胶磷矿的分离采用了正反浮选工艺。 探索 了不同参数对精矿指标的影响,并得到优化的工艺参 数磨矿细度-0.074 mm 粒级占 96.77%,正浮选矿浆 温度40 ℃、碳酸钠用量7.0 kg/ t、水玻璃用量6.0 kg/ t、 NO⁃2 用量 0.6 kg/ t、棉油皂用量 0.35 kg/ t,反浮选硫酸 用量 18 kg/ t、磷酸用量 3.0 kg/ t、棉油皂用量 0.30 kg/ t。 在较佳药剂制度下,经一粗一精一扫正浮选、一粗两扫 反浮选流程闭路试验,对原矿 P2O5品位为 22.28%的 大峪口磷矿进行分选处理,获得最终精矿 P2O5品位 30.68%、回收率 83.66%的良好选矿指标。 参考文献 [1] 李成秀,文书明. 我国磷矿选矿现状及其进展[J]. 矿产综合利 用, 2010(2)22-23. 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