低品位胶磷矿剪切絮凝浮选机理研究.pdf

Wuhan Institute Of Technology 硕士学位论文硕士学位论文 低品位胶磷矿剪切絮凝浮选机理研 究 学科专业学科专业 矿物加工工程矿物加工工程 研研 究究 生生 蔡忠俊蔡忠俊 指导教师指导教师 罗惠华罗惠华 教授教授 培养单位培养单位 资源与安全工程学院资源与安全工程学院 兴发矿业学院兴发矿业学院 二二 ○二○ 年○二○ 年 五五 月月 万方数据 分类号分类号TD97 学校代号10490 学校代号10490 学 号21701010019 密 级公开学 号21701010019 密 级公开 硕士学位论文 低品位胶磷矿剪切絮凝浮选机理研 究 低品位胶磷矿剪切絮凝浮选机理研 究 作者姓名蔡忠俊 指导教师姓名、职称罗惠华 教授 申请学位类别硕士 学科专业名称矿物加工工程 研究方向矿物加工理论与技术 论文提交日期2020 年 5 月 论文答辩日期2020 年 5 月 10 日 学位授予单位武汉工程大学 学位授予日期 年 月 日 答辩委员会主席 葛英勇 教授 万方数据 Study on the mechanism of shear flocculation flotation of low grade collophosphate ore A Thesis ted for the Degree of Master MajorMajor Mineral processing Mineral processing CandidateCai ZhongjunCandidateCai Zhongjun SupervisorProfessor. Luo HuihuaSupervisorProfessor. Luo Huihua Wuhan Institute of Technology Wuhan, Hubei 430073, P. R. China 万方数据 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的 研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内 容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 20 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的 规定，即我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生院可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 Ο ， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 Ο。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名 指导教师签名 20 年 月 日 20 年 月 日 万方数据 摘 要 I 摘 要 为解决云南晋宁堆存难选胶磷矿浮选精矿回收率低的问题。本文以该地区的胶 磷矿石矿为研究对象，以提高浮选回收率为目标，从浮选调浆过程控制入手，结合 流体剪切速率及颗粒间相互作用对调浆的影响，分别研究搅拌强度、搅拌调浆时 间、搅拌槽叶轮及搅拌方式的选用等因素对剪切絮凝浮选的影响。 增加搅拌强度改善了浮选环境，强化了微细粒的调浆效果，提高了颗粒聚团中 目的矿物的回收率。但过强的搅拌会破坏颗粒聚团，使浮选精矿回收率下降。在一 定的搅拌强度下，当浮选槽搅拌时间逐渐升高，精矿回收率先大幅提升，最后趋于 平稳。搅拌时间的增加，使颗粒黏附的概率加大，也为聚团长大至可浮粒度提供时 间。试验研究表明，不同叶轮形状、尺寸对絮凝浮选的影响不同。使用双桨叶叶轮 及四桨叶倾斜 45叶轮进行搅拌调浆时，精矿回收率分别在搅拌强度大于 1200r/min 和 2000r/min 后大幅度下降；使用锯齿状叶轮、浮选机叶轮、四桨叶垂直 叶轮时在搅拌强度大于 2000r/min 时，精矿回收率逐渐趋于平衡，并分别稳定于 88.2、86.3、89.2。四桨叶叶轮无论是桨叶是垂直还是倾斜，搅拌强度变化 时，直径为 50cm 的叶轮搅拌调浆效果较好。搅拌调浆时间不同时，使用浮选机叶 轮直径为φ55cm、φ60cm 的两叶轮浮选精矿回收率差别较小，桨叶倾斜叶轮则是 是直径差别较大的两个叶轮（φ45cm、φ60cm）精矿回收率相接近。 叶轮排布方式对浮选的影响使用双层叶轮进行浮选试验时，叶轮种类及排列 方式的不同，使浮选结果呈现细微差异。使用直-直双叶轮进行并列排布，在叶轮间 距为 1cm 时，有最好的浮选效果。在叶轮都垂直排列时，使用直-斜双叶轮的组合优 于直-直的组合；在排布方式方面，并列排布优于垂直排布。使用三层叶轮进行搅 拌，对浮选效果未有较为明显的优势，且叶轮的损耗变大，不适宜应用于浮选作 业。 采用低剪切速率，有利于提高磷精矿的品位，但是回收率较低。随着剪切速率 的提高，磷精矿逐渐下降，回收率增加，剪切速率较高时，降低了浮选的选择性。 剪切絮凝浮选机理探讨当颗粒表面接触角一定时，随着颗粒粒度的增加，颗 万方数据 硕士学位论文 II 粒间相互作用总能量增加。随着颗粒间距离的减小，颗粒间的相互作用由吸引逐渐 变为排斥。当颗粒间距为 10nm 时，存在一个 0.554710-19J 的能垒，需要在外力的 作用下，才能实现颗粒聚团，强烈的搅拌剪切正好可以提供这一能量。当颗粒间距 较小时，颗粒间静电排斥势能较大，使矿浆体系稳定分散，无法聚团。当距离较大 时，疏水作用发挥作用，并逐渐成为支配因素，而使颗粒间总作用势能下降，并使 颗粒聚团。 试验以正-反浮选依次脱除石英、白云石等主要脉石矿物。在磨矿细度为- 0.074mm 89.84；浮选温度 20℃；采用正浮一粗两精一扫，反浮一粗一精中矿循序 返回的工艺流程，正浮粗选碳酸钠为 pH 调整剂、水玻璃为抑制剂、 MON-135 为 捕收剂，用量分别为 6kg/t、3kg/t；1.2kg/t，扫选 MON-135 用量为 0.3kg/t；反浮粗 选硫酸做 pH 调整剂、柠檬酸做抑制剂、LAA-11 做捕收剂，用量依次为 9kg/t、 0.6kg/t、0.6kg/t，开路试验最终得到 P2O5品位为 30.39，MgO、SiO2含量分别为 0.26、17.79的精矿，搅拌槽剪切絮凝浮选闭路试验精矿指标为 P2O5品位为 28.06，精矿回收率为 90.56，与浮选槽闭路试验相比，在精矿品位保持稳定的情 况下，精矿回收率提高 4。 该论文有图 53 幅、表 16 个、参考文献 76 篇 关键词关键词剪切絮凝；搅拌强度；搅拌时间；叶轮；剪切速率；颗粒作用 万方数据 Abstract III Abstract In order to solve the problem of low recovery of flotation concentrate of refractory collophosphate ore stored in jinning, yunnan province.Based on collophane quarries in the area as the research object, in order to improve the flotation recovery as the goal, from floating transferring slurry process control, combined with fluid shear rate and the influence of the switch of interaction of particles pulp, respectively the mixing time, stirring intensity and stirring tank selection of impeller and the mixing way on the influence of shear flocculation flotation. Increasing the stirring intensity improves the flotation environment, strengthens the mixing effect of fine particles and improves the recovery rate of the target mineral in the aggregate.However, too strong stirring will destroy the aggregate and decrease the recovery of flotation concentrate.Under a certain stirring intensity, when the stirring time of the flotation tank gradually increased, the recovery of concentrate was firstly greatly improved and finally stabilized.The increase of stirring time increases the probability of particle adhesion and also provides time for the particle size to be large enough to float.Experimental results show that different impeller shapes and sizes have different effects on flocculation flotation.When twin blade wheel and four-blade impeller were used for mixing and mixing, the recovery of concentrate decreased significantly when the mixing intensity was greater than 1200r/min and 2000r/min, respectively.When the mixing intensity was greater than 2000r/min, the recovery rate of concentrate was gradually balanced and stable at 88.2, 86.3 and 89.2 respectively.Whether the blades are vertical or inclined, the impeller with a diameter of 50cm has a better mixing effect when the mixing intensity changes.Mixing and mixing time at the same time, the use of the flotation machine impeller diameter of 55cm, 60cm of the two impeller flotation concentrate recovery difference is small, the impeller blade tilt impeller is larger diameter difference between the two impeller 45cm, 60cm concentrate recovery is close to. Influence of impeller arrangement on flotation when using double-layer impeller for 万方数据 硕士学位论文 IV flotation test, the different types and arrangement of impeller make slight difference in flotation results.Using straight - straight double impeller for parallel arrangement, in the impeller spacing of 1cm, the best flotation effect.When the impellers are arranged vertically, the combination of straight-oblique double impellers is better than the combination of straight-straight.In terms of arrangement, parallel arrangement is better than vertical arrangement.The use of three-layer impeller for stirring has no obvious advantage on the flotation effect, and the loss of the impeller is larger, so it is not suitable for the flotation operation. The use of low shear rate is beneficial to improve the grade of phosphorus concentrate, but the recovery rate is low.With the increase of shear rate, the phosphorus concentrate decreases gradually, the recovery increases, and the selectivity of flotation is reduced when the shear rate is high. Discussion on the mechanism of shear flocculation flotation when the contact Angle of particle surface is constant, the total energy of particle interaction increases with the increase of particle size.As the distance between particles decreases, the interaction between particles changes from attraction to repulsion.When the particle spacing is 10nm, there is an energy barrier of 0.5547 10-19j, which requires the action of external forces to achieve particle agglomeration. Strong mixing shear can provide this energy.When the particle spacing is small, the electrostatic repulsion potential energy between the particles is large, so that the slurry system can be dispersed stably and cannot agglomerate.When the distance is large, the hydrophobic effect plays its role and gradually becomes the dominant factor, which makes the total potential energy of the interaction between particles decrease and the particles aggregate. The main gangue minerals such as quartz and dolomite were successively removed by positive - reverse flotation.The fineness of grinding is -0.074mm 89.84.Flotation temperature 20℃;Using the process flow of normal floating, one thick and two fine, one thick and one fine, and the reverse floating, one thick and one fine medium ore, the normal floating sodium carbonate is pH regulator, sodium silicate is inhibitor, MON-135 is 万方数据 Abstract V collector, and the dosage is 6kg/t and 3kg/t respectively.1.2kg/t, sweep selected MON-135 dosage is 0.3kg/t;Anti floating roughing sulfate do pH adjusting agent, citric acid inhibitors, LAA - 11 do collector, the dosage of 9 kg/t, 0.6 kg/t, 0.6 kg /t, open circuit test with the 30.39 P2O5 grade finally, MgO style, SiO2 content were 0.26, 17.79 of the concentration, stirring tank shear flocculation flotation closed-circuit test concentration index is P2O5 grade is 28.06, recovery is 90.56, compared with flotation cell closed- circuit test, under the condition of the concentrate grade remained stable, concentrate recovery rate increased by 4. There are 53 figures, 16 tables and 76 references in this paper Keywords Shear flocculation; Stirring intensity; Stirring time; The impeller; Shear rate; Particle effect 万方数据 硕士学位论文 VI 目目 录录 摘 要.......................................................I摘 要.......................................................I ABSTRACT...................................................IIIABSTRACT...................................................III 目 录.......................................................VI目 录.......................................................VI 第 1 章绪论................................................1第 1 章绪论................................................1 1.1 磷矿概述 ...............................................1 1.1.1 世界磷矿现状 .......................................1 1.1.2 中国磷矿现状 .......................................3 1.2 磷矿选矿技术现状 .......................................4 1.3 剪切絮凝浮选研究现状及进展 .............................5 1.4 选题背景及意义 ........................................10 第 2 章试验仪器与方法.....................................11第 2 章试验仪器与方法.....................................11 2.1 试验药剂与仪器 .......................................11 2.2 试验方法 .............................................12 2.2.1 浮选试验..........................................12 2.2.2 剪切絮凝试验......................................13 2.3 分析与检测方法 .......................................14 2.3.1 产品 P2O5含量分析..................................14 2.3.2 产品各组分含量分析................................14 2.3.3 EDX 测试 ..........................................15 2.3.4 显微镜观测........................................15 第 3 章原矿性质分析.......................................16第 3 章原矿性质分析.......................................16 3.1 样品制备 .............................................16 3.2 原矿品位测定 .........................................16 3.3 原矿粒度分布特性 .....................................16 万方数据 目 录 VII 3.4 原矿矿物组成特性 .....................................18 第 4 章浮选条件试验.......................................21第 4 章浮选条件试验.......................................21 4.1 磨矿细度 .............................................21 4.2 浮选温度 .............................................22 4.3 正浮选药剂制度 .......................................23 4.4 小结 .................................................26 第 5 章浮选机剪切絮凝浮选试验.............................27第 5 章浮选机剪切絮凝浮选试验.............................27 5.1 浮选机搅拌强度试验 ...................................27 5.2 浮选机搅拌调浆时间 ...................................29 5.3 小结 .................................................30 第 6 章搅拌槽剪切絮凝浮选试验.............................31第 6 章搅拌槽剪切絮凝浮选试验.............................31 6.1 叶轮形状对剪切絮凝浮选的影响 .........................31 6.1.1 双桨叶叶轮........................................33 6.1.2 锯齿状叶轮........................................34 6.1.3 浮选机叶轮........................................35 6.1.4 四桨叶垂直叶轮....................................37 6.1.5 四桨叶倾斜 45叶轮 ...............................38 6.1.6 不同叶轮试验结果对比..............................39 6.2 叶轮大小对剪切絮凝浮选的影响 .........................41 6.2.1 不同尺寸浮选机叶轮................................41 6.2.2 不同尺寸四桨叶垂直叶轮............................43 6.2.3 不同尺寸四桨叶倾斜 45叶轮 .......................44 6.3 叶轮排布方式对浮选的影响 .............................46 6.4 其他搅拌方式试验探究 .................................48 6.5 小结 .................................................49 第 7 章常规浮选与剪切絮凝浮选试验对比 .....................51第 7 章常规浮选与剪切絮凝浮选试验对比 .....................51 7.1 反浮选药剂用量试验 ...................................51 万方数据 硕士学位论文 VIII 7.2 开路试验 .............................................53 7.3 闭路试验 .............................................55 第 8 章剪切絮凝浮选机理探讨...............................59第 8 章剪切絮凝浮选机理探讨...............................59 8.1 搅拌槽剪切速率分析 ...................................59 8.2 浮选颗粒间相互作用 ...................................61 第 9 章结论...............................................66第 9 章结论...............................................66 参考文献....................................................68参考文献....................................................68 攻读硕士期间已发表的论文....................................75攻读硕士期间已发表的论文....................................75 致 谢......................................................77致 谢......................................................77 万方数据 第一章 绪论 1 第第1章 绪论章 绪论 1.1 磷矿概述磷矿概述 磷是生物细胞的重要组成元素，也是植物生长过程中必不可少的一 种元素[1]。生产磷肥是世界上磷矿生产的主要用途，大约有 8490， 3.3生产饲料添加剂[2]，4生产洗涤剂[3]，其余用于化工、轻工、国防 等工业。磷矿是不可再生资源，暂时还没有可以替代的物质。实现磷资 源的可持续利用是本世纪全球农业面临的重要挑战[4]，若不能解决磷矿 资源短缺的问题，世界磷肥价格的稳定和农业的可持续发展将会受到严 重威胁[5]。 1.1.1 世界磷矿现状世界磷矿现状 全球各国磷矿资源丰富，储量和产量高度集中[6]。根据美国地质调 查局 2017 年公布的数据，全球磷矿储量为 678 亿 t[7]，磷矿资源量为 3000 亿[8]。虽然磷矿储量丰富，但对农业大国、磷肥使用量大的国家如 中国来讲，磷矿资源危机的问题仍然是急需解决的问题。从国家分布上 看，磷矿资源主要集中在摩洛哥和西撒哈拉、中国、俄罗斯、约旦、美 国、澳大利亚等国家，这些国家磷储量占全球磷资源总储量的 90以 上，其中储量前三的国家（地区）为摩洛哥和西哈拉、中国、阿尔及利 亚[9]，全球各国磷矿资源储量和产量见表 1.1[10]。 万方数据 硕士学位论文 2 表 1.1 全球磷矿资源储量和产量分布 Table 1.1 global distribution of phosphate ore reserves and production 国家产量/kt产量占比/储量/kt储量占比/ 中国13800052.9231000004.57 摩洛哥和西撒哈拉3000011.505000000073.72 美国2780010.6611000001.62 俄罗斯116004.4513000001.92 约旦83003.1812000001.77 阿尔及利亚15000.5822000003.24 澳大利亚25000．9611000001.62 叙利亚--18000002.65 其他国家4106015.7560250008.88 全球26076010067825000100 全球磷矿产量的不断增长，2016 年全球磷矿石产量为 22.3 亿 t，产 量前三的国家为中国 52.92 、摩洛哥和西撒哈拉 11.50 、美国 10.66，这三个国家的产量占到全球磷矿石产量的 75.08。中国为近 年来磷矿产量增长的重要动力。2000-2011 年全球磷矿产能年均增长率 为 2.6，中国的产能的不断增长是主要原因。 全球磷矿产业发展的另一趋势是产业垂直整合不断增加[11]。目前全 球综合性企业越来越多，单纯生产磷矿石产品的企业则越来越难以生 存，含高附加值的磷肥和磷酸等化工加工产品不断增加。 随着世界磷矿资源的开发利用，易采易选品位高的优良磷矿资源逐 渐被开发利用殆尽，越来越多的中低品位磷矿的开发利用被提上研究的 日程。但是目前全球磷矿市场仍然是供大于求，摩洛哥、沙特等国依旧 有大量的优质磷矿，磷矿供应上产能依旧过剩，在多重因素影响下，全 球磷矿价格短期内有小幅上涨的可能，但出现大幅度上涨的可能性依旧 不大。 万方数据 第一章 绪论 3 1.1.2 中国磷矿现状中国磷矿现状 我国的磷矿资源总储量名列世界第二，主要分布于四个省份，分别 是湖北、贵州、云南、四川[12]。上述四个省份储量占比为 84[13]。云、 贵、鄂这三个省份供应了除四川外大部分地区的磷矿资源，因而造成了 我国“南磷北运，西磷东调”[14]。我国磷矿总体贫矿量大，富矿较少。 中国的磷矿平均品位只有 16.85左右。中国的的磷矿是中只有很少一部 分的矿石 P2O5平均品位超过 30，只有 9.39的优质磷矿，其余的磷矿 都是 P2O5平均品位小于 25％的中低品位磷矿[15]。我国各个品位磷矿资 源分析见表 1.2[16]。 表 1.2 我国各个品位磷矿资源分析 Table 1.2 analysis of phosphate ore resources of different grades in China 资源储备资源储备P2O5平均 品位/矿石量/亿 t矿石百分比/P2O5量/亿 tP2O5含量/ ≥3016.69.395.316.67 253021.212.025.718.11 202527.315.486.119.22 152060.134.0910.533.04 101521.912.452.99.13 5104.82.740.401.23 2524.413.830.82.60 我国磷矿还有一个特点难选。磷矿床的主要类型分为三种[17]沉 积型磷矿床、岩浆型磷矿床、沉积变质型磷矿床。中国以开采沉积型矿 床为主，常被称为胶磷矿，在全国磷资源的储量中占 75.5。胶磷矿是 磷灰石呈隐晶质，没有一定的晶体结构[18]。这种矿床成矿的时间很长， 埋藏很深，有较强的岩化作用，并且大多有围岩伴生，矿物间嵌布得十 分紧密。此外，由于目前开采技术水平的限制[19]，该种产出特征较易导 万方数据 硕士学位论文 4 致损失率和贫化率较高、资源回收率很低及难以实现使用大型机械开采 地下坑的等问题[20]。虽然最近几年，我国的磷矿选矿技术取得一些突 破，这在某种程度上缓解了磷矿资源的约束情况，但我国的磷矿形势依 旧不用乐观。 1.2 磷矿选矿技术现状磷矿选矿技术现状 面对我国磷矿资源中高品位磷矿愈来愈少的现状，研究新的低品位 难选磷矿选矿技术是科研工作者们不得不面对的问题。现在主要的磷矿 选矿方法有擦洗脱泥、重介质分选、电选、焙烧消化、浮选以及联合选 矿等，其中浮选法是磷矿选矿时最主要的选矿工艺[21]。根据磷矿脉石矿 物的含量及种类不同，可以选