低品位膠磷礦噸級連續(xù)浮選回水試驗(yàn)

沈博瑋，潘志權(quán)，梁　歡，張　鑫，張華麗，蹇　云

(1.武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073;2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430073;3.湖北荊門新洋豐中磷肥業(yè)有限公司，湖北 荊門 448000)

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低品位膠磷礦噸級連續(xù)浮選回水試驗(yàn)

沈博瑋，潘志權(quán)，梁歡，張鑫，張華麗，蹇云

(1.武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073;2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430073;3.湖北荊門新洋豐中磷肥業(yè)有限公司，湖北 荊門 448000)

利用選礦回水對低品位膠磷礦(15.31% P2O5、 5.90% MgO)進(jìn)行了常溫噸級正反連續(xù)浮選試驗(yàn)，優(yōu)化了選礦工藝。結(jié)果表明，利用自制的HX-1G和YO-1分別作為正選和反選捕收劑，獲得29.52% P2O5、1.50% MgO、回收率78.79%、產(chǎn)率41.13%的選礦指標(biāo)。解決了選礦廢水的污染問題，降低了生產(chǎn)成本，為低品位膠磷礦的高效利用提供了一條有效途徑。

低品位膠磷礦；浮選工藝；捕收劑；選礦回水

隨著磷化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過剩，磷礦行業(yè)采富棄貧的現(xiàn)象有所抬頭。部分企業(yè)將采出的低品位膠磷礦暫時(shí)堆積，又造成新的環(huán)境污染。因此，開展低品位膠磷礦的高效利用技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用研究，成為當(dāng)前解決膠磷礦選礦和磷化工發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

本項(xiàng)目組一直關(guān)注低品位膠磷礦選礦技術(shù)的研發(fā)，開發(fā)了一些低品位膠磷礦的常溫浮選的新藥劑，并于2013～2014年進(jìn)行了兩次常溫正反浮選噸級中試試驗(yàn)，取得了一些進(jìn)展[1]。但還存在尾礦品位較高(8%P2O5)、回收率較低(64.5%)的問題。為此，本項(xiàng)目組開發(fā)了一種新型捕收劑[2]，將其用于常溫正反浮選試驗(yàn)和常溫正反浮選的噸級連續(xù)浮選試驗(yàn)，獲得了較好的選礦指標(biāo)。然而選礦過程產(chǎn)生的廢水多，其中含有各種選礦助劑，處理相對困難，另外處理廢水也會(huì)增加生產(chǎn)成本。為解決選礦廢水的利用問題，作者將選礦廢水經(jīng)過簡單的破乳澄清，直接用于選礦生產(chǎn)，為降低生產(chǎn)成本、高效利用低品位膠磷礦提供了一條有效途徑。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1試樣、試劑與設(shè)備

膠磷礦由湖北荊門新洋豐中磷肥業(yè)有限公司提供，其主要化學(xué)組成見表1。

碳酸鈉、水玻璃(模數(shù)3.10)、六偏磷酸鈉、硫酸、磷酸，工業(yè)級；捕收劑HX-1G和YO-1，自制。

小試所用棒磨機(jī)為XMB-68型φ160×200球棒兩用磨礦機(jī)，浮選機(jī)為RK/FD 111型0.5 L單槽浮選機(jī)。

表1膠磷礦的主要化學(xué)組成/%

Tab.1The main chemical components of phosphate rock/%

組成含量組成含量P2O515.05Fe2O32.80MgO5.92Al2O30.33SiO233.21酸不溶物31.10CO23.85灼燒失量9.26

噸級中試為球磨機(jī)，處理能力為1 t·h-1，選礦采用槽式浮選機(jī)，體積為12 L，正選粗選用四槽連接，正選掃選用兩槽連接，正選精選用四槽連接，正選再選用兩槽連接；反選粗選用四槽連接，反選掃選用兩槽連接。礦漿輸送用砂漿泵，藥劑輸送用恒流泵。

1.2噸級正反浮選試驗(yàn)閉路流程(圖1)

圖1　噸級正反浮選試驗(yàn)閉路流程

1.3方法

1.3.1磨礦

首先將膠磷礦用破碎機(jī)破碎到0.3 cm左右，加入一定量的正選尾礦回水，裝入棒磨機(jī)中，調(diào)整磨礦時(shí)間，獲得礦粉粒度<0.074 mm占93%～97%、濃度為30%的礦漿。

1.3.2正選粗選小試

正選粗選回水小試實(shí)驗(yàn)在500 mL掛式浮選槽中進(jìn)行。將粒度<0.074 mm占96%、濃度為30%的礦漿加入到500 mL的浮選槽中，開啟攪拌裝置，室溫下依次加入10%的Na2CO3溶液、5%的Na2SiO3溶液和1%的六偏磷酸鈉溶液，分別作用3 min，最后加入1%的正選捕收劑HX-1G溶液作用3 min后開始通氣和刮泡，刮泡時(shí)間固定為5 min。將泡沫產(chǎn)品和槽底產(chǎn)品分別過濾、烘干和稱重，測定其P2O5和MgO含量，計(jì)算產(chǎn)率和磷回收率。

1.3.3正選精選小試

將粗選泡沫產(chǎn)品置于浮選槽中，依次加入10%的Na2CO3溶液和5%的Na2SiO3溶液，分別作用3 min后，開始鼓泡通氣和刮泡，刮泡時(shí)間固定為5 min。后續(xù)操作同1.3.2。

1.3.4反選粗選小試

將正選精選泡沫產(chǎn)品置于浮選槽中，依次加入10%的H2SO4溶液和10%的H3PO4溶液，最后加入1%反選捕收劑YO-1溶液，作用3 min后開始通氣和刮泡，刮泡時(shí)間固定為5 min。后續(xù)操作同1.3.2。

1.3.5反選掃選小試

將反選粗選泡沫產(chǎn)品置于浮選槽中，加入10%的H3PO4溶液，作用3 min后開始通氣和刮泡,刮泡時(shí)間固定為5 min。后續(xù)操作同1.3.2。

1.3.6礦樣分析

膠磷礦原礦的全元素分析在XRF熒光分析儀上進(jìn)行，選礦過程中的P2O5和MgO含量測定根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 1871.1-1995和GB/T 1871.5-1995)的方法進(jìn)行。

1.3.7噸級連選試驗(yàn)

噸級連選試驗(yàn)在湖北荊門新洋豐中磷肥業(yè)有限公司湖北省中小企業(yè)選礦試驗(yàn)中心連選裝置上進(jìn)行，磨礦機(jī)處理能力為1 t·h-1，正選尾礦回水pH值約為8，其中含有一定量的Na2CO3、Na2SiO3和(NaPO3)6及200～300 mg·L-1的鈣離子，反選回水pH值約為5，其中含有少量的磷酸根和硫酸根離子。但由于浮選槽和礦漿泵的限制，磨礦機(jī)的進(jìn)礦速度調(diào)節(jié)到21 kg·h-1，通過調(diào)節(jié)前段進(jìn)水控制磨礦粒度<0.074 mm顆粒占93%～97%，調(diào)節(jié)后段進(jìn)水控制礦漿濃度在27%～30%。正選pH值調(diào)整劑Na2CO3溶液和抑制劑Na2SiO3溶液從磨礦機(jī)后段進(jìn)水處加入，激活劑(NaPO3)6和正選捕收劑HX-1G溶液在攪拌桶中加入。磨礦機(jī)出來的礦漿經(jīng)砂漿泵打入攪拌桶，溢流進(jìn)入粗選槽，經(jīng)粗選后槽底正選尾礦進(jìn)入砂漿泵打入尾礦池靜置回收尾水，粗選泡沫流入砂漿泵打入精選槽，加入Na2CO3溶液和抑制劑Na2SiO3溶液進(jìn)行精選。精選后槽底產(chǎn)品流入掃選槽進(jìn)行掃選，掃選后的泡沫產(chǎn)品和精選的泡沫產(chǎn)品一起加入H2SO4和H3PO4溶液后經(jīng)砂漿泵打入反選操作。正選精礦漿泵入反選攪拌桶內(nèi)攪拌后溢流到反選槽，反選粗選的泡沫產(chǎn)品加入H3PO4溶液后用泵打入掃選槽，反選掃選的泡沫尾礦直接泵入反尾沉降池，槽底礦漿流入反選粗選槽形成閉路。

2　結(jié)果與討論

2.1磨礦時(shí)間

前期研究證明，該礦嵌布粒度很細(xì)，需要磨礦至粒度<0.074 mm時(shí)才能達(dá)到單體礦物解離。磨礦粒度與磨礦時(shí)間的關(guān)系見表2。

表2磨礦粒度與磨礦時(shí)間的關(guān)系

Tab.2Relationship between grinding fineness and grinding time

磨礦時(shí)間/min78910<0.074mm礦粉含量/%89929699

從表2可知，磨礦時(shí)間為9 min時(shí)，能達(dá)到單體解離的要求。

2.2正選粗選工藝條件優(yōu)化

在優(yōu)化時(shí)，固定捕收劑和激活劑(NaPO3)6用量，改變Na2CO3和Na2SiO3的用量，結(jié)果見表3。

表3Na2CO3和Na2SiO3的用量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.3Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-12.40.20.40.62.02.42.60.4正選粗選精礦/%P2O5MgO產(chǎn)率%磷回收率%16.515.9388.0193.7417.026.2284.9393.2517.776.7179.1790.7617.335.5179.9789.4117.026.2284.9393.2516.235.8888.7592.93

由表3可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，由于尾礦回水中有一定量的Na2CO3存在，Na2CO3用量比使用清水時(shí)要降低很多。而Na2SiO3用量與使用清水時(shí)相差不大，可能是由于尾礦回水靜置過程中Na2SiO3發(fā)生部分水解與礦粒一起聚沉，降低了Na2SiO3含量。因此，確定Na2CO3和Na2SiO3的用量分別為2.4 kg·t-1和0.4 kg·t-1。

2.3正選精選工藝條件優(yōu)化

由于正選粗選使用的沖洗水為回水，但使用量不大，對正選精選的影響較小。因此，正選精選的藥劑制度在清水實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上只做了少量調(diào)整，在pH值不變的條件下，改變Na2CO3和Na2SiO3的用量，結(jié)果見表4。

表4Na2CO3和Na2SiO3的用量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.4Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-1正選精選精礦/%P2O5MgO產(chǎn)率%磷回收率%3.11.518.975.7674.5291.202.020.116.5370.7191.742.520.876.9865.5788.282.43.13.82.020.317.0167.5788.5320.116.2270.7191.7418.835.8775.4591.65

由表4可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，Na2CO3和Na2SiO3的用量與清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。因此，確定Na2CO3和Na2SiO3的用量分別為3.1 kg·t-1和2.0 kg·t-1。

2.4反選粗選工藝條件優(yōu)化

由于反選捕收劑YO-1、抑制劑H2SO4和H3PO4都是利用反選回水配制，溶液中殘存著部分H2SO4和H3PO4。因此，其用量朝著減量方向優(yōu)化，固定YO-1的用量，改變H2SO4和H3PO4的用量，結(jié)果見表5。

表5H2SO4和H3PO4的用量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.5Effect of H2SO4and H3PO4dosage on beneficiation index

H2SO4用量kg·t-1H3PO4用量kg·t-1反選粗選精礦/%P2O5MgO產(chǎn)率%磷回收率%14.45.127.372.2141.3372.985.728.471.3237.9569.706.229.120.9133.3162.5813.514.415.35.727.741.9740.5172.5028.471.3237.9569.7028.661.2535.4565.55

由表5可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，H2SO4和H3PO4的用量比清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果低，確定H2SO4和H3PO4的用量分別為14.4 kg·t-1和5.7 kg·t-1。

考慮到正選和反選的掃選操作將分別由正選尾礦和反選尾礦確定，而且其藥劑制度應(yīng)該與清水實(shí)驗(yàn)差別不大，所以其藥劑制度在噸級試驗(yàn)中討論。

2.5噸級連選試驗(yàn)

(1)前段給水量與磨礦粒度

由于浮選機(jī)的限制，給礦量固定在20～21 kg·h-1，通過前水調(diào)節(jié)磨礦粒度，磨礦后水調(diào)整礦漿濃度在27%～30%。

(2)HX-1G流量對正選粗選選礦指標(biāo)的影響

在正選粗選流程中，根據(jù)小試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，固定(NaPO3)6、Na2CO3和Na2SiO3的流量分別為2 mL·min-1、20 mL·min-1和2.8 mL·min-1，改變正選捕收劑HX-1G流量，結(jié)果見表6。

表6HX-1G流量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.6　Effect of HX-1G dosage on beneficiation index

由表6可知，隨著HX-1G流量的增加，精礦P2O5含量減少，回收率升高，在HX-1G流量為21 mL·min-1時(shí)，精礦品位和回收率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確定HX-1G流量為21 mL·min-1。

(3)Na2SiO3流量對正選精選選礦指標(biāo)的影響

根據(jù)小試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正選精選固定Na2CO3流量為20 mL·min-1，改變Na2SiO3流量，結(jié)果見表7。

表7Na2SiO3流量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.7　Effect of Na2SiO3 dosage on beneficiation index

由表7可知，隨著Na2SiO3流量的增加，精礦品位不斷提高，回收率降低，在Na2SiO3流量為10 mL·min-1時(shí)，精礦品位和回收率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確定Na2SiO3流量為10 mL·min-1。

(4)HX-1G流量對掃選選礦指標(biāo)的影響

由于掃選的目的是降低正選尾礦品位，同時(shí)為了縮短選礦作業(yè)流程，所以在保證掃選精礦與精選精礦合并進(jìn)入反選的礦漿能達(dá)到大于18.5% P2O5的條件下，盡量使尾礦品位降低。因此，掃選在增加捕收劑HX-1G流量的情況下考察精礦品位和尾礦品位，結(jié)果見表8。

表8HX-1G流量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.8　Effect of HX-1G dosage on benficiation index

由表8可知，隨著HX-1G流量的增加，精礦品位不斷降低，回收率提高，尾礦品位降低，在HX-1G的流量為28 mL·min-1時(shí)，精礦品位和尾礦品位達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確定HX-1G流量為28 mL·min-1。

(5)YO-1流量對掃選選礦指標(biāo)的影響

由于反選流程是一個(gè)閉路循環(huán)，掃選的H3PO4會(huì)回到粗選中，影響粗選捕收劑YO-1用量，因此，在固定粗選H2SO4和H3PO4流量后，同時(shí)考察粗選YO-1流量和掃選H3PO4流量對選礦指標(biāo)的影響，結(jié)果見表9。

由表9可知，隨著YO-1流量的增加，精礦品位不斷升高，尾礦品位不斷升高。當(dāng)YO-1流量和掃選H3PO4流量分別為58 mL·min-1和14 mL·min-1時(shí)，精礦和尾礦能同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(6)連續(xù)浮選穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)前面的優(yōu)化，確定正選粗選Na2CO3流量為20 mL·min-1，Na2SiO3流量為2.8 mL·min-1，

表9H3PO4和YO-1流量對選礦指標(biāo)的影響

Tab.9Effect of H3PO4and YO-1 dosage on beneficiation index

掃選H3PO4流量/(mL·min-1)10121416YO1流量/(mL·min-1)54565860P2O5/%26.4327.5528.0728.79MgO/%0.770.981.502.11磷回收率/%82.3479.1477.7773.41反選尾礦品位3.974.434.525.51

(NaPO3)6流量為2.0 mL·min-1， HX-1G流量為21 mL·min-1；正選精選Na2CO3流量為20 mL·min-1，Na2SiO3流量為10 mL·min-1；掃選 HX-1G流量為28 mL·min-1。反選粗選YO-1流量為58 mL·min-1，H2SO4流量為50 mL·min-1，H3PO4流量為14 mL·min-1；反選掃選H3PO4流量為14 mL·min-1，進(jìn)礦量為350 g·min-1。連續(xù)72 h精礦、正選尾礦和反選尾礦的選礦指標(biāo)見表10。

表10噸級正反連續(xù)浮選閉路連續(xù)浮選結(jié)果/%

Tab.10　The results of ton-scale direct-reverse continuous flotation of closed circuit/%

由表10可知，在常溫下，低品位膠磷礦利用自制的正選和反選捕收劑通過一系列的工藝流程可生產(chǎn)出合格的精礦產(chǎn)品。

2.6藥劑成本

噸級正反連續(xù)浮選回水試驗(yàn)所需藥劑成本與傳統(tǒng)工藝藥劑成本對比見表11。

表11噸級正反連續(xù)浮選所需藥劑成本和傳統(tǒng)工藝藥劑成本(2012年12月)

Tab.11　The cost required on reagent of ton-scale direct-reverse continuous flotation and traditional technology(2012-12)

注：括號(hào)外數(shù)值為噸級正反連續(xù)浮選數(shù)據(jù)，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為傳統(tǒng)工藝藥劑成本(2012年12月)。

由表11可知，新的藥劑及工藝條件下，藥劑成本降低；常溫浮選不再使用蒸汽加溫，在降低成本的同時(shí)，也減少了因高溫蒸汽而導(dǎo)致的危險(xiǎn)；尾礦回水循環(huán)利用，減少了環(huán)境污染與水資源的浪費(fèi)。

4　結(jié)論

利用選礦回水對低品位膠磷礦進(jìn)行了常溫浮選試驗(yàn)。結(jié)果表明：采用自制的正選和反選捕收劑，在自然環(huán)境下通過正反浮選工藝，能用品位為15.31% P2O5、5.90% MgO的膠磷礦原礦生產(chǎn)出品位為29.52% P2O5、1.50% MgO的精礦，且精礦磷回收率達(dá)到78.79%，產(chǎn)率41.13%。選礦廢水無需特殊處理，通過簡單的破乳聚沉后可以直接用于選礦工藝，既能降低生產(chǎn)成本，又能減少環(huán)境污染。雖然中試藥劑用量要多于小試用量，但與傳統(tǒng)藥劑和工藝相比，新工藝更加簡單、安全，且噸精礦成本降低約70元。

[1]張明，張露，張鑫，等.放馬山低品位磷礦常溫正反浮選噸級試驗(yàn)研究[J].化工礦物與加工，2015(2)：1～2，52.

[2]潘志權(quán)，沈博瑋，周紅，等.一種膠磷礦正-反捕收劑及其制備方法和應(yīng)用：CN105344492A[P].2016-02-24.

Ton-Scale Backwater Continuous Flotation Experiment of Low Grade Collophane

SHEN Bo-wei，PAN Zhi-quan，LIANG Huan，ZHANG Xin，ZHANG Hua-li，JIAN Yun

(1.SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China;2.NationalEngineeringTechnologyResearchCenterofDevelopmentandUtilizationforPhosphorusResources，Wuhan430073，China;3.Jinmen，HubeiProvincetheAbundanceofPhosphateFertilizerCo.，Ltd.，Jinmen448000，China)

Theton-scaledirect-reversecontinuousflotationexperimentoflowgradecollophane(15.31%P2O5，5.90%MgO)wasimplementedusingbeneficiationbackwaterunderroomtemperature，andbeneficiationtechnologieswereoptimized.Resultsshowedthat,usingself-madeHX-1GandYO-1ascollectorsfordirectflotationandreverseflotationrespectively，beneficiationindexesincluding29.52%ofP2O5，1.50%ofMgO，recoveryrateof78.79%andproductionrateof41.13%wereobtained.Thistechnologysolvedthepollutionproblemscausedbybeneficiationwastewater，reducedproductioncostsandprovidedaneffectivewayforthehigh-efficientapplicationoflowgradecollophane.

lowgradecollophane；flotationtechnology；collector；beneficiationbackwater

湖北省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2015ACA057)，云南省科技領(lǐng)軍人才項(xiàng)目(2014HA004)

2016-05-03

沈博瑋(1990-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：浮選藥劑，E-mail:459012708@qq.com；通訊作者：潘志權(quán)，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:zhiqpan@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.09.012

TD 971.3

A

1672-5425(2016)09-0050-05

沈博瑋，潘志權(quán)，梁歡，等.低品位膠磷礦噸級連續(xù)浮選回水試驗(yàn)[J].化學(xué)與生物工程，2016，33(9)：50-54,70.