中低品位硅鈣質磷礦石雙反浮選的探索試驗

羅金洋 ，卯 松 ，謝 俊 ，張 覃 *，程 偉

1.貴州大學礦業(yè)學院，貴州 貴陽 550025；

2.喀斯特地區(qū)優(yōu)勢礦產資源高效利用國家地方聯(lián)合工程實驗室，貴州 貴陽 550025；

3.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室，貴州 貴陽 550025

中低品位硅鈣質磷礦石雙反浮選的探索試驗

羅金洋1，2，3，卯 松1，2，3，謝 俊1，2，3，張 覃1，2，3*，程 偉1，2，3

1.貴州大學礦業(yè)學院，貴州 貴陽 550025；

2.喀斯特地區(qū)優(yōu)勢礦產資源高效利用國家地方聯(lián)合工程實驗室，貴州 貴陽 550025；

3.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室，貴州 貴陽 550025

貴州某磷礦石P2O5、SiO2和MgO質量分數(shù)（w）分別為19.12%、24.18%和2.28%，屬于中低品位硅鈣質磷礦石.采用胺類捕收劑AY和脂肪酸類捕收劑GJBW對該磷礦石進行浮選，考察磨礦細度和藥劑制度對浮選的影響.初步試驗結果表明：采用雙反浮選工藝，即粗選脫硅，掃選和精選同時脫硅、脫鎂的開路試驗流程，獲得了P2O5含量為26.65%的磷精礦.但磷精礦中P2O5回收率僅為58.27%，有待開展浮選工藝和藥劑的優(yōu)化試驗.

中低品位硅鈣質磷礦石；雙反浮選；捕收劑

磷是重要的化工原料，也是農作物生長的必要元素，全球大約95%的磷礦石產品消耗在磷肥工業(yè)［1］.據(jù)美國地質調查局（USGS）《2015年礦產品概要》最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，世界磷礦石儲量約為670億噸，主要分布在非洲、北美、亞洲、中東、南美等60多個國家和地區(qū)［2］.我國磷礦石資源儲量豐富，僅次于摩洛哥，居世界第二位.根據(jù)國土資源部《2016中國礦產資源報告》統(tǒng)計，截止2015年底，全國磷礦查明儲量為231.1億噸［3］，但P2O5品位大于30%的富礦儲量僅占全國儲量的22.5%，全國磷礦石平均P2O5品位僅為17%左右［4］，可開采儲量平均P2O5品位為23%，是世界磷礦石P2O5平均品位較低的國家，且80%以上屬于中低品位硅鈣質磷礦石［5］，其組成礦物顆粒細、嵌布緊密、有害雜質較多，選礦難度大，選礦成本較高［6］.

浮選是磷礦石選礦的主要方法，包括正浮選［7］、反浮選［8］、正-反浮選［9］、反-正浮選［10］、雙反浮選［11］.根據(jù)不同類型磷礦石所含雜質的種類和含量，通常選取不同的浮選工藝［1］.硅鈣質磷礦石的脈石礦物主要是含鎂礦物和含硅礦物，其浮選分離至今仍然是一個世界性難題［12］.針對硅鈣質磷礦石，在酸性條件下，采用陰離子捕收劑和陽離子捕收劑反浮選分別脫除含鎂礦物和含硅礦物［13］，工藝流程簡單，藥劑用量及種類少，可以實現(xiàn)常溫浮選［14］.采用雙反浮選工藝符合“浮少抑多”的原則，還具有分選效率較高、浮選指標優(yōu)良、最終精礦為槽內產品且便于脫水處理等優(yōu)點［15］.本研究采用雙反浮選工藝對貴州某硅鈣質磷礦石進行探索試驗，為該類磷礦石的開發(fā)利用奠定一定基礎.

1 原礦性質

試樣取自貴州某典型磷礦區(qū)，為確定該磷礦石的礦物組成和化學組成，對原礦進行X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）分析，結果如圖1所示，化學多元素分析結果列于表1中.

圖1 試樣XRD圖Fig.1 XRD pattern of the ore

表1 原礦多元素分析結果Tab.1 Chemical composition analysis of the ore （%）

由圖1可知，原礦的主要有用礦物為氟磷灰石，主要脈石礦物為白云石和石英.由表1可知，原礦P2O5含量（質量分數(shù)，下同）較低，僅為19.12%；SiO2、Al2O3、Fe2O3和 MgO 含 量 分 別 為 24.18% 、5.14%、2.85%和2.28%.該磷礦石屬于倍伴氧化物R2O3（Fe2O3+Al2O3）含量較高的中低品位硅鈣質磷礦石，除需要降低SiO2和MgO含量外，還需要降低試樣中倍伴氧化物R2O3（Fe2O3+Al2O3）含量.

原礦篩分結果見表2.由表2可知原礦不同粒級中P2O5含量不同，隨著粒度變細，原礦中P2O5含量先增大后減小，粒度小于0.025 mm的粒級P2O5含量為8.35%.P2O5主要分布在粒度大于0.062 mm的粒級，其分布率為88.73%，在粒度小于0.025 mm的粒級，其分布率為6.93%.

表2 原礦篩分試驗結果Tab.2 Particle size analysis results of the ore

2 試驗部分

2.1 試驗儀器

XMQ-Φ240×90球磨機（武漢探礦機械廠），XFDⅢ（1.5 L）實驗室用單槽浮選機（吉林探礦機械廠），XTLZ-Φ260/240型盤式真空過濾機（廈門程功礦業(yè)設備制造公司），101-4AS型電熱鼓風干燥箱（北京科偉永興儀器有限公司），F(xiàn)A2004電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司），X’Pert PROX射線衍射儀（荷蘭帕納科公司）等.

2.2 試驗材料

脫鎂捕收劑GJBW和脫硅捕收劑AY分別為實驗室自制陰離子捕收劑和陽離子捕收劑，配成質量分數(shù)為1%的水溶液；H2SO4、Na2CO3和H3PO4分別配成質量分數(shù)為20%、10%和10%的水溶液，以上試劑均為分析純.

3 結果與討論

3.1 反浮選脫硅試驗

3.1.1 磨礦細度試驗 粗選采用反浮選脫硅工藝，在礦漿質量濃度為25%、H2SO4用量為15 kg/t、AY用量為500 g/t（藥劑用量均按原礦計，下同）條件下，考察磨礦細度對反浮選脫硅的影響，試驗結果如圖2（a）所示.

由圖2（a）可知，隨著磨礦細度的增加，磷精礦中P2O5含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，磷精礦中P2O5回收率波動較大，綜合考慮磷精礦P2O5含量和磷精礦中P2O5回收率以及粒度過細易泥化等因素，確定合適的磨礦細度為-0.075 mm占79.45%.

3.1.2 礦漿pH條件試驗 粗選采用反浮選脫硅，在磨礦細度為-0.075 mm占79.45%、礦漿質量濃度為25%、AY用量為500 g/t的條件下，采用H2SO4和Na2CO3作為pH調整劑，考察礦漿pH對反浮選脫硅的影響，結果如圖2（b）所示.

由圖2（b）可知，隨著礦漿pH的增加，磷精礦中P2O5含量變化不大；磷精礦中P2O5回收率則先迅速降低后增加；選礦效率先增加后降低.綜合考慮，確定合適的礦漿pH為3.5，此時，H2SO4用量為5 kg/t，獲得磷精礦P2O5含量為21.57%，磷精礦中P2O5回收率為70.41%.

圖2 （a）磨礦細度，（b）礦漿pH值，（c）捕收劑種類及（d）捕收劑AY用量對反浮選脫硅試驗的影響Fig.2 Effects of（a）grinding fineness，（b）solution pH value，（c）collectors and（d）dosage of AY on desilication test by reverse flotation

3.1.3 捕收劑種類試驗 粗選采用反浮選脫硅，在礦漿質量濃度為25%，磨礦細度為-0.075 mm占79.45%，礦漿pH為3.5的條件下，考察陽離子捕收劑十二胺、AY及其組合使用對反浮選脫硅的影響，結果如圖2（c）所示.

從圖2（c）可以看出，單獨使用十二胺作捕收劑時，磷精礦中P2O5含量和磷精礦中P2O5回收率均不高，磷精礦中P2O5含量僅為21.28%，磷精礦中P2O5回收率為63.68%；十二胺和AY組合使用時，P2O5含量和回收率略有提高，但增加不多；單獨使用AY作捕收劑時，效果較好，此時磷精礦中P2O5含量為21.90%，磷精礦中P2O5回收率為71.83%，故采用AY作反浮選脫硅捕收劑.

3.1.4 捕收劑AY用量試驗 粗選采用反浮選脫硅，添加5 kg/t H2SO4，在礦漿pH值為3.5、磨礦細度為-0.075 mm占79.45%、礦漿質量濃度為25%的條件下，考察捕收劑AY用量對反浮選脫硅試驗的影響，結果如圖2（d）所示.

由圖2（d）可知，隨著捕收劑AY用量增加，磷精礦中P2O5含量緩慢增加，磷精礦中P2O5回收率先降低后增加，總體變化不大，其原因可能是H2SO4用量不夠，未能充分發(fā)揮抑制氟磷灰石的作用.綜合考慮藥劑用量和選礦效率等因素，確定脫硅捕收劑AY用量為500 g/t，獲得磷精礦中P2O5含量和P2O5回收率分別為21.57%和70.41%.

3.2 反浮選脫鎂試驗

3.2.1 掃選捕收劑GJBW用量試驗 由于反浮選脫硅后尾礦中P2O5含量仍然在14%～15%之間，對反浮選脫硅的尾礦進行掃選試驗.由于反浮選脫硅尾礦礦漿中含有一定量的AY，掃選試驗只添加脫鎂捕收劑GJBW.以H3PO4作抑制劑，在H3PO4用量為1.25 kg/t的條件下，考察GJBW用量對掃選的影響，結果如圖3所示.

圖3 GJBW用量對反浮選脫鎂試驗的影響Fig.3 Effect of dosage of GJBW on magnesium removal test by reverse flotation

由圖3可知，隨著GJBW用量的增加，中礦中P2O5含量先增加；當GJBW用量大于0.125 kg/t時開始降低.中礦中P2O5回收率則先降低后增加，選礦效率和P2O5品位變化趨勢相同.在GJBW用量為0.125 kg/t時，選礦效率和中礦P2O5品位較高，故確定掃選捕收劑GJBW用量為0.125 kg/t.

3.2.2 精選捕收劑正交試驗 由于粗選反浮選脫硅后獲得的磷精礦中P2O5含量不高，僅為21.57%，故對粗選精礦進行精選試驗.采用H3PO4為抑制劑，AY和GJBW分別為脫硅捕收劑和脫鎂捕收劑，考察H3PO4、AY和GJBW用量及其交互作用對精選的影響.以磷精礦中P2O5含量和磷精礦中P2O5回收率為參考指標，進行三因素H3PO4用量（A）、AY用量（B）及GJBW用量（C）二水平試驗，試驗各因素及水平列于表3中.

表3 正交試驗因素和水平值Tab.3 Factors and levels of orthogonal test （kg/t）

為進一步分析各因素和水平對磷精礦中P2O5含量和磷精礦中P2O5回收率的影響，對正交試驗結果進行方差分析.正交試驗結果列于表4中，磷精礦中P2O5含量方差分析和P2O5回收率方差分析結果分別列于表5和表6中.

表4 精選捕收劑用量正交試驗結果Tab.4 Results of orthogonal test of selected collector dosage

表5 磷精礦中P2O5含量方差分析結果Tab.5 Variance analysis of P2O5grade in concentrates

表6 磷精礦中P2O5回收率方差分析結果Tab.6 Variance analysis of P2O5recovery in concentrates

由表5可知，通過F值與顯著性水平α=0.05時的臨界值相比可以看出，因素B、因素C及因素A、B之間交互作用對磷精礦P2O5品位影響顯著.即捕收劑AY和GJBW用量越大，磷精礦P2O5品位越高，確定合適的試驗組合為B2C2A1或B2C2A2，但考慮到因素A和因素B之間的交互作用對磷精礦P2O5品位影響顯著，所以選擇試驗組合為B2C2A1，這與正交試驗結果相吻合.

由表6可知，在顯著性水平α=0.05時，因素B、因素C以及因素A、C之間的交互作用對磷精礦中P2O5回收率影響顯著，也就是說，捕收劑AY和GJBW用量越大，磷精礦中P2O5回收率越低，選取合適的試驗組合為B1C1A1或B1C1A2，考慮到因素A和因素C間的交互作用，選取試驗組合為B1C1A1，與正交試驗結果一致.

3.3 開路試驗

在條件試驗和正交試驗的基礎上，進行全流程開路試驗，試驗流程如圖4所示，試驗結果列于表7中.

從表7所列結果可以看出，針對P2O5含量為19.12%的中低品位硅鈣質磷礦石，經過“一粗一精一掃”的開路試驗流程，可獲得磷精礦中P2O5含量和P2O5回收率分別為26.65%和58.27%的浮選指標.

圖4 雙反浮選開路試驗流程Fig.4 Flow sheet of open-circuit test of double reverse flotation

表7 雙反浮選開路試驗結果Tab.7 Results of open circuit test of double reverse flotation （%）

4 結 語

1）試樣為中低品位硅鈣質磷礦石，主要有用礦物為氟磷灰石，脈石礦物主要為石英和白云石，原礦P2O5、SiO2、MgO和R2O3含量分別為19.12%、24.18%、2.28%和7.99%.

2）采用雙反浮選工藝處理該中低品位硅鈣質磷礦石，優(yōu)化的浮選工藝條件為：磨礦細度為-0.075 mm占79.45%；H2SO4用量為5 kg/t（礦漿pH為3.5）；粗選脫硅捕收劑AY用量為500 g/t；掃選脫鎂捕收劑GJBW用量為125 g/t.正交試驗結果表明：抑制劑H3PO4與捕收劑AY用量、GJBW用量之間存在交互作用，對浮選磷精礦中P2O5含量和磷精礦中P2O5回收率影響顯著.

3）采用“一粗一精一掃”的開路流程試驗，可獲得磷精礦P2O5含量為26.65%，磷精礦中P2O5回收率為58.27%的浮選指標.由于磷精礦中P2O5回收率主要損失在反浮選脫硅階段，下一步的試驗研究需要繼續(xù)篩選出選擇性強的專屬陽離子捕收劑，以提高磷精礦中P2O5回收率.此外，還需要對精選和掃選的工藝流程內部結構和藥劑制度進行進一步的優(yōu)化試驗研究.

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Exploratory Testing of Double-Reverse Flotation for a Middle-Low Grade Calcareous-Siliceous Phosphate

LUO Jinyang1，2，3，MAO Song1，2，3，XIE Jun1，2，3，ZHANG Qin1，2，3*，CHENG Wei1，2，3
1.Mining College，Guizhou University，Guiyang 50025，China；
2.National&Local Joint Laboratory of Engineering for Effective Utilization of Regional Mineral Resources from Karst Areas，Guiyang 550025，China；
3.Guizhou Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources，Guiyang 550025，China

The mass fractions（w） of phosphorus pentoxide，silicon dioxide and magnesium oxide of a middle-low grade-calcareous siliceous phosphate ore in Guizhou province are 19.12%，24.18%and 2.28%，respectively.In this study，the effects of the grinding fineness and the reagents applied in the flotation were investigated by using the amide collector AY and fatty acids collector GJBW.The preliminary results showed that the concentrate with phosphorus pentoxide mass fraction of 26.65%was obtained by using double reverse flotation process，namely the open circuit test procedure with removing the silicon by roughing and removing the silicon and magnesium by scavenging and concentration，but the recovery of phosphorus pentoxide is only 58.27%.So，the optimization test of floatation technology and reagent is expected to carry out in the future.

middle-low grade calcareous-siliceous phosphate；double reverse flotation；collector

1674-2869（2017）06-0576-06

TD923

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2017.06.009

2017-05-31

貴州省科學技術基金（黔科合JZ字［2014］2009號）；貴州省重大專項［（2011）6023號］

羅金洋，碩士研究生.E-mail：837001467@qq.com

*通訊作者：張 覃，博士，教授，博士研究生導師.E-mail：qzhang@gzu.edu.cn

羅金洋，卯松，謝俊，等.中低品位硅鈣質磷礦石雙反浮選的探索試驗［J］.武漢工程大學學報，2017，39（6）：576-581.

LUO J Y，MAO S，XIE J，etal.Exploratory testing of double-reverse flotation for a middle-low grade calcareous-siliceous phosphate［J］.Journal of Wuhan Institute of Technology，2017，39（6）：576-581.

苗 變