湖北宜化集團(tuán)殷家坪磷礦雙反浮選工藝的研究

劉 曉，瞿定軍，劉小平，張祥勤，王 玲，葛英勇，劉 鳴

1.北京藍(lán)圖工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 100070；

2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070

湖北宜化集團(tuán)殷家坪磷礦雙反浮選工藝的研究

劉 曉1，瞿定軍1，劉小平1，張祥勤1，王 玲1，葛英勇2，劉 鳴2

1.北京藍(lán)圖工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 100070；

2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070

針對(duì)湖北宜化殷家坪低品位難選硅鎂質(zhì)磷礦，采用陰離子捕收劑MG-7反浮選脫鎂—沉降脫泥—陽(yáng)離子捕收劑T609反浮選脫硅工藝.在脫硅之前預(yù)先脫泥，同時(shí)消泡劑TOP和捕收劑T-609搭配使用，解決了陽(yáng)離子反浮選脫硅過(guò)程中泡沫過(guò)穩(wěn)定的難題.獲得品位為33.04%，回收率為69.50%的浮選精礦.將分離的礦泥并入精礦，混合后精礦品位為30.56%，回收率為78.68%.相比于傳統(tǒng)的正浮選工藝，此工藝不需加溫有效地降低了選礦的成本.

磷礦；雙反浮選；捕收劑；消泡劑；過(guò)穩(wěn)定泡沫

磷礦最重要的應(yīng)用之一為磷肥原料.充足的磷肥供應(yīng)是一個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展的前提，也直接關(guān)乎到世界糧食的供應(yīng)安全［1-2］.隨著磷礦品位的不斷貧化，單獨(dú)使用正浮選或反浮選難以獲得高品質(zhì)的磷精礦.因此，國(guó)內(nèi)外通常運(yùn)用正—反、反—正和雙反浮選工藝處理磷礦石［3-5］.湖北大峪口化工公司采用正浮選脫硅—反浮選脫鎂工藝選別低品位磷灰石，是國(guó)內(nèi)處理硅鎂質(zhì)磷礦的典型實(shí)例［6］.但是，正浮選脫硅一般需要加溫，導(dǎo)致選礦成本升高.因此，陽(yáng)離子捕收劑反浮選脫硅工藝是目前磷礦領(lǐng)域研究的重要課題.葛英勇等［7］研究發(fā)現(xiàn)，采用深度氧化脂肪酸MG反浮選脫鎂和烷基多胺醚GE-609反浮選脫硅的雙反浮選工藝，可獲得精礦P2O5品位和回收率分別為32.51%和91.23%、MgO品位為0.78%、R2O3品位為2.37%的良好指標(biāo).突尼斯 kef-Eddur［8］在研究中發(fā)現(xiàn)，低品位粗粒磷礦用醚胺反浮選脫硅效果較好，但細(xì)粒級(jí)分選效果較差，主要原因是細(xì)粒礦泥多，比表面積大，泡沫多，惡化了浮選工藝.采取預(yù)先脫泥工藝，可以有效改善細(xì)粒礦物的浮選效果［9-11］，同時(shí)消泡劑和捕收劑的混合使用，可以有效解決陽(yáng)離子反浮選中泡沫過(guò)穩(wěn)定的問(wèn)題，促進(jìn)了雙反浮選工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用.北京藍(lán)圖工程設(shè)計(jì)有限公司與武漢理工大學(xué)組成的聯(lián)合試驗(yàn)小組采用陰離子反浮選脫鎂—沉降脫泥—陽(yáng)離子反浮選脫硅聯(lián)合工藝對(duì)殷家坪磷礦進(jìn)行選別，獲得了良好的精礦指標(biāo).

1 試驗(yàn)部分

1.1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)所用礦樣來(lái)自湖北宜化集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司殷家坪磷礦.礦樣多元素分析結(jié)果如表1所示，礦物成分分析結(jié)果如表2所示，單位為質(zhì)量分?jǐn)?shù).

表1 礦樣多元素分析結(jié)果Tab.1 Multi-element analysis of raw ore （mass fraction：%）

表2 礦物成分分析結(jié)果Tab.2 Component analysis of raw ore （mass fraction：%）

由表1和表2可知，原礦中P2O5的品位為20.31%，SiO2含量為28.09%，MgO含量為2.33%.含磷礦物為磷灰石（54.48%）和膠磷礦（4.74%），主要脈石礦物為長(zhǎng)石（29.64%）、白云石（5.89%）和石英（2.53%），同時(shí)含有少量黃鐵礦、方解石和針鐵礦，屬于典型的低品位難選硅鎂質(zhì)磷礦.

1.2 藥劑

捕 收 劑 MG-7、T609，調(diào) 整 劑 H2SO4、H3PO4、Na2CO3，消泡劑 TOP.

1.3 方法

試驗(yàn)在XFD型單槽浮選機(jī)中進(jìn)行，浮選槽體積為1.0 L，浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為1 800 r/min.稱取400 g原礦，使用XMQ-Ф150×50型球磨機(jī)磨至適宜細(xì)度.依次進(jìn)行反浮選脫鎂pH條件試驗(yàn)、脫鎂捕收劑對(duì)比試驗(yàn)、脫泥試驗(yàn)、脫硅pH條件試驗(yàn)、脫硅捕收劑對(duì)比試驗(yàn)、閉路試驗(yàn).浮選后將各產(chǎn)品分別抽濾、烘干、稱重、制樣、化驗(yàn)，得出其產(chǎn)率和品位，計(jì)算出各產(chǎn)品的回收率.

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦細(xì)度及H2SO4用量試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)原則流程如圖1，浮選條件為：磨礦細(xì)度（變量）、H2SO4用量為15 kg/t、MG-7用量為2 250 g/t.磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2（a）所示.

由圖2（a）可知，隨著磨礦細(xì)度由-0.075 mm占70%增加至-0.075 mm占87%，精礦中P2O5品位由23.22%升至23.75%，回收率由91.94%降至89.72%.當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm含量大于80%之后，精礦中P2O5品位增幅相對(duì)較小，表明碳酸鹽脈石礦物與有用礦物單體充分解離，因此選擇-0.074 mm占80.23%為最佳磨礦細(xì)度.

H2SO4用量試驗(yàn)原則流程如圖1所示，試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度-0.074 mm占80.23%，H2SO4（變量），MG-7用量為2 250 g/t（兩段加藥），試驗(yàn)結(jié)果如圖 2（b）所示.

由圖 2（b）可知，隨著 H2SO4用量的增加，精礦中P2O5的品位逐漸增加，回收率逐漸降低.而H2SO4用量大于15 kg/t時(shí)，P2O5的品位增加幅度相對(duì)較小，而回收率降低較為明顯.綜合考慮精礦品位與回收率指標(biāo)，H2SO4用量定為15 kg/t.

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)及脫鎂粗選試驗(yàn)流程圖Fig.1 Flowchart of ore grinding and de-magnesium roughing flotation

圖2 （a）脫鎂粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果；（b）脫鎂粗選H2SO4用量試驗(yàn)結(jié)果；（c）脫鎂粗選捕收劑MG-7用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of（a）ore grinding，（b）H2SO4dosage and（c）MG-7 collector dosage in de-magnesium roughing flotation

2.2 反浮選脫鎂試驗(yàn)

原礦中MgO含量為2.55%，在化工生產(chǎn)中磷精礦MgO含量要求小于1%，故進(jìn)行反浮選脫鎂試驗(yàn)，脫鎂粗選條件試驗(yàn)流程如圖1所示.

2.2.1 捕收劑對(duì)比試驗(yàn) 選擇MG-7，EZ-1，HD-1三種捕收劑進(jìn)行脫鎂藥劑篩選試驗(yàn).試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度-0.074 mm占80.23%；H2SO4用量15 kg/t；捕收劑用量均為2 250 g/t，采用分批加藥方式［12-13］；浮選時(shí)間t=（4+4）min.試驗(yàn)結(jié)果如表3所示.

由表3可知，MG-7可以得到P2O5品位為23.73%、回收率為90.00%的粗精礦.EZ-1和HD-1的捕收性較強(qiáng)，但是選擇性較差，在獲得精礦P2O5品位相當(dāng)?shù)那闆r下，回收率分別比MG-7低8.11%和13.68%

因此，選擇MG-7作為本試驗(yàn)的脫鎂捕收劑.

表3 脫鎂捕收劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of collector in de-magnesium roughing flotation （%）

2.2.2 捕收劑用量試驗(yàn) 試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度-0.074 mm 占 80.23%；H2SO4用 量為 15 kg/t；MG-7用量為變量，采用分批加藥方式；浮選時(shí)間t=4+4 min.試驗(yàn)結(jié)果如圖 2（c）所示.由圖 2（c）可知，隨著捕收劑用量由1.25 kg/t增加到3 kg/t，精礦中P2O5品位逐漸增加，由22.97%增加至23.76%，回收率逐漸降低，由96.51%降低至87.59%.當(dāng)MG-7用量為2 250 g/t時(shí)，精礦P2O5品位為23.73%回收率為90.00%.繼續(xù)增加捕收劑用量，精礦P2O5品位增幅較小，但回收率下降明顯.綜合比較MG-7用量2 250 g/t時(shí)為最優(yōu)條件.

2.3 脫泥試驗(yàn)

脫硅藥劑屬于陽(yáng)離子型胺類捕收劑，由于細(xì)粒礦物擁有較高的比表面積，在浮選中胺類捕收劑大量的吸附在細(xì)顆粒表面，導(dǎo)致捕收劑消耗量增大.藥劑成本增加.同時(shí)還產(chǎn)生大量黏性泡沫，致使無(wú)法進(jìn)行正常的浮選操作.故在反浮選脫硅之前進(jìn)行脫泥，可以有效降低藥劑消耗和改善浮選環(huán)境［14-15］.

實(shí)驗(yàn)室采取沉降水析法脫泥，在1 L浮選槽中沉浸100 s，抽出上層懸濁液，得到產(chǎn)率為10%的礦泥.礦泥主要元素分析結(jié)果如表4所示.

表4 礦泥主要元素分析Tab.4 Major elements analysis of slime （%）

由表4可知，礦泥中P2O5的品位為19.69%，回收率接近10%.但鎂、鐵、鋁含量偏高，可考慮采用正浮選工藝處理礦泥，從而進(jìn)一步提高磷精礦回收率.也可將礦泥與精礦直接合并，得到混合精礦.

2.4 反浮選脫硅試驗(yàn)

由于原礦中含有大量的長(zhǎng)石和石英，單獨(dú)使用反浮選脫鎂工藝難以得到合格的精礦，因此在脫鎂的基礎(chǔ)上進(jìn)行脫硅試驗(yàn).實(shí)踐中陽(yáng)離子捕收劑反浮選脫硅過(guò)程中存在泡沫過(guò)穩(wěn)定的問(wèn)題，影響其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.選擇TOP作醚胺類捕收劑反浮選脫硅的消泡劑，可以有效解決浮選泡沫黏度大、難沖消的難題，根據(jù)前期研究經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)TOP用量定為80 g/t.反浮選脫硅采用一粗一精一掃流程.脫硅粗選、精選試驗(yàn)流程如圖3.

圖3 脫硅粗選、精選試驗(yàn)流程圖Fig.3 Flowchart of silicon removal by roughing and concentration flotation

2.4.1 pH條件試驗(yàn) 選擇Na2CO3作為脫硅pH調(diào)整劑.試驗(yàn)條件：Na2CO3（變量）；T-609，375（250+125）g/t，消泡劑TOP，80 g/t.試驗(yàn)結(jié)果如表5所示.

表5 脫硅pH條件試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of pH in silicon removal

由表5可知，陽(yáng)離子捕收劑T-609在酸性條件（pH為5.7）下捕收效果較差，精礦中品位低至30.66%.加入Na2CO3之后，精礦中P2O5的品位顯著增加，當(dāng)Na2CO3用量為1 000 g/t時(shí)，可以獲得P2O5品位為35.14%，回收率為58.90%的磷精礦，增大Na2CO3用量精礦品位變化幅度較小，因此該礦樣的脫硅最佳Na2CO3用量為1 000 g/t.

2.4.2 捕收劑對(duì)比試驗(yàn) 選取GE-609、YGE-609、T-609三種捕收劑進(jìn)行脫硅藥劑篩選試驗(yàn).試驗(yàn)條件：Na2CO3，1 000 g/t；捕收劑，375（250+125）g/t.試驗(yàn)結(jié)果如表6所示.

表6 脫硅捕收劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of collector in silicon removal （%）

由表6可知，GE-609作為捕收劑時(shí)可以得到P2O5品位為35.05%，回收率為60.92%的精礦，采用T-609可以得到P2O5品位為35.14%，回收率為58.90%的精礦，兩種藥劑脫硅效果相當(dāng)；YGE-609的捕收性能較差.但考慮到浮選泡沫現(xiàn)象，選擇GE-609做捕收劑反浮選時(shí)泡沫較多、難消泡，生產(chǎn)上不易控制.故選擇浮選泡沫現(xiàn)象較好的T-609做為脫硅捕收劑.

2.4.3 捕收劑用量試驗(yàn) 選擇T-609進(jìn)行脫硅捕收劑用量試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：Na2CO3用量為1 000 g/t；T-609（變量），試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖4 脫硅捕收劑T-609用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of T-609 collector dosage in silicon removal

由圖4可知，隨著T-609用量由300 g/t增加至450 g/t，精礦中P2O5品位由32.89%增加至36.08%，回收率由63.06%降低至50.26%.當(dāng)捕收劑用量大于337.5（225+112.5）g/t時(shí)，精礦品位增加幅度較小，回收率降低幅度較大.綜合考慮確定脫硅捕收劑用量為337.5（225+112.5）g/t.

2.5 閉路試驗(yàn)

為驗(yàn)證最佳試驗(yàn)條件的可靠性與穩(wěn)定性，進(jìn)行了閉路試驗(yàn).閉路試驗(yàn)流程如圖5所示，閉路試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，精礦多元素分析結(jié)果如表8所示，單位為質(zhì)量分?jǐn)?shù).

圖5 閉路試驗(yàn)流程圖Fig.5 Flowchart of closed-circuit test

表7 閉路試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Results of closed-circuit test （%）

由表7和表8可知，通過(guò)雙反浮選試驗(yàn)，可以將原礦P2O5品位從20.31%提高到33.04%，且鐵鋁鎂總含量＜3%，獲得良好的生產(chǎn)指標(biāo).若將礦泥與精礦合并，則混合精礦品位為30.56%，回收率為78.68%.

表8 精礦多元素分析結(jié)果Tab.8 Multi-element analysis of the concentrate （mass fraction：%）

3 結(jié) 語(yǔ)

1）湖北某磷礦原礦P2O5含量為20.31%，主要脈石礦物為長(zhǎng)石、白云石和黃鐵礦，其中SiO2和MgO含量分別為28.09%、2.55%，屬于典型的難選中低品位硅鎂質(zhì)磷礦.

2）在-0.074 mm占80.23%的磨礦細(xì)度下，脫鎂粗選的最佳藥劑制度為：H2SO415 kg/t、MG-7 2 250 g/t（兩段加藥）；脫硅粗選的最佳藥劑制度為：Na2CO31 000 g/t、T609 225 g/t、TOP 80 g/t；脫硅精選的最佳藥劑制度為：T609 112.5 g/t.通過(guò)雙反浮選工藝，獲得P2O5品位33.04%，回收率69.50%，鐵鋁鎂總含量小于3%的優(yōu)質(zhì)磷精礦.將礦泥與精礦直接合并，可以得到P2O5品位為30.56%，回收率為78.68%的混合精礦.

3）脫硅之前預(yù)先脫泥，加上反浮選脫硅陽(yáng)離子捕收劑T-609和消泡劑TOP的搭配使用，可以有效改善陽(yáng)離子反浮選中泡沫過(guò)穩(wěn)定的問(wèn)題.

［1］ 劉建雄.我國(guó)磷礦資源分析與開(kāi)發(fā)利用［J］.化肥工業(yè)，2009，36（6）：27-31.LIU J X.Analysis ofdomestic phosphate rock resources， their exploitation and utilization ［J］.Chemical Fertilizer Industry，2009，36（6）：27-31.

［2］ 劉頤華.我國(guó)與世界磷資源及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀［J］.磷肥與復(fù)肥，2005，20（5）：1-5，10.LIU Y H.Phosphorus resources at home&abroad，and the current situation of their exploitation&utilization［J］.Phosphate&Compound Fertilizer，2005，20（5）：1-5，10.

［3］ 張帆，管俊芳，李小帆，等.磷礦選礦工藝和藥劑的研究現(xiàn)狀［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2014（4）：25-28，38.ZHANG F，GUAN J F，LI X F，et al.Overview of phosphate ore beneficiation technology and reagents［J］.China Non-metallic Mining Industry，2014（4）：25-28，38.

［4］ SIS H，CHANDER S.Improving froth characteristics and flotation recovery of phosphate ores with nonionic surfactants［J］.Minerals Engineering，2003，16（7）：587-595.

［5］ STEEN I.Phosphorus availability in the 21st century：Management of a non-renewable resource ［J］.Phosphorus Potassium，1998，217：25-31.

［6］ 傅克文，孫立田，時(shí)承東.大峪口膠磷礦正反浮選新工藝的試驗(yàn)研究及工業(yè)化應(yīng)用［J］.化工礦物與加工，2013，42（12）：25-27.FU K W，SUN L T，SHI C D.Experimental study and industrial application of new direct and reverse flotation process for cellophane in Dayukou phosphate mine［J］.Industrial Minerals&Processing，2013，42（12）：25-27.

［7］ 葛英勇，甘順鵬，曾小波.膠磷礦雙反浮選工藝研究［J］.化工礦物與加工，2006，35（8）：8-10.GE Y Y，GAN S P，ZENG X B.Double reverse flotation process of separating phosphate rock［J］.Industrial Minerals&Processing，2006，35（8）：8-10.

［8］ ZIDI R，BABBOU-ABDELMALEK C，CHAABANI F，et al.Enrichment of low-grade phosphate coarse particles by froth-flotation process，at the Kef-Eddur washing plant，Tunisia［J］.Arabian Journal of Geosciences，2016，9（6）：462-1-462-15.

［9］ 余永富，葛英勇，潘昌林.磷礦選礦進(jìn)展及存在的問(wèn)題［J］.礦冶工程，2008，28（1）：29-33.YU Y F，GE Y Y，PAN C L.Progress and problems in beneficiation ofphosphorite ores［J］.Mining and Metallurgical Engineering，2008，28（1）：29-33.

［10］ MOHAMMADKHANI M，NOAPARAST M，SHAFAEI S Z，et al.Double reverse flotation of a very low grade sedimentary phosphate rock，rich in carbonate and silicate ［J］. International Journal of Mineral Processing，2011，100（3）：157-165.

［11］ 曾李明.膠磷礦雙反浮選工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

［12］ 金弢.大埡口磷礦浮選工藝探究［J］.化工礦物與加工，2014，43（11）：9-13，16.JIN T.Exploratory research on double reverse flotation process in Daiyakou phosphate mine［J］.Industrial Minerals&Processing，2014，43（11）：9-13，16.

［13］ 周軍，黃云凡，劉朝竹.安寧磷礦選廠加藥方式優(yōu)化研究與實(shí)踐［J］.化工礦物與加工，2014，43（4）：48-50.ZHOU J，HUANG Y F，LIU C Z.Study on optimization of dosing mode in beneficition，Anning Phosphate Mine and its practice［J］.Industrial Minerals&Processing，2014，43（4）：48-50.

［14］ 胡岳華，邱冠周，王淀佐.細(xì)粒浮選體系中擴(kuò)展的DLVO理論及應(yīng)用［J］.中南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，25（3）：310-314.HU Y H，QIU G Z，WANG D Z.Extended DLOV theory and its applications in flotation of fine particles［J］.Journal of Central-South Institute of Mining and Metallurgy，1994，25（3）：310-314.

［15］ 張永，鐘宏，譚鑫.陽(yáng)離子捕收劑研究進(jìn)展［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2011（3）：44-49.ZHANG Y，ZHONG H，TAN X.Research progress in cationic collectors［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2011（3）：44-49.

Double Reverse Flotation of Yinjiaping Phosphate Mine in Hubei Yihua Group

LIU Xiao1，QU Dingjun1，LIU Xiaoping1，ZHANG Xiangqin1，WANG Ling1，GE Yingyong2，LIU Ming2
1.Beijing Landmark Engineering Co.，LTD，Beijing 100070，China；
2.School of Resource and Environment Project，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China

A low grade phosphate ore with high silicon and magnesium in Hubei was processed by a double reverse flotation with anionic collector MG-7 removing magnesium，sedimentation desliming and the cationic collector T609 removing silicon.The problem of over-stable foam in cationic reverse flotation process can be effectively solved by desliming before desilication，and combining collector T-609 with defoaming agent TOP.The grade of P2O5achieves 33.04%，and the recovery is 69.50%.When combined slime with concentrate，the concentrate grade is 30.56%and the recovery is 78.68%.Compared with the traditional flotation process，this new technology without heating reduces the production cost

phosphate ore；double reverse flotation；collector；defoaming agent；over-stable foam

1674-2869（2017）06-0594-06

TD923

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2017.06.012

2017-05-12

劉 曉，高級(jí)工程師，E-mail：lx661212@sina.com

劉曉，瞿定軍，劉小平，等.湖北宜化集團(tuán)殷家坪磷礦雙反浮選工藝的研究［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（6）：594-599.

LIU X，QU D J，LIU X P，et al.Double reverse flotation of Yinjiaping Phosphate Mine in Hubei Yihua Group［J］.Journal of Wuhan Institute of Technology，2017，39（6）：594-599.

苗 變