云南某磷礦擦洗尾礦浮選試驗研究

王靜明 張 波 鄭永興 寧繼來

(1.云南磷化集團海口磷業(yè)有限公司，昆明 650113；2.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，昆明理工大學，昆明 650093)

磷礦是一種重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，它不僅在農(nóng)業(yè)和化工行業(yè)中起著重要作用，而且在醫(yī)藥、生物領(lǐng)域中也扮演著重要的角色，是不可再生和不可替代的重要資源[1-2]。隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，對磷礦資源的需求量越來越大，同時資源貧化速度也在加劇[3]。經(jīng)過多年來的開發(fā)利用，我國現(xiàn)有磷富礦資源已越來越少，不能直接利用的中低品位磷礦儲量已占總儲量的90%以上。為了滿足我國農(nóng)業(yè)、化工及相關(guān)領(lǐng)域的需求，加大對中低品位磷礦資源的可持續(xù)開發(fā)利用已經(jīng)刻不容緩[4-5]。云南作為我國磷資源開發(fā)大省，磷礦資源的可持續(xù)開發(fā)對本省乃至全國經(jīng)濟社會的穩(wěn)定發(fā)展有著重大的意義[6]。

滇池地區(qū)賦存著大量埋藏淺、覆蓋層薄的磷塊巖礦床。長期的淋濾侵蝕作用使礦層中的碳酸鹽礦物被風化、流失，從而導致其含量大大減少，同時使得磷酸鹽組分和硅酸鹽組分得以有效富集。如此以來，礦石中的P2O5組分相對富集，MgO等雜質(zhì)含量降低。此外，由于礦石受到風化作用而松散易碎，含泥量顯著升高，有害雜質(zhì)如三氧化二鋁、三氧化二鐵和細粒級不溶物等富集于泥中，采用成本低廉、工藝簡單的擦洗脫泥工藝可對含磷礦物進行富集[7]。

云南某磷礦多年前采用擦洗脫泥裝置處理此類礦石，取得了較好的效果，但擦洗尾礦排放量大，尾礦P2O5含量在18%～22%，只能進行堆存[8]。這不僅給尾礦庫帶來巨大壓力，也對磷資源造成極大浪費。隨著資源貧化的加劇，入選原礦品位逐年下降，近年來堆存的擦洗尾礦品位已與入選原礦品位基本一致[9]。在入選礦石品位日益下降的今天，這些堆存的尾礦不但有較高的回收利用價值，還可緩解尾礦堆存帶來的安全和環(huán)保等問題。因此，對擦洗尾礦進行再選研究，具有重要的意義。

1 原礦性質(zhì)分析

本次試驗樣品采自云南某磷礦礦區(qū)擦洗廠堆存尾礦，擦洗礦為上層的風化礦，由于風化程度高，碳酸鹽礦物大量流失，磷酸鹽和硅酸鹽相對富集，原礦化學多元素分析結(jié)果見表1，篩析結(jié)果見表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦粒度篩析結(jié)果

由表1可知，此礦樣主要脈石礦物為硅酸鹽礦物和鋁鐵氧化礦物，該礦石屬于高硅低鎂磷礦石，適合采用正浮選作業(yè)實現(xiàn)磷礦物與硅酸鹽礦物的分離。

篩析結(jié)果表明，P2O5和SiO2在-0.025 mm的分布率分別為23.40%和45.53%，其它氧化物如Fe2O3和Al2O3在該粒級的分布率也較高，為了進一步回收該部分磷礦物，需要通過磨礦來實現(xiàn)磷礦物和硅質(zhì)礦物的單體解離。

2 磨礦-浮選條件試驗

2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度的選擇對浮選指標至關(guān)重要，為了獲得最佳磨礦細度，進行了磨礦細度與浮選指標響應(yīng)性試驗，具體工藝流程及藥劑制度如圖1所示，試驗結(jié)果如表3所示。試驗選用的pH調(diào)整劑碳酸鈉和含硅礦物抑制劑水玻璃為化學純，捕收劑為云南磷化集團研發(fā)中心研制的YP6-3。

圖1 磨礦細度試驗工藝流程圖Fig.1 Grinding fineness testing process flow chart

表3 磨礦細度試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知，當磨礦細度從-0.074 mm占77.31%增加到92.21%時，精礦品位變化不大，但是精礦P2O5回收率從79.60%增加到85.67%。繼續(xù)增加磨礦細度，精礦品位和回收率變化不大。鑒于進一步磨礦會增加選礦成本，故選擇磨礦細度為-0.074 mm占92.21%較為合適。

2.2 Na2CO3用量試驗

在磷礦正浮選中，通常使用Na2CO3作為pH調(diào)整劑。此外，Na2CO3還可降低礦漿中溶解的Ca2+和Mg2+，從而減少捕收劑的消耗[10-12]。另一方面，由于擦洗尾礦含泥量較大，經(jīng)過磨礦后細粒級礦泥含量更大，Na2CO3用量過大同樣會導致泡沫層變厚、泡沫發(fā)黏，脈石礦物的夾帶嚴重，從而降低浮選效果。因此，首先研究Na2CO3用量對浮選效果的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 Na2CO3用量與P2O5品位及回收率關(guān)系圖Fig.2 Relationship between sodium carbonate dosage and P2O5 grade and recovery

由圖2可知，精礦中P2O5品位隨Na2CO3用量呈先增加后降低的趨勢，回收率出現(xiàn)一直上升的趨勢。當Na2CO3用量為1.5 kg/t時，精礦中P2O5品位達到21.80%，回收率達到83.25%。當Na2CO3用量增加到2.4 kg/t時，精礦中P2O5品位略微降低，但回收率增加到85.37%。繼續(xù)增加Na2CO3用量，精礦中P2O5品位降低，回收率略微增加，這是大量脈石礦物被夾帶進入精礦所致。因此，選擇最佳Na2CO3用量為2.4 kg/t。

2.3 水玻璃用量試驗

水玻璃是磷礦浮選過程常用抑制劑，通常用來抑制硅酸鹽脈石礦物。主要原理為HSiO3-可選擇性吸附于硅酸鹽脈石礦物表面，增加其親水性[13-14]。在上述試驗條件下，研究水玻璃用量對浮選效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 水玻璃用量與P2O5品位及回收率關(guān)系圖Fig.3 Relationship between sodium silicate dosage and P2O5 grade and recovery

由圖3可知，隨著水玻璃用量的增加，硅酸鹽脈石礦物得到有效抑制，精礦品位不斷增加，回收率呈現(xiàn)輕微下降的趨勢。當水玻璃用量達到5.6 kg/t時，浮選精礦中P2O5品位增加至24.78%，此時P2O5回收率為85.01%。進一步增加水玻璃用量，精礦品位變化不明顯，但回收率繼續(xù)下降，這是由于過量的水玻璃在抑制硅酸鹽礦物的同時，也使部分P2O5進入到尾礦當中，造成含磷組分損失。因此，選擇最佳水玻璃用量為5.6 kg/t。

2.4 捕收劑用量試驗

在上述試驗條件下，進行捕收劑YP6-3的用量試驗，得到的浮選回收指標如圖4所示。由圖可知，當捕收劑用量從2.2 kg/t增加至3.6 kg/t時，精礦中P2O5品位逐漸降低至24.81%，回收率不斷上升至86.21%。繼續(xù)增大捕收劑用量，精礦中P2O5品位持續(xù)下降，但回收率變化不大。因此，最佳捕收劑用量選擇3.6 kg/t。

圖4 捕收劑用量與P2O5品位及回收率關(guān)系Fig.4 Relationship between collector dosage and P2O5 grade and recovery

3 浮選開路試驗

在上述粗選試驗中，確定了最佳磨礦細度為-0.074 mm含量占92.21%，Na2CO3用量為2.4 kg/t、水玻璃用量為5.6 kg/t、捕收劑YP6-3用量3.6 kg/t，繼而進行開路浮選試驗。由于一次粗選中泡沫較為濃密且泡沫量較大，故決定在粗選流程中增加一次精選和一次精掃選以提高指標，開路浮選流程見圖5，試驗結(jié)果見表4。

由表4結(jié)果可知，粗選流程增加一次粗選和一次精掃選后，獲得精礦產(chǎn)率為38.56%、P2O5品位提升至28.23%、回收率達61.81%的精礦，此時中礦中P2O5的回收率為13.91%，后續(xù)閉路試驗有望回收部分磷礦物。

圖5 開路浮選試驗工藝流程圖Fig.5 Open circuit flotation flow chart

表4 浮選開路試驗結(jié)果

4 閉路浮選試驗

在上述藥劑制度及工藝流程確定后，為進一步驗證工藝流程和浮選指標的穩(wěn)定性，進行擦洗尾礦浮選閉路試驗，具體工藝流程及藥劑制度如圖6所示，試驗結(jié)果如表5所示。

從閉路試驗結(jié)果可知，采用一粗一精，精掃選精礦返回粗選的正浮選閉路流程，最終獲得精礦產(chǎn)率為40.44%，P2O5品位為28.53%，回收率為68.31%，流程與指標穩(wěn)定性良好。

表5 浮選閉路試驗結(jié)果

圖6 閉路浮選試驗工藝流程圖Fig.6 Closed circuit flotation testing flow chart

5 結(jié)論

1)云南某磷礦礦區(qū)擦洗尾礦P2O5含量為17.96%，SiO2含量為39.53%，MgO含量為0.97%，屬于高硅低鎂磷礦石。篩析結(jié)果表明，P2O5和SiO2在-0.025 mm的分布率分別為23.40%和45.53%，為進一步回收該部分磷礦物，需要通過磨礦來實現(xiàn)磷礦物和硅質(zhì)礦物的單體解離。

2)通過正浮選條件試驗，確定了最佳磨礦細度為-0.074 mm占92.21%，確定了最佳浮選藥劑制度為：Na2CO3用量為2.4 kg/t、水玻璃用量為5.6 kg/t、捕收劑YP6-3用量為3.6 kg/t，確定了最佳工藝流程為：一粗一精和精掃選精礦返回粗選的工藝流程。

3)實驗室閉路浮選后，可獲得精礦產(chǎn)率40.44%、P2O5品位為28.53%、回收率為68.31%的良好指標。該工藝技術(shù)使得多年前堆存的擦洗尾礦得到了較好的利用，減輕了尾礦堆存壓力，具有一定的經(jīng)濟應(yīng)用前景。