湖北某低品位硅鈣質(zhì)膠磷礦同步反浮選工藝研究*

陳 慧，鄭光明，劉 鑫，王舉亮，王旭東，李 防

(1.湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北 興山 443700；2.宜都興發(fā)化工有限公司，湖北 宜昌 443300；3.中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222004)

0 引言

宜昌是湖北省七大磷礦區(qū)之一，其轄區(qū)內(nèi)賦存的磷礦石大部分是中低品位膠磷礦[1]。浮選是較為傳統(tǒng)的膠磷礦選礦工藝，對(duì)于中低品位硅鈣質(zhì)膠磷礦，常用的浮選工藝有正反浮選、反正浮選和雙反浮選等[2-6]。這3種工藝本質(zhì)是單一浮選的聯(lián)合，通常是在浮選過程中加入1種捕收劑，經(jīng)過1次浮選分離出1種脈石礦物，直至將碳酸鹽、硅酸鹽與磷灰石分離而得到磷精礦，這種分選方式屬于異步浮選；而同步浮選是將2種捕收劑加入礦漿中，經(jīng)過1次浮選使硅酸鹽和碳酸鹽脈石礦物一起上浮獲得磷精礦的分選方式[7-9]。同步浮選工藝流程簡單，簡化了以往脫除含倍半氧化物及含鎂脈石礦物所需的浮選過程，以及避免了部分浮選體系存在的酸堿轉(zhuǎn)換問題，因此可以減少浮選藥劑種類及用量、設(shè)備投資和管理費(fèi)用等。

脂肪酸類陰離子捕收劑對(duì)含鎂脈石礦物捕收效果良好[10-11]，而胺類陽離子捕收劑是含倍半氧化物脈石礦物的良好捕收劑[12-13]。為了實(shí)現(xiàn)硅鈣質(zhì)膠磷礦的同步分選，需要加入藥劑以提高對(duì)脈石礦物的捕收效果，同時(shí)減少浮選體系中大量的懸浮物顆粒、礦物無機(jī)離子等對(duì)浮選過程的影響[14-17]。本研究以TCM為改性調(diào)整劑，通過對(duì)宜昌地區(qū)硅鈣質(zhì)中低品位膠磷礦進(jìn)行同步反浮選試驗(yàn)，探索在酸性浮選體系中硅鈣質(zhì)膠磷礦同步反浮選的可行性。

1 試樣、試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

試樣采自宜昌某磷礦，經(jīng)物相分析，礦石中有用磷礦物為氟磷灰石，脈石礦物主要為鉀長石，其次為白云石、鈉長石、方解石和石英，少量為有機(jī)碳和高嶺石。鉀長石和鈉長石是主要的含鋁礦物，也是主要的含硅礦物；白云石是主要的含鎂脈石礦物。對(duì)試樣采用X射線熒光光譜儀進(jìn)行了半定量化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。該方法分析得到的P2O5品位與中和滴定法存在一定誤差，因此以下試驗(yàn)得到的P2O5品位均是采用中和滴定法測(cè)定的。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 單位：%

由表1可知，原礦屬于典型的中低品位硅鈣質(zhì)膠磷礦，倍半氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)6.15%。

試驗(yàn)設(shè)備包括XSHFZ-3型濕式分樣機(jī)、XMQ-Φ240×90型錐形球磨機(jī)、RK/FD Ⅲ型0.5單槽浮選機(jī)、RK/ZLΦ240/Φ120 型多功能真空過濾機(jī)、DHG-9140A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱、X 射線熒光光譜儀。

試驗(yàn)過程中使用的藥劑有磷酸(分析純)、TCM(分析純)、XFP-01(工業(yè)級(jí))、XFP-02(工業(yè)級(jí))，其中：XFP-01為脂肪酸皂類捕收劑，對(duì)氧化礦具有較好的捕收能力，在反浮選過程中對(duì)含鎂脈石礦物捕收效果好；XFP-02為胺類捕收劑，在反浮選過程中是含倍半氧化物脈石礦物的良好捕收劑。

2 結(jié)果分析

2.1 磨礦細(xì)度

根據(jù)試樣中磷灰石與脈石礦物的嵌布特征，初步擬定磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占60%～80%。室溫下，通過1次粗選單因素試驗(yàn)確定本次試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占64.5%。

2.2 磷酸用量對(duì)同步反浮選效果的影響

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占 64.5%、改性調(diào)整劑TCM用量為0.5 kg/t、捕收劑XFP-01用量為1.2 kg/t、捕收劑XFP-02用量為0.4 kg/t的條件下，考查了礦漿pH調(diào)整劑磷酸的用量對(duì)同步反浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 磷酸用量對(duì)同步反浮選效果的影響

由圖1可知：隨著磷酸用量的增加，精礦P2O5品位先升高后降低，說明磷酸用量過高或過低均不利于膠磷礦同步反浮選；在磷酸用量為6 kg/t時(shí)，同步反浮選精礦P2O5品位達(dá)33.53%，分選效果最好。從試驗(yàn)現(xiàn)象看：在磷酸用量低于4 kg/t時(shí)，浮選泡沫黏度低、流動(dòng)性較好，但是精礦P2O5品位較低，分選性較差；在磷酸用量高于8 kg/t時(shí)，浮選泡沫黏度高不易消泡；在磷酸用量為6 kg/t時(shí)，浮選泡沫流動(dòng)性好，礦物分選性佳。

2.3 TCM對(duì)同步反浮選效果的影響

脂肪酸皂類捕收劑在白云石表面的吸附主要為化學(xué)吸附，對(duì)石英的捕收具有針對(duì)性；而胺類捕收劑在礦物表面的吸附主要為靜電吸附，與礦物表面的電性有關(guān)，不具有針對(duì)性[18]。如直接將脂肪酸皂類捕收劑、胺類捕收劑同時(shí)加入礦漿中，兩者會(huì)相互作用，胺類捕收劑將無法有效地與礦物發(fā)生作用，因此需要加入改性調(diào)整劑調(diào)整礦漿電性，以提高捕收劑對(duì)脈石礦物的捕收效果。

本試驗(yàn)選用的改性調(diào)整劑TCM為硫酸鋁、聚丙烯酰胺、檸檬酸和聚合氯化鋁的混合物，其增強(qiáng)捕收劑的分選性和改善泡沫黏性的作用機(jī)理可大致歸納為以下兩點(diǎn)[19-21]：一是硫酸鋁進(jìn)入礦漿中生成氫氧化鋁絮狀物，吸附大量微細(xì)粒級(jí)礦粒，同時(shí)聚合氯化鋁壓縮了磷礦石形成的負(fù)雙電層，在硫酸鋁和聚合氯化鋁的共同作用下，礦漿體系中微細(xì)粒級(jí)顆粒的電負(fù)性大幅度減小，減弱了礦物顆粒與胺類陽離子捕收劑的作用，可使脫鋁捕收劑和脫鎂捕收劑對(duì)脈石礦物的選擇性同時(shí)顯現(xiàn)出來，從而提高本工藝的分選性；二是聚丙烯酰胺和檸檬酸可減少水中殘留的懸浮物顆粒、礦物無機(jī)離子和藥劑組分等對(duì)浮選的影響。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占64.5%、磷酸用量為6 kg/t、捕收劑XFP-01用量為1.2 kg/t、捕收劑XFP-02用量為0.4 kg/t的條件下，考查了改性調(diào)整劑TCM用量對(duì)同步反浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 TCM用量對(duì)同步反浮選效果的影響

由圖2可知：隨著TCM用量的增加，精礦P2O5品位、P2O5回收率及選礦效率均呈先上升后下降的趨勢(shì)；在TCM用量為0.5 kg/t時(shí)，精礦P2O5品位最高，為33.72%，該用量下的P2O5回收率為62.38%，比TCM用量為0.4 kg/t時(shí)低2.3個(gè)百分點(diǎn)；在不添加TCM時(shí)，精礦P2O5品位為29.34%，僅比原礦P2O5品位提高2.84個(gè)百分點(diǎn)，說明捕收劑XFP-01、XFP-02對(duì)膠磷礦、含倍半氧化物脈石礦物、含鎂脈石礦物的分選性很差。從試驗(yàn)現(xiàn)象看，隨著TCM用量的增加，浮選泡沫的發(fā)黏程度得到有效改善，礦漿易消泡、流動(dòng)性變好。

2.4 XFP-01用量對(duì)同步反浮選效果的影響

根據(jù)TCM用量試驗(yàn)結(jié)果，在TCM用量為0.5 kg/t的條件下考查了XFP-01用量對(duì)同步反浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可知：隨著XFP-01用量的增加，精礦P2O5品位、選礦效率均呈先上升后下降的趨勢(shì)，P2O5回收率呈下降趨勢(shì)；在XFP-01用量為1.2 kg/t時(shí)，精礦P2O5品位最高，為33.72%，該用量下的P2O5回收率為62.38%；在XFP-01用量為1.0 kg/t時(shí)，精礦P2O5品位高于33%，該用量下的P2O5回收率比XFP-01用量為1.2 kg/t時(shí)的高。綜合考慮，確定捕收劑XFP-01較佳用量范圍為1.0～1.2 kg/t。

圖3 XFP-01用量對(duì)同步反浮選效果的影響

2.5 XFP-02用量對(duì)同步反浮選效果的影響

根據(jù)XFP-01用量試驗(yàn)結(jié)果，在XFP-01用量為1.2 kg/t的條件下考查了XFP-02用量對(duì)同步反浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 XFP-02用量對(duì)同步反浮選效果的影響

由圖4可知：隨著XFP-02用量的增加，精礦P2O5品位、選礦效率均呈先上升后下降的趨勢(shì)，P2O5回收率呈下降趨勢(shì)；在XFP-02用量為0.4 kg/t時(shí)，精礦P2O5品位最高，為33.72%，該用量下的P2O5回收率為62.38%。

2.6 同步反浮選開閉路試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63%～70%、充氣量為290～310 L/h、攪拌速率為2 000～2 200 r/min的條件下，采用同步反浮選1粗2掃工藝流程進(jìn)行開路試驗(yàn)，浮選藥劑用量如下：磷酸6 kg/t、TCM 0.5 kg/t、XFP-01 1.2 kg/t、XFP-02 0.4 kg/t。開路試驗(yàn)獲得了P2O5品位為34.56%、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%、Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.67%、P2O5回收率為67.12%的磷精礦指標(biāo)。

在開路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，混合浮選工藝流程為1粗2掃，閉路5個(gè)循環(huán)達(dá)到平衡。浮選條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占64.5%、充氣量290～310 L/h、攪拌速率2 000～2 200 r/min；藥劑用量為：磷酸6 kg/t、TCM 0.5 kg/t、XFP-01 1.0 kg/t、XFP-02 0.4 kg/t。閉路試驗(yàn)獲得了磷精礦P2O5品位為33.27%、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57%、Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.84%、P2O5回收率為82.45%，尾礦P2O5品位為12.94%的優(yōu)異指標(biāo)。閉路數(shù)質(zhì)量流程見圖5。

圖5 同步反浮選閉路數(shù)質(zhì)量流程

3 結(jié)論

a.通過改性調(diào)整劑與捕收劑的共同作用，可提高捕收劑對(duì)礦物的選擇性，使含倍半氧化物脈石礦物和含鎂脈石礦物在酸性浮選體系中與磷礦石同步分離。

b.在原礦P2O5品位為26.50%、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.74%、Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.84%，磨礦細(xì)度為-0.074 mm 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占64.5%，磷酸、TCM、XFP-01、XFP-02用量分別為6、0.5、1.0、0.4 kg/t的條件下，經(jīng)過1粗2掃同步反浮選閉路流程試驗(yàn)，獲得了磷精礦P2O5品位為33.27%、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57%、Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.84%、P2O5回收率為82.45%的優(yōu)異分選指標(biāo)。