《武汉工程大学学报》 2015年09期
35-49
出版日期：2015-09-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
宜昌低品位胶磷矿筛分分级微差密度重介质分选技术
０ 引 言磷矿是发展磷化工产业的战略资源. 既是制作磷肥、保障粮食安全的重要资源，又是精细磷化工的物质基础，在农业、工业、医药、生物和国防等众多行业具有极其重要的应用价值. 宜昌磷矿资源比较丰富，是中国五大磷矿基地之一. 主要分布在夷陵、兴山、远安３县区交界处，由１６个矿床（段）组成，２０１１年宜昌磷矿资源储量２９．３２亿吨（其中基础储量６．５９亿吨）占湖北省磷矿资源储量的６７．７％，占全国资源储量的１５．１％，名列湖北省第一位［１］. 宜昌磷矿资源特点为条带构造，高硅、高镁海相沉积型贫、细、杂低品位胶磷矿，需选矿提质降杂. 适宜于宜昌磷矿选矿的技术［２－３］主要有浮选（双步浮选、直接浮选、单一反浮选）、重介质分选、化学处理、光电拣选等，现阶段工业应用的主要有单一反浮选，重介质分选以及化学处理. 单一反浮选适宜高镁磷矿的选矿，工艺简单，选矿成本低，但存在环境污染问题；化学处理采用浸出剂将高品位低镁磷矿中的白云石分解，获得精矿，但处理能力低，生产成本高，不宜处理中低品位高镁含量的磷矿；重介质分选适宜于条带构造磷矿的选矿，选矿不添加任何药剂，废水可以直接回用. 宜昌磷矿重介质分选开始于20世纪，１９９２ 年建成宜昌花果树重介质选矿试验厂，其选矿处理量为２０万ｔ／ａ， 由于当时的技术经济条件等原因，选矿生产成本高，试车后即停产［４］. ２００５ 年初，花果树矿通过调研，将原有的重介质两产品旋流器，更换为重介质三产品旋流器，同时改造重介质三产品旋流器，使其适用于条带磷矿微差密度的分选，在生产过程中，通过逐步技术改造，改变了重介质分选磷矿回收率低的问题，进一步完善选别工艺和生产措施，保障了生产的稳定性，并于２００８年改扩建生产规模为１２０ 万 ｔ/ａ 的选矿厂. １ 矿石性质与实验室重液选矿试验１．１ 矿石性质湖北省宜昌磷矿为沉积型磷块岩矿床. 磷矿石具纹层状—条带状构造，磷酸盐矿物主要为泥晶磷灰石，在偏光显微镜下为非晶质或弱非均质性，胶状构造. 矿石中的有用矿物为泥晶磷灰石（俗称胶磷矿），脉石矿物主要是白云石、石英、玉髓和粘土矿物. 磷酸盐矿物的嵌布特征以及空间分布绝大多数是以纹层或条带的形式分布.泥晶磷灰石（俗称胶磷矿）：显微镜单偏光下呈浅褐色、棕色、灰白色，随杂质含量的增减而变化，正交偏光下显均质性或弱非均质性，随重结晶程度的提高而变化. 集合体形态常见凝胶状、砂屑状、砾屑状，集合体内常混杂有粘土矿物、泥晶碳酸盐、铁质、硅质、碳质等，空间分布形式以条带状、纹层状为主，是矿石中最主要的含磷矿物. 白云石：是矿石中的主要脉石矿物之一，显微镜下呈泥晶集合体、粉晶-细晶集合体，泥晶粒径＜０．０１ ｍｍ，粉晶－细晶粒度０．０４～０．１２ ｍｍ. 主要以胶结物的形式分布于磷质砂屑的孔隙间，或成条带状分布，构成白云岩条带. 硅质矿物：主要成分为石英、玉髓，其常见石英砂屑分布于白云岩和泥晶磷块岩内，呈尖角状，粒径０．１～０．３ ｍｍ；微粒石英和隐晶质的玉髓构成硅质条带，与白云岩和磷块岩互层分布. 因此从工艺矿物学特性来看该矿石完全具备磷矿重介质选矿的工艺特性. １．２ 实验室重液选矿试验 当原矿品位Ｐ２Ｏ５ ２３．８０％，分选粒级为Ｏ．５～１５ ｍｍ，分选密度 ２．８９ ｇ/ｃｍ３时，获得了精矿品位Ｐ２Ｏ５ ３０．７９％、ＭｇＯ １．４４％，回收率８７．６１％的重液分选指标. 宜昌磷矿重选可选性曲线见图１［５］. 图1 -15+0.5 mm原矿重选可选性曲线?姿Fig. 1 Beneficiability curve of gravity separation of -15+0.5 mm ore从图１可以看出当重液密度为２．８５～２．９１ ｇ/ｃｍ３时，邻近比重物含Ｐ２Ｏ５都在３0％左右，属难重介质分选矿．宜昌磷矿中密度大于２．９５ ｇ/ｃｍ３主要是磷块岩条带，白云岩条带密度在２．８５ ｇ/ｃｍ３左右，因此两条带有效分选密度差仅为０．１ ｇ/ｃｍ３，要分选磷块岩和白云岩条带，要求有较高分选精度的重介质分选装备，同时必须稳定控制分选密度．使其分选密度在２．８６ ｇ/ｃｍ３到２．８９ ｇ/ｃｍ３之间，才能获得合格精矿，产率和回收率等指标变化较小．２ 筛分分级微差密度重介质工业分选根据宜昌地区的沉积型中低品位胶磷矿工艺矿物学特性，研究矿石选择性破碎行为、矿物重介质选矿分选行为，然后进行破碎方法以及重介质的筛选、论证和确定重介质工艺流程，优化重介质工艺技术参数内部结构和工艺. ２．１ 选择性破碎筛分分级由于宜昌磷矿的胶磷矿，碳酸盐矿物以及硅酸盐矿物的硬度不同，矿石自然类型为白云岩条带状磷块岩、致密条带状磷块岩、页岩条带状磷块岩，这３种不同的条带状磷块岩的破碎性质不同，对于白云岩条带状磷块岩易于破碎，而其他两种难于破碎，破碎之后胶磷矿与碳酸盐矿物以及硅酸盐矿物分布在不同的产品中，通过三级闭路破碎，采用粗、 中、细三段一闭路破碎系统联合两级原矿溜筛筛分分级系统， 实现了不同条带磷块岩的选择性破碎筛分，获得不同粒级的筛分产品，将原矿破碎成－２０ ｍｍ，使磷矿物和脉石解离. 采用４ ｍｍ、８ ｍｍ溜筛对－２０ ｍｍ原料进行筛分分级，筛分分级结果见表１．表1 低品位胶磷矿筛选分级结果Table 1 Results of classification of low grade collophanite通过表１可得出，低品位胶磷矿通过破碎后，由于矿石破碎的特性不同，磷矿物在细粒级中富集. 通过将破碎后的产品用４ ｍｍ、８ ｍｍ溜筛筛分，０～４ ｍｍ物料的Ｐ２Ｏ５＞２５％，产率为１７．７％，４～８ ｍｍ产品的Ｐ２Ｏ５＞２３％，产率１１．５％，根据目前市场需求，２３％以上的矿石具备商品价值，因此作为产品供应到磷矿加工企业. 筛分后只有粗粒级进入重介质分选，由于无细粒级的物料进入重介质分选系统，使得矿浆的粘度降低，易于控制重介质的密度.２．２ 微差密度重介质工业分选筛分后筛上物（＋８ ｍｍ）进入无压三产品重介质旋流器分选［６］，其第一段选别即原矿给入处，控制分选密度一般为２．８０ ｇ/ｃｍ３左右，所抛弃的尾矿为低密度的含钾页岩；通过二段分选系统在线无极调节，使重介质再次浓缩，形成分选密度为２．９０ ｇ/ｃｍ３的分选区域，使磷块岩条带与白云石条带分离，分选的工艺流程图见图２. 重介质精矿和尾矿，经脱介弧形筛脱介后，成为精矿和尾矿，尾矿进行再次筛分，得到Ｐ２Ｏ５ ２０％左右矿砂与原矿筛下物合并作为产品回收. 工业生产的结果见表２．在原矿品位为２０．２７％时通过选择性破碎筛分分级微差密度重介质分选，重介质分选的精矿品位为２８．４４％，对重介质分选尾矿再筛分，筛上物（＋８ ｍｍ）作为最终尾矿，其品位只有９．３０％，进入尾矿区堆存. 尾矿筛下物（－８ ｍｍ）与原矿筛分的细粒级（－８ ｍｍ）作为中间产品回收，综合回收率达到８３．６３％. 而传统重介质工艺两产品重介质旋流器分选的尾矿的品位高达１３．１０％，损失率为３１．４５％，综合回收率仅为６８．５５％．三产品重介质旋流器首次应用于磷矿选矿，实现了高分选密度（２．８０～２．９０ ｇ/ｃｍ３）下微密度差（密度差为０．１ ｇ/ｃｍ３）矿物的分离．提高了重介质设备对磷块岩矿与脉石矿物的分选精度． ２．３ 重介质分选磷矿系统的自动控制在重介质分选宜昌磷矿过程中，控制中介质密度在规定的波动范围内，是保证获得稳定可靠的分选指标的关键因素之一. 介质密度的自动控制系统由微机核密度计ＦＢ－２３００控制、介质密度的上、下限值可通过键盘预先置入仪表，当发生密度越限时，报警指示系统灯亮，操作人员根据情况，进行适宜的操作，循环介质非磁性物含量的检测指示和定压漏斗、合格介质桶、缓冲矿仓料（液）位的测量指示及报警系统的组成，为介质正常循环，工艺流程的顺利实施，稳定密度，保证磷精矿品位，提高精矿回收率，起到了良好的保障作用. 图２ 微差密度重介质工业分选工艺流程图Ｆｉｇ．２ Fｌｏｗ－ｓｈｅｅｔ of ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ－ｈｅａｖｙ ｍｅｄｉｕｍ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ表 2 筛分分级微差密度重介质分选生产技术指标Table 2 Operation performances of classification-heavy media separation３ 结 语宜昌磷矿属于难重选矿，磷块岩条带密度大于２．９５ ｇ/ｃｍ３为主，白云岩条带密度在２．８５ ｇ/ｃｍ３左右，０．１ ｇ/ｃｍ３的分选密度差是重介质选矿的最低要求，在此密度差下才能分选磷块岩和白云岩. 工业上采用无压给料三产品重介质旋流器，有效介质密度控制系统，实现了微密度差下高密度２．８０～２．９０ ｇ/ｃｍ３难重选宜昌磷矿的分选，获得精矿品位Ｐ２Ｏ５ ２８．４４％，与选择性破碎筛分分级相结合，回收中间产品，提高资源的回收率，综合回收率达到８3％ 以上. 致 谢感谢湖北省科技厅及武汉工程大学对本研究的资助.