《武汉工程大学学报》 2017年06期
576-581
出版日期：2017-12-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
中低品位硅钙质磷矿石双反浮选的探索试验
磷是重要的化工原料，也是农作物生长的必要元素，全球大约95%的磷矿石产品消耗在磷肥工业［1］. 据美国地质调查局（USGS）《2015年矿产品概要》最新统计数据显示，世界磷矿石储量约为670亿吨，主要分布在非洲、北美、亚洲、中东、南美等60多个国家和地区［2］. 我国磷矿石资源储量丰富，仅次于摩洛哥，居世界第二位. 根据国土资源部《2016中国矿产资源报告》统计，截止2015年底，全国磷矿查明储量为231.1亿吨［3］，但P2O5品位大于30%的富矿储量仅占全国储量的22.5%，全国磷矿石平均P2O5品位仅为17%左右［4］，可开采储量平均P2O5品位为23%，是世界磷矿石P2O5平均品位较低的国家，且80%以上属于中低品位硅钙质磷矿石［5］，其组成矿物颗粒细、嵌布紧密、有害杂质较多，选矿难度大，选矿成本较高［6］. 浮选是磷矿石选矿的主要方法，包括正浮选［7］、反浮选［8］、正-反浮选［9］、反-正浮选［10］、双反浮选［11］. 根据不同类型磷矿石所含杂质的种类和含量，通常选取不同的浮选工艺［1］. 硅钙质磷矿石的脉石矿物主要是含镁矿物和含硅矿物，其浮选分离至今仍然是一个世界性难题［12］. 针对硅钙质磷矿石，在酸性条件下，采用阴离子捕收剂和阳离子捕收剂反浮选分别脱除含镁矿物和含硅矿物［13］，工艺流程简单，药剂用量及种类少，可以实现常温浮选［14］. 采用双反浮选工艺符合“浮少抑多”的原则，还具有分选效率较高、浮选指标优良、最终精矿为槽内产品且便于脱水处理等优点［15］. 本研究采用双反浮选工艺对贵州某硅钙质磷矿石进行探索试验，为该类磷矿石的开发利用奠定一定基础. 1 原矿性质试样取自贵州某典型磷矿区，为确定该磷矿石的矿物组成和化学组成，对原矿进行X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）分析，结果如图1所示，化学多元素分析结果列于表1中. 由图1可知，原矿的主要有用矿物为氟磷灰石，主要脉石矿物为白云石和石英. 由表1可知，原矿P2O5含量（质量分数，下同）较低，仅为19.12%；SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO含量分别为24.18%、5.14%、2.85%和2.28%. 该磷矿石属于倍伴氧化物R2O3（Fe2O3+Al2O3）含量较高的中低品位硅钙质磷矿石，除需要降低SiO2和MgO含量外，还需要降低试样中倍伴氧化物R2O3（Fe2O3+Al2O3）含量. 原矿筛分结果见表2. 由表2可知原矿不同粒级中P2O5含量不同，随着粒度变细，原矿中P2O5含量先增大后减小，粒度小于0.025 mm的粒级P2O5含量为8.35%. P2O5主要分布在粒度大于0.062 mm的粒级，其分布率为88.73%，在粒度小于0.025 mm的粒级，其分布率为6.93%. 2 试验部分2.1 试验仪器XMQ-Φ240×90球磨机（武汉探矿机械厂），XFDⅢ（1.5 L）实验室用单槽浮选机（吉林探矿机械厂），XTLZ-Φ260/240 型盘式真空过滤机（厦门程功矿业设备制造公司），101-4AS型电热鼓风干燥箱（北京科伟永兴仪器有限公司），FA2004电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司），X’Pert PROX射线衍射仪（荷兰帕纳科公司）等. 2.2 试验材料脱镁捕收剂GJBW和脱硅捕收剂AY分别为实验室自制阴离子捕收剂和阳离子捕收剂，配成质量分数为1%的水溶液；H2SO4、Na2CO3和H3PO4分别配成质量分数为20%、10%和10%的水溶液，以上试剂均为分析纯. 3 结果与讨论3.1 反浮选脱硅试验3.1.1 磨矿细度试验 粗选采用反浮选脱硅工艺，在矿浆质量浓度为25%、H2SO4用量为15 kg/t、AY用量为500 g/t（药剂用量均按原矿计，下同）条件下，考察磨矿细度对反浮选脱硅的影响，试验结果如图2（a）所示. 由图2（a）可知，随着磨矿细度的增加，磷精矿中P2O5含量呈现先增加后降低的趋势，磷精矿中P2O5回收率波动较大，综合考虑磷精矿P2O5含量和磷精矿中P2O5回收率以及粒度过细易泥化等因素，确定合适的磨矿细度为-0.075 mm占79.45%. 3.1.2 矿浆pH条件试验 粗选采用反浮选脱硅，在磨矿细度为-0.075 mm占79.45%、矿浆质量浓度为25%、AY用量为500 g/t的条件下，采用H2SO4和Na2CO3作为pH调整剂，考察矿浆pH对反浮选脱硅的影响，结果如图2（b）所示. 由图2（b）可知，随着矿浆pH的增加，磷精矿中P2O5含量变化不大；磷精矿中P2O5回收率则先迅速降低后增加；选矿效率先增加后降低. 综合考虑，确定合适的矿浆pH为3.5，此时，H2SO4用量为5 kg/t，获得磷精矿P2O5含量为21.57%，磷精矿中P2O5回收率为70.41%. 3.1.3 捕收剂种类试验 粗选采用反浮选脱硅，在矿浆质量浓度为25%，磨矿细度为-0.075 mm占79.45%，矿浆pH为3.5的条件下，考察阳离子捕收剂十二胺、AY及其组合使用对反浮选脱硅的影响，结果如图2（c）所示. 从图2（c）可以看出，单独使用十二胺作捕收剂时，磷精矿中P2O5含量和磷精矿中P2O5回收率均不高，磷精矿中P2O5含量仅为21.28%，磷精矿中P2O5回收率为63.68%；十二胺和AY组合使用时，P2O5含量和回收率略有提高，但增加不多；单独使用AY作捕收剂时，效果较好，此时磷精矿中P2O5含量为21.90%，磷精矿中P2O5回收率为71.83%，故采用AY作反浮选脱硅捕收剂. 3.1.4 捕收剂AY用量试验 粗选采用反浮选脱硅，添加5 kg/t H2SO4，在矿浆pH值为3.5、磨矿细度为-0.075 mm占79.45%、矿浆质量浓度为25%的条件下，考察捕收剂AY用量对反浮选脱硅试验的影响，结果如图2（d）所示. 由图2（d）可知，随着捕收剂AY用量增加，磷精矿中P2O5含量缓慢增加，磷精矿中P2O5回收率先降低后增加，总体变化不大，其原因可能是H2SO4用量不够，未能充分发挥抑制氟磷灰石的作用. 综合考虑药剂用量和选矿效率等因素，确定脱硅捕收剂AY用量为500 g/t，获得磷精矿中P2O5含量和P2O5回收率分别为21.57%和70.41%. 3.2 反浮选脱镁试验3.2.1 扫选捕收剂GJBW用量试验 由于反浮选脱硅后尾矿中P2O5含量仍然在14%~15%之间，对反浮选脱硅的尾矿进行扫选试验. 由于反浮选脱硅尾矿矿浆中含有一定量的AY，扫选试验只添加脱镁捕收剂GJBW. 以H3PO4作抑制剂，在H3PO4用量为1.25 kg/t的条件下，考察GJBW用量对扫选的影响，结果如图3所示. 由图3可知，随着GJBW用量的增加，中矿中P2O5含量先增加；当GJBW用量大于0.125 kg/t时开始降低. 中矿中P2O5回收率则先降低后增加，选矿效率和P2O5品位变化趋势相同. 在GJBW用量为0.125 kg/t时，选矿效率和中矿P2O5品位较高，故确定扫选捕收剂GJBW用量为0.125 kg/t. 3.2.2 精选捕收剂正交试验 由于粗选反浮选脱硅后获得的磷精矿中P2O5含量不高，仅为21.57%，故对粗选精矿进行精选试验. 采用H3PO4为抑制剂，AY和GJBW分别为脱硅捕收剂和脱镁捕收剂，考察H3PO4、AY和GJBW用量及其交互作用对精选的影响. 以磷精矿中P2O5含量和磷精矿中P2O5回收率为参考指标，进行三因素H3PO4用量（A） 、AY用量（B）及GJBW用量（C）二水平试验，试验各因素及水平列于表3中. 为进一步分析各因素和水平对磷精矿中P2O5含量和磷精矿中P2O5回收率的影响，对正交试验结果进行方差分析. 正交试验结果列于表4中，磷精矿中P2O5含量方差分析和P2O5回收率方差分析结果分别列于表5和表6中. 由表5可知，通过F值与显著性水平[α]=0.05时的临界值相比可以看出，因素B、因素C及因素A、B之间交互作用对磷精矿P2O5品位影响显著. 即捕收剂AY和GJBW用量越大，磷精矿P2O5品位越高，确定合适的试验组合为B2C2A1或B2C2A2，但考虑到因素A和因素B之间的交互作用对磷精矿P2O5品位影响显著，所以选择试验组合为B2C2A1，这与正交试验结果相吻合. 由表6可知，在显著性水平[α]=0.05时，因素B、因素C以及因素A、C之间的交互作用对磷精矿中P2O5回收率影响显著，也就是说，捕收剂AY和GJBW用量越大，磷精矿中P2O5回收率越低，选取合适的试验组合为B1C1A1或B1C1A2，考虑到因素A和因素C间的交互作用，选取试验组合为B1C1A1，与正交试验结果一致. 3.3 开路试验在条件试验和正交试验的基础上，进行全流程开路试验，试验流程如图4所示，试验结果列于表7中. 从表7所列结果可以看出，针对P2O5含量为19.12%的中低品位硅钙质磷矿石，经过“一粗一精一扫”的开路试验流程，可获得磷精矿中P2O5含量和P2O5回收率分别为26.65%和58.27%的浮选指标. 4 结 语1）试样为中低品位硅钙质磷矿石，主要有用矿物为氟磷灰石，脉石矿物主要为石英和白云石，原矿P2O5 、SiO2、MgO和R2O3含量分别为19.12%、 24.18%、2.28%和7.99%. 2）采用双反浮选工艺处理该中低品位硅钙质磷矿石，优化的浮选工艺条件为：磨矿细度为-0.075 mm占79.45%；H2SO4用量为5 kg/t（矿浆pH为3.5）；粗选脱硅捕收剂AY用量为500 g/t；扫选脱镁捕收剂GJBW用量为125 g/t. 正交试验结果表明：抑制剂H3PO4与捕收剂AY用量、GJBW用量之间存在交互作用，对浮选磷精矿中P2O5含量和磷精矿中P2O5回收率影响显著. 3）采用“一粗一精一扫”的开路流程试验，可获得磷精矿P2O5含量为26.65%，磷精矿中P2O5回收率为58.27%的浮选指标. 由于磷精矿中P2O5回收率主要损失在反浮选脱硅阶段，下一步的试验研究需要继续筛选出选择性强的专属阳离子捕收剂，以提高磷精矿中P2O5回收率. 此外，还需要对精选和扫选的工艺流程内部结构和药剂制度进行进一步的优化试验研究.