低品位膠磷礦噸級連續浮選回水試驗

沈博瑋，潘志權，梁　歡，張　鑫，張華麗，蹇　云

(1.武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430073;2.國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430073;3.湖北荊門新洋豐中磷肥業有限公司，湖北 荊門 448000)

?

低品位膠磷礦噸級連續浮選回水試驗

沈博瑋，潘志權，梁歡，張鑫，張華麗，蹇云

(1.武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430073;2.國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430073;3.湖北荊門新洋豐中磷肥業有限公司，湖北 荊門 448000)

利用選礦回水對低品位膠磷礦(15.31% P2O5、 5.90% MgO)進行了常溫噸級正反連續浮選試驗，優化了選礦工藝。結果表明，利用自制的HX-1G和YO-1分別作為正選和反選捕收劑，獲得29.52% P2O5、1.50% MgO、回收率78.79%、產率41.13%的選礦指標。解決了選礦廢水的污染問題，降低了生產成本，為低品位膠磷礦的高效利用提供了一條有效途徑。

低品位膠磷礦；浮選工藝；捕收劑；選礦回水

隨著磷化工產品的生產過剩，磷礦行業采富棄貧的現象有所抬頭。部分企業將采出的低品位膠磷礦暫時堆積，又造成新的環境污染。因此，開展低品位膠磷礦的高效利用技術的工業化應用研究，成為當前解決膠磷礦選礦和磷化工發展的當務之急。

本項目組一直關注低品位膠磷礦選礦技術的研發，開發了一些低品位膠磷礦的常溫浮選的新藥劑，并于2013～2014年進行了兩次常溫正反浮選噸級中試試驗，取得了一些進展[1]。但還存在尾礦品位較高(8%P2O5)、回收率較低(64.5%)的問題。為此，本項目組開發了一種新型捕收劑[2]，將其用于常溫正反浮選試驗和常溫正反浮選的噸級連續浮選試驗，獲得了較好的選礦指標。然而選礦過程產生的廢水多，其中含有各種選礦助劑，處理相對困難，另外處理廢水也會增加生產成本。為解決選礦廢水的利用問題，作者將選礦廢水經過簡單的破乳澄清，直接用于選礦生產，為降低生產成本、高效利用低品位膠磷礦提供了一條有效途徑。

1　實驗

1.1試樣、試劑與設備

膠磷礦由湖北荊門新洋豐中磷肥業有限公司提供，其主要化學組成見表1。

碳酸鈉、水玻璃(模數3.10)、六偏磷酸鈉、硫酸、磷酸，工業級；捕收劑HX-1G和YO-1，自制。

小試所用棒磨機為XMB-68型φ160×200球棒兩用磨礦機，浮選機為RK/FD 111型0.5 L單槽浮選機。

表1膠磷礦的主要化學組成/%

Tab.1The main chemical components of phosphate rock/%

組成含量組成含量P2O515.05Fe2O32.80MgO5.92Al2O30.33SiO233.21酸不溶物31.10CO23.85灼燒失量9.26

噸級中試為球磨機，處理能力為1 t·h-1，選礦采用槽式浮選機，體積為12 L，正選粗選用四槽連接，正選掃選用兩槽連接，正選精選用四槽連接，正選再選用兩槽連接；反選粗選用四槽連接，反選掃選用兩槽連接。礦漿輸送用砂漿泵，藥劑輸送用恒流泵。

1.2噸級正反浮選試驗閉路流程(圖1)

圖1　噸級正反浮選試驗閉路流程

1.3方法

1.3.1磨礦

首先將膠磷礦用破碎機破碎到0.3 cm左右，加入一定量的正選尾礦回水，裝入棒磨機中，調整磨礦時間，獲得礦粉粒度<0.074 mm占93%～97%、濃度為30%的礦漿。

1.3.2正選粗選小試

正選粗選回水小試實驗在500 mL掛式浮選槽中進行。將粒度<0.074 mm占96%、濃度為30%的礦漿加入到500 mL的浮選槽中，開啟攪拌裝置，室溫下依次加入10%的Na2CO3溶液、5%的Na2SiO3溶液和1%的六偏磷酸鈉溶液，分別作用3 min，最后加入1%的正選捕收劑HX-1G溶液作用3 min后開始通氣和刮泡，刮泡時間固定為5 min。將泡沫產品和槽底產品分別過濾、烘干和稱重，測定其P2O5和MgO含量，計算產率和磷回收率。

1.3.3正選精選小試

將粗選泡沫產品置于浮選槽中，依次加入10%的Na2CO3溶液和5%的Na2SiO3溶液，分別作用3 min后，開始鼓泡通氣和刮泡，刮泡時間固定為5 min。后續操作同1.3.2。

1.3.4反選粗選小試

將正選精選泡沫產品置于浮選槽中，依次加入10%的H2SO4溶液和10%的H3PO4溶液，最后加入1%反選捕收劑YO-1溶液，作用3 min后開始通氣和刮泡，刮泡時間固定為5 min。后續操作同1.3.2。

1.3.5反選掃選小試

將反選粗選泡沫產品置于浮選槽中，加入10%的H3PO4溶液，作用3 min后開始通氣和刮泡,刮泡時間固定為5 min。后續操作同1.3.2。

1.3.6礦樣分析

膠磷礦原礦的全元素分析在XRF熒光分析儀上進行，選礦過程中的P2O5和MgO含量測定根據國家標準(GB/T 1871.1-1995和GB/T 1871.5-1995)的方法進行。

1.3.7噸級連選試驗

噸級連選試驗在湖北荊門新洋豐中磷肥業有限公司湖北省中小企業選礦試驗中心連選裝置上進行，磨礦機處理能力為1 t·h-1，正選尾礦回水pH值約為8，其中含有一定量的Na2CO3、Na2SiO3和(NaPO3)6及200～300 mg·L-1的鈣離子，反選回水pH值約為5，其中含有少量的磷酸根和硫酸根離子。但由于浮選槽和礦漿泵的限制，磨礦機的進礦速度調節到21 kg·h-1，通過調節前段進水控制磨礦粒度<0.074 mm顆粒占93%～97%，調節后段進水控制礦漿濃度在27%～30%。正選pH值調整劑Na2CO3溶液和抑制劑Na2SiO3溶液從磨礦機后段進水處加入，激活劑(NaPO3)6和正選捕收劑HX-1G溶液在攪拌桶中加入。磨礦機出來的礦漿經砂漿泵打入攪拌桶，溢流進入粗選槽，經粗選后槽底正選尾礦進入砂漿泵打入尾礦池靜置回收尾水，粗選泡沫流入砂漿泵打入精選槽，加入Na2CO3溶液和抑制劑Na2SiO3溶液進行精選。精選后槽底產品流入掃選槽進行掃選，掃選后的泡沫產品和精選的泡沫產品一起加入H2SO4和H3PO4溶液后經砂漿泵打入反選操作。正選精礦漿泵入反選攪拌桶內攪拌后溢流到反選槽，反選粗選的泡沫產品加入H3PO4溶液后用泵打入掃選槽，反選掃選的泡沫尾礦直接泵入反尾沉降池，槽底礦漿流入反選粗選槽形成閉路。

2　結果與討論

2.1磨礦時間

前期研究證明，該礦嵌布粒度很細，需要磨礦至粒度<0.074 mm時才能達到單體礦物解離。磨礦粒度與磨礦時間的關系見表2。

表2磨礦粒度與磨礦時間的關系

Tab.2Relationship between grinding fineness and grinding time

磨礦時間/min78910<0.074mm礦粉含量/%89929699

從表2可知，磨礦時間為9 min時，能達到單體解離的要求。

2.2正選粗選工藝條件優化

在優化時，固定捕收劑和激活劑(NaPO3)6用量，改變Na2CO3和Na2SiO3的用量，結果見表3。

表3Na2CO3和Na2SiO3的用量對選礦指標的影響

Tab.3Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-12.40.20.40.62.02.42.60.4正選粗選精礦/%P2O5MgO產率%磷回收率%16.515.9388.0193.7417.026.2284.9393.2517.776.7179.1790.7617.335.5179.9789.4117.026.2284.9393.2516.235.8888.7592.93

由表3可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，由于尾礦回水中有一定量的Na2CO3存在，Na2CO3用量比使用清水時要降低很多。而Na2SiO3用量與使用清水時相差不大，可能是由于尾礦回水靜置過程中Na2SiO3發生部分水解與礦粒一起聚沉，降低了Na2SiO3含量。因此，確定Na2CO3和Na2SiO3的用量分別為2.4 kg·t-1和0.4 kg·t-1。

2.3正選精選工藝條件優化

由于正選粗選使用的沖洗水為回水，但使用量不大，對正選精選的影響較小。因此，正選精選的藥劑制度在清水實驗的基礎上只做了少量調整，在pH值不變的條件下，改變Na2CO3和Na2SiO3的用量，結果見表4。

表4Na2CO3和Na2SiO3的用量對選礦指標的影響

Tab.4Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-1正選精選精礦/%P2O5MgO產率%磷回收率%3.11.518.975.7674.5291.202.020.116.5370.7191.742.520.876.9865.5788.282.43.13.82.020.317.0167.5788.5320.116.2270.7191.7418.835.8775.4591.65

由表4可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，Na2CO3和Na2SiO3的用量與清水實驗結果相當。因此，確定Na2CO3和Na2SiO3的用量分別為3.1 kg·t-1和2.0 kg·t-1。

2.4反選粗選工藝條件優化

由于反選捕收劑YO-1、抑制劑H2SO4和H3PO4都是利用反選回水配制，溶液中殘存著部分H2SO4和H3PO4。因此，其用量朝著減量方向優化，固定YO-1的用量，改變H2SO4和H3PO4的用量，結果見表5。

表5H2SO4和H3PO4的用量對選礦指標的影響

Tab.5Effect of H2SO4and H3PO4dosage on beneficiation index

H2SO4用量kg·t-1H3PO4用量kg·t-1反選粗選精礦/%P2O5MgO產率%磷回收率%14.45.127.372.2141.3372.985.728.471.3237.9569.706.229.120.9133.3162.5813.514.415.35.727.741.9740.5172.5028.471.3237.9569.7028.661.2535.4565.55

由表5可知，在獲得同樣精礦品位、相同回收率的情況下，H2SO4和H3PO4的用量比清水實驗結果低，確定H2SO4和H3PO4的用量分別為14.4 kg·t-1和5.7 kg·t-1。

考慮到正選和反選的掃選操作將分別由正選尾礦和反選尾礦確定，而且其藥劑制度應該與清水實驗差別不大，所以其藥劑制度在噸級試驗中討論。

2.5噸級連選試驗

(1)前段給水量與磨礦粒度

由于浮選機的限制，給礦量固定在20～21 kg·h-1，通過前水調節磨礦粒度，磨礦后水調整礦漿濃度在27%～30%。

(2)HX-1G流量對正選粗選選礦指標的影響

在正選粗選流程中，根據小試實驗數據，固定(NaPO3)6、Na2CO3和Na2SiO3的流量分別為2 mL·min-1、20 mL·min-1和2.8 mL·min-1，改變正選捕收劑HX-1G流量，結果見表6。

表6HX-1G流量對選礦指標的影響

Tab.6　Effect of HX-1G dosage on beneficiation index

由表6可知，隨著HX-1G流量的增加，精礦P2O5含量減少，回收率升高，在HX-1G流量為21 mL·min-1時，精礦品位和回收率達到設計要求，確定HX-1G流量為21 mL·min-1。

(3)Na2SiO3流量對正選精選選礦指標的影響

根據小試實驗數據，正選精選固定Na2CO3流量為20 mL·min-1，改變Na2SiO3流量，結果見表7。

表7Na2SiO3流量對選礦指標的影響

Tab.7　Effect of Na2SiO3 dosage on beneficiation index

由表7可知，隨著Na2SiO3流量的增加，精礦品位不斷提高，回收率降低，在Na2SiO3流量為10 mL·min-1時，精礦品位和回收率達到設計要求，確定Na2SiO3流量為10 mL·min-1。

(4)HX-1G流量對掃選選礦指標的影響

由于掃選的目的是降低正選尾礦品位，同時為了縮短選礦作業流程，所以在保證掃選精礦與精選精礦合并進入反選的礦漿能達到大于18.5% P2O5的條件下，盡量使尾礦品位降低。因此，掃選在增加捕收劑HX-1G流量的情況下考察精礦品位和尾礦品位，結果見表8。

表8HX-1G流量對選礦指標的影響

Tab.8　Effect of HX-1G dosage on benficiation index

由表8可知，隨著HX-1G流量的增加，精礦品位不斷降低，回收率提高，尾礦品位降低，在HX-1G的流量為28 mL·min-1時，精礦品位和尾礦品位達到設計要求，確定HX-1G流量為28 mL·min-1。

(5)YO-1流量對掃選選礦指標的影響

由于反選流程是一個閉路循環，掃選的H3PO4會回到粗選中，影響粗選捕收劑YO-1用量，因此，在固定粗選H2SO4和H3PO4流量后，同時考察粗選YO-1流量和掃選H3PO4流量對選礦指標的影響，結果見表9。

由表9可知，隨著YO-1流量的增加，精礦品位不斷升高，尾礦品位不斷升高。當YO-1流量和掃選H3PO4流量分別為58 mL·min-1和14 mL·min-1時，精礦和尾礦能同時達到設計要求。

(6)連續浮選穩定性試驗

根據前面的優化，確定正選粗選Na2CO3流量為20 mL·min-1，Na2SiO3流量為2.8 mL·min-1，

表9H3PO4和YO-1流量對選礦指標的影響

Tab.9Effect of H3PO4and YO-1 dosage on beneficiation index

掃選H3PO4流量/(mL·min-1)10121416YO1流量/(mL·min-1)54565860P2O5/%26.4327.5528.0728.79MgO/%0.770.981.502.11磷回收率/%82.3479.1477.7773.41反選尾礦品位3.974.434.525.51

(NaPO3)6流量為2.0 mL·min-1， HX-1G流量為21 mL·min-1；正選精選Na2CO3流量為20 mL·min-1，Na2SiO3流量為10 mL·min-1；掃選 HX-1G流量為28 mL·min-1。反選粗選YO-1流量為58 mL·min-1，H2SO4流量為50 mL·min-1，H3PO4流量為14 mL·min-1；反選掃選H3PO4流量為14 mL·min-1，進礦量為350 g·min-1。連續72 h精礦、正選尾礦和反選尾礦的選礦指標見表10。

表10噸級正反連續浮選閉路連續浮選結果/%

Tab.10　The results of ton-scale direct-reverse continuous flotation of closed circuit/%

由表10可知，在常溫下，低品位膠磷礦利用自制的正選和反選捕收劑通過一系列的工藝流程可生產出合格的精礦產品。

2.6藥劑成本

噸級正反連續浮選回水試驗所需藥劑成本與傳統工藝藥劑成本對比見表11。

表11噸級正反連續浮選所需藥劑成本和傳統工藝藥劑成本(2012年12月)

Tab.11　The cost required on reagent of ton-scale direct-reverse continuous flotation and traditional technology(2012-12)

注：括號外數值為噸級正反連續浮選數據，括號內數值為傳統工藝藥劑成本(2012年12月)。

由表11可知，新的藥劑及工藝條件下，藥劑成本降低；常溫浮選不再使用蒸汽加溫，在降低成本的同時，也減少了因高溫蒸汽而導致的危險；尾礦回水循環利用，減少了環境污染與水資源的浪費。

4　結論

利用選礦回水對低品位膠磷礦進行了常溫浮選試驗。結果表明：采用自制的正選和反選捕收劑，在自然環境下通過正反浮選工藝，能用品位為15.31% P2O5、5.90% MgO的膠磷礦原礦生產出品位為29.52% P2O5、1.50% MgO的精礦，且精礦磷回收率達到78.79%，產率41.13%。選礦廢水無需特殊處理，通過簡單的破乳聚沉后可以直接用于選礦工藝，既能降低生產成本，又能減少環境污染。雖然中試藥劑用量要多于小試用量，但與傳統藥劑和工藝相比，新工藝更加簡單、安全，且噸精礦成本降低約70元。

[1]張明，張露，張鑫，等.放馬山低品位磷礦常溫正反浮選噸級試驗研究[J].化工礦物與加工，2015(2)：1～2，52.

[2]潘志權，沈博瑋，周紅，等.一種膠磷礦正-反捕收劑及其制備方法和應用：CN105344492A[P].2016-02-24.

Ton-Scale Backwater Continuous Flotation Experiment of Low Grade Collophane

SHEN Bo-wei，PAN Zhi-quan，LIANG Huan，ZHANG Xin，ZHANG Hua-li，JIAN Yun

(1.SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China;2.NationalEngineeringTechnologyResearchCenterofDevelopmentandUtilizationforPhosphorusResources，Wuhan430073，China;3.Jinmen，HubeiProvincetheAbundanceofPhosphateFertilizerCo.，Ltd.，Jinmen448000，China)

Theton-scaledirect-reversecontinuousflotationexperimentoflowgradecollophane(15.31%P2O5，5.90%MgO)wasimplementedusingbeneficiationbackwaterunderroomtemperature，andbeneficiationtechnologieswereoptimized.Resultsshowedthat,usingself-madeHX-1GandYO-1ascollectorsfordirectflotationandreverseflotationrespectively，beneficiationindexesincluding29.52%ofP2O5，1.50%ofMgO，recoveryrateof78.79%andproductionrateof41.13%wereobtained.Thistechnologysolvedthepollutionproblemscausedbybeneficiationwastewater，reducedproductioncostsandprovidedaneffectivewayforthehigh-efficientapplicationoflowgradecollophane.

lowgradecollophane；flotationtechnology；collector；beneficiationbackwater

湖北省重大科技創新項目(2015ACA057)，云南省科技領軍人才項目(2014HA004)

2016-05-03

沈博瑋(1990-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：浮選藥劑，E-mail:459012708@qq.com；通訊作者：潘志權，教授，博士生導師，E-mail:zhiqpan@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.09.012

TD 971.3

A

1672-5425(2016)09-0050-05

沈博瑋，潘志權，梁歡，等.低品位膠磷礦噸級連續浮選回水試驗[J].化學與生物工程，2016，33(9)：50-54,70.