浮選柱反浮選脫鎂工藝研究

曹本三郎，張 逸，龍秉文，鄧伏禮，戴亞芬，丁一剛

(武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074)

我國磷礦資源非常豐富，但大多屬中低品位難選膠磷礦。隨著易選和高品位磷礦資源的日益枯竭，采用浮選來富集處理中低品位難選膠磷礦，已成為磷礦資源開發利用的一條重要途徑，全世界一半以上的磷精礦都是采用浮選獲得[1]。我國磷礦 P2O5品位>30%的富礦僅11.2億t，僅占總儲量的6.64%；P2O5品位<12%的貧礦27.43億t；磷礦P2O5平均品位為16.95%。因此，如何高效開發利用“貧、雜、細”等低品位磷礦資源成為當前研究的熱點[2-3]。膠磷礦浮選具有以下特點：一是含磷礦物呈“膠狀”非晶質細粒集合體與雜質礦物緊密共生，礦物粒度微細才能使它們單體解離，細粒礦物質量小、動量低，浮選過程難以與氣泡發生有效碰撞；二是浮選采用的脂肪酸類捕收劑溶解分散性差，與礦物的作用速度慢，在實際生產過程中，磷礦浮選泡沫礦化速度慢，浮選時間長，中礦返回量大[4]。針對以上問題，浮選柱具有比浮選機更大的優勢，浮選柱易產生細粒礦物浮選所需的氣泡，增大氣泡的比表面積，進而提高氣泡與目的礦物的碰撞幾率，同時還可以創造更好的靜態分選環境和一定厚度的浮選泡沫清洗層，降低礦粒相互粘附團聚對分選精度的影響，在處理細粒礦物方面具有較大的發展空間[5-8]。磷礦中Ca、Mg雜質含量過高，不僅會造成酸法加工時黏度增加，還會增加酸耗和產品泡沫，甚至引起噴料，嚴重影響產品質量，特別是磷礦中MgO含量已成為評價磷礦質量的主要指標之一。作者利用浮選柱對高硅鎂中低品位膠磷礦(P2O525.74%、MgO 1.31%、SiO213.79%)進行反浮選脫鎂實驗，優化反浮選脫鎂工藝，并比較浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果。

1 實驗

1.1 試樣、試劑與設備

膠磷礦由宜化提供，其主要化學組成見表1。

表1 膠磷礦的主要化學組成/%

捕收劑由宜化提供，主要成分為工業脂肪酸皂，使用時在55 ℃水浴中配成5%的水溶液。抑制劑、pH值調整劑均為85%磷酸(分析純)，使用時配成質量濃度為30%。

實驗裝置采用充填浮選柱，如圖1所示。

圖1 浮選柱設備及其填充物照片Fig.1 Photos of flotation column equipment and its filler

1.2 浮選柱反浮選脫鎂工藝流程(圖2)

圖2 浮選柱反浮選脫鎂工藝流程Fig.2 Process flow of reverse flotation for magnesium removal using flotation column

1.3 反浮選脫鎂工藝的優化

影響浮選柱浮選效果的因素有很多，主要包括礦石性質、磨礦細度、礦漿濃度、藥劑制度、柱體結構特征和工作參數等。采用單因素實驗，在磨礦粒度<0.074 mm占80.3%、礦漿濃度為30%的條件下，考察藥劑制度和工作參數對反浮選效果的影響。

2 結果與討論

2.1 捕收劑用量對反浮選效果的影響

捕收劑用量直接影響反浮選效果，用量過少將會導致精礦的P2O5品位較低，達不到預期的反浮選效果；用量過多則會導致尾礦中的P2O5品位過高，導致P2O5回收率降低。在磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為500 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下，考察捕收劑用量對反浮選效果的影響，結果如圖3所示。

圖3 捕收劑用量對反浮選效果的影響Fig.3 Effect of collector dosage on reverse flotation

從圖3可知，隨著捕收劑用量的增加，反浮選脫鎂所得精礦P2O5品位上升較慢，而精礦產率和P2O5回收率降低，其中產率降低較快。這是因為，隨著捕收劑用量的增加，捕收劑對磷礦顆粒的富集作用不斷減弱。綜合考慮，捕收劑用量為1.2 kg·t-1時，反浮選效果較好。

2.2 磷酸用量對反浮選效果的影響

抑制劑主要抑制含磷礦物的上浮。抑制劑用量過少會導致含磷礦物上浮，造成精礦P2O5品位下降和P2O5回收率降低；而抑制劑用量過多會因為抑制作用太強而無法達到好的浮選效果。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、充氣流量為500 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下，考察抑制劑磷酸用量對反浮選效果的影響，結果如圖4所示。

圖4 磷酸用量對反浮選效果的影響Fig.4 Effect of phosphoric acid dosage on reverse flotation

從圖4可知，當磷酸用量低于7 kg·t-1時，隨著磷酸用量的增加，精礦P2O5品位上升較快，而精礦產率下降較快；當磷酸用量超過7 kg·t-1后，精礦P2O5品位基本保持不變，而精礦產率略有下降；磷酸用量對P2O5回收率的影響不大。綜合考慮，磷酸用量為7 kg·t-1時，反浮選效果較好。

2.3 充氣流量對反浮選效果的影響

氣泡是礦物浮選分離的載體，充氣流量大，輸入礦漿的氣泡多，氣泡與礦物碰撞礦化幾率大，浮選速度快，分選效果好；但充氣流量過大，會破壞穩態分選環境，容易造成泡沫產品夾雜，并產生液面翻花現象，妨礙礦化泡沫層的形成。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、沖洗水流量為6 L·h-1、柱徑比為8的條件下，考察充氣流量對反浮選效果的影響，結果如圖5所示。

從圖5可知，當充氣流量較小時，精礦P2O5品位較低，但精礦產率和P2O5回收率較高；隨著充氣流量的增大，精礦P2O5品位升高，但精礦產率和P2O5回收率逐漸降低。綜合考慮，充氣流量為600 L·h-1時，反浮選效果較好。

圖5 充氣流量對反浮選效果的影響Fig.5 Effect of aeration flow rate on reverse flotation

2.4 沖洗水流量對反浮選效果的影響

在浮選柱中，反浮選脫鎂時有較厚的泡沫層，并且充氣流量也較大，泡沫容易帶出大量的雜質和磷，需要用沖洗水將一部分含磷礦物帶回到精礦中。但是由于反浮選脫鎂時，和捕收劑結合的都是較小的顆粒，沖洗水流量過大會導致捕收劑和礦物的脫附，從而導致精礦P2O5品位較低，不利于浮選；而沖洗水流量過小則會導致泡沫夾帶出含磷礦物，導致精礦產率和P2O5回收率降低。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為600 L·h-1、柱徑比為8的條件下，考察沖洗水流量對反浮選效果的影響，結果如圖6所示。

圖6 沖洗水流量對反浮選效果的影響Fig.6 Effect of washing water flow rate on reverse flotation

從圖6可知，隨著沖洗水流量的增大，精礦P2O5品位逐漸降低，精礦產率和P2O5回收率逐漸升高。在沖洗水流量低于6 L·h-1時，精礦P2O5品位降低較慢，之后降低較快。綜合考慮，沖洗水流量為6 L·h-1時，反浮選效果較好。

2.5 柱徑比對反浮選效果的影響

柱徑比代表浮選柱里液面的高度，即泡沫層的厚度。液面越高，泡沫層厚度越薄，礦化的礦物泡沫在浮選柱里的停留時間越短，礦物和捕收劑發生脫附的概率就越小，精礦P2O5品位就越高；但是停留時間越短，泡沫層帶出的有效礦物也越多，導致精礦產率和P2O5回收率較低。在捕收劑用量為1.2 kg·t-1、磷酸用量為7 kg·t-1、充氣流量為600 L·h-1、沖洗水流量為6 L·h-1的情況下，考察柱徑比對反浮選效果的影響，結果如圖7所示。

圖7 柱徑比對反浮選效果的影響Fig.7 Effect of column diameter ratio on reverse flotation

從圖7可知，隨著柱徑比的增大，精礦P2O5品位逐漸上升，精礦產率和P2O5回收率逐漸降低。這是因為，柱徑比增大即液面逐漸升高，泡沫層厚度逐漸變薄，泡沫在浮選柱內的停留時間也越短，泡沫層夾帶出的含磷礦物越來越多。綜合考慮，柱徑比為8時，反浮選效果較好。

綜上，確定最佳脫鎂工藝條件為：捕收劑用量1.2 kg·t-1、磷酸用量7 kg·t-1、充氣流量600 L·h-1、沖洗水流量6 L·h-1、柱徑比8。

2.6 尾礦的化學組成分析

在最佳脫鎂工藝條件下進行反浮選實驗，所得尾礦的化學組成見表2。

表2 尾礦的化學組成分析/%

從表2可以看出，精礦P2O5品位為27.36%、MgO含量為0.64%；尾礦P2O5品位為4.20%、MgO含量為8.30%，反浮洗脫鎂效果較好。

2.7 浮選柱和浮選機的反浮選效果比較

在浮選機中用較優的藥劑制度進行反浮選脫鎂實驗，其工藝流程如圖8所示。

圖8 浮選機反浮選脫鎂工藝流程Fig.8 Process flow of reverse flotation for magnesium removal using flotation machine

浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果比較如表3所示。

從表3可以看出，浮選柱在更短的反浮選工藝流程作業下，精礦P2O5品位和浮選機的相差不大，但是精礦產率和P2O5回收率要遠高于浮選機的。因此，浮選柱反浮選脫鎂效果優于浮選機。

表3 反浮選脫鎂效果比較/%

3 結論

利用浮選柱對高硅鎂中低品位膠磷礦(P2O525.74%、MgO 1.31%、SiO213.79%)進行了反浮選脫鎂實驗，優化了反浮選脫鎂工藝，并比較了浮選柱和浮選機的反浮選脫鎂效果。確定最佳脫鎂工藝條件為：捕收劑用量1.2 kg·t-1、磷酸用量7 kg·t-1、充氣流量600 L·h-1、沖洗水流量6 L·h-1、柱徑比8，在此條件下，得到P2O5品位為27.36%、MgO含量為0.64%的精礦，且精礦產率為92.65%，P2O5回收率為98.71%。浮選柱可以創造更好的浮選環境，浮選柱反浮選脫鎂效果優于浮選機。為后續的反浮選脫硅實驗打下良好的基礎。