磷選礦回水處理的優化探討

占其軍

(湖北大峪口化工有限責任公司 湖北鐘祥 431910)

從國內外選礦廢水處理現狀看，對選礦廢水進行處理使之達到排放標準，不僅處理難度大，而且處理成本非常高，因為廢水中除含有大量金屬離子外，還含有較多的有機物。隨著國家對環保要求的提高，選礦廢水的處理難度及成本也將不斷提升。對選礦廢水進行處理，使廢水回用對生產指標沒有影響或影響甚微是可行的，不僅節約用水，還可以減少對環境的污染，環境效益和社會效益非常顯著。從國內外選礦廢水凈化處理的發展趨勢看，對選礦廢水進行適當處理并全部回用，是今后選礦回水凈化處理的主要途徑。

湖北大峪口化工有限責任公司(以下簡稱湖北大峪口公司)有5套浮選裝置，年處理磷礦石3 000 kt，采用正反浮選工藝去除磷礦中的大部分雜質，生產出滿足磷復合肥生產要求的磷精礦。大峪口磷礦屬沉積磷塊巖礦床，礦石品位低，雜質多，嵌布粒徑小，在選礦過程中要求磨礦細度高、耗藥量大、產生廢水多。據生產統計，處理1 t原礦要消耗4 t水，因此每年選礦消耗的水大約為12 000 kt。因磷礦以礦漿的形式輸送至磷酸車間，每年產生的廢水約為10 000 kt，廢水包括濃密機溢流水和尾礦水。

1 試驗部分

用化學試劑配制不同含量的雜質離子溶液，通過浮選開路試驗，確定影響大峪口磷礦浮選的水質指標，對比生產成本后，選擇最經濟的水質控制指標。

1.1 原料

礦石來自湖北大峪口公司露采三層礦，其化學組成：w(P2O5)為18.24%，w(MgO)為3.93%，w(Fe2O3)為1.18%，w(Al2O3)為0.73%，w(CaO)為29.56%，w(SiO2)為32.97%，w(燒失量)為10.67%。用于反浮選的礦漿指標：w(P2O5)為29.35%，w(MgO)為2.58%，w(Fe2O3)為0.72%，w(Al2O3)為1.23%，w(CaO)為44.68%，w(SiO2)為13.32%，w(燒失量)為4.05%。

1.2 藥劑

20%(質量分數，下同)碳酸鈉溶液，10%正捕收劑溶液(C1)，10%反捕收劑溶液(JVC)，10%抑制劑溶液(DYK)，以上所用藥劑均為工業級；無水氯化鈣、無水硫酸鈉、氯化鎂、磷酸二氫鉀為分析純；蒸餾水。

1.3 儀器設備

XMB-70型三輥棒磨機、RK/FD0.75型單槽浮選機、XTLZΦ260/Φ200型多用真空過濾機、RK/DRX-4型電熱恒溫干燥箱，武漢洛克粉磨設備制造有限公司。

2 結果與討論

2.1 4種離子對正浮選效果的影響

圖1 大峪口磷礦正浮選試驗流程

2.1.1 Ca2+對正浮選效果的影響

用無水氯化鈣配制Ca2+質量濃度分別為100、200、300、400、500 mg/L的礦漿，按圖1流程及條件進行正浮選試驗，結果見表1。

從表1可以看出：Ca2+質量濃度增大會造成精礦品位下降及磷回收率降低；當Ca2+質量濃度為300 mg/L時，變化趨勢開始明顯；當Ca2+質量濃度大于400 mg/L時，磷回收率下降較快。其原因可能是Ca2+與正捕收劑(硬脂肪酸鹽)反應生成鈣鹽沉淀，使正捕收劑失去活性；又Ca2+是脈石的活化劑，可能導致正捕收劑失去選擇性。

2.1.2 Mg2+對正浮選效果的影響

用無水氯化鎂配制Mg2+質量濃度分別為20、40、60、80、100 mg/L的礦漿，按圖1流程及條件進行正浮選試驗，結果見表2。

從表2可以看出：Mg2+質量濃度增大會造成精礦品位下降及磷回收率降低；當Mg2+質量濃度為40 mg/L時，變化趨勢開始明顯；當Mg2+質量濃度大于80 mg/L時，磷回收率下降較快，其原因與Ca2+類似。

表1 Ca2+對正浮選效果的影響

表2 Mg2+對正浮選效果的影響

表對正浮效果的影響

表對正浮選效果的影響

2.1.5 正浮選試驗小結

2.2 4種離子對反浮選效果的影響

圖2 大峪口磷礦反浮選試驗流程

表對反浮選效果的影響

表對反浮選效果的影響

2.2.3 Mg2+對反浮選效果的影響

采用與正浮選試驗相同的方法配制Mg2+質量濃度分別為500、1 000、1 500、2 000、2 500 mg/L的礦漿，按圖2流程及條件進行反浮選試驗，結果見表7。

2.2.4 Ca2+對反浮選效果的影響

采用與正浮選試驗相同的方法配制Ca2+質量濃度分別為100、200、300、400、500 mg/L的礦漿，按圖2流程及條件進行反浮選試驗，結果見表8。

2.2.5 反浮選試驗小結

表7 Mg2+對反浮選效果的影響

表8 Ca2+對反浮選效果的影響

2.3 討論

(2)礦物都有一定的溶解度，其中鹽類礦物溶解度較大，在其飽和水溶液中溶解有較多的礦物晶格離子，如Ca2+、Mg2+、Ca(OH)+、Mg(OH)+、[Ca(OH)3]-、[Mg(OH)3]-等，對浮選過程可能產生較大影響，因此可通過控制酸堿度來調節晶格離子含量。

3 選礦回水的優化

大峪口選礦產生的廢水主要包括濃密機溢流水和磷浮選尾礦水，尾礦水占廢水總量的14.3%～16.7%。目前湖北大峪口公司對磷礦廢水處理分為兩大部分：一是尾礦庫設有凈化站，對尾礦水進行處理，凈化水返選礦裝置回用(主要用于磨礦及浮選消泡方面)；二是選礦裝置就近對濃密機溢流水進行處理，凈化水返選礦裝置回用。分別取樣分析濃密機溢流水、磷浮選尾礦水和雙堿法凈化處理水，結果見表9。

表9 水質測定結果

從表9可知：雙堿法凈化處理水的各項指標均滿足湖北大峪口公司正、反浮選裝置用水要求，且存在指標優化空間；濃密機溢流水的各項指標基本達到反浮選用水(消泡水)的要求，尾礦水能滿足反浮選用水的要求。

在實際生產中,尾礦水達到處理要求Ca2+質量濃度≤350 mg/L、Mg2+質量濃度≤50 mg/L時，石灰、純堿分別消耗1.0、1.2 kg/t，濃密機溢流水分別消耗石灰4.5 kg/t、純堿3.5 kg/t。單從藥劑消耗看，濃密機溢流水的處理成本遠高于尾礦水的，若能將濃密機溢流水直接用于反浮選消泡，則可大幅降低水處理成本。經討論，認為濃密機溢流水直接回用可行性高、風險小。先對一套浮選裝置進行試用，結果表明與試驗數據基本吻合，直接回用后精礦質量降低[要求精礦指標為：w(P2O5)≥30%，w(MgO)≤1.2%]，MgO含量偏高。在后續生產中加大了JVC的用量，精礦質量明顯改善，生產數據見表10。

表10 JVC用量調整前后72 h生產數據對比

通過對幾個月的生產數據分析，為達到生產指標要求，直接回用濃密機溢流水增大了JVC的用量，消耗量提高了0.1 kg/t，但由于濃密機溢流水呈酸性，硫酸產量降低了2 kg/t；濃密機溢流水處理量明顯下降，從6 000 t/d降至3 000 t/d。

在尾礦回水處理指標上，適當上調原指標(Ca2+質量濃度≤350 mg/L，Mg2+質量濃度≤50 mg/L)，控制Ca2+質量濃度≤400 mg/L。根據指標的調整，同樣調整C1用量以彌補Ca2+增加對浮選的影響，最終保證精礦質量與磷回收率。通過生產數據對比，調整指標后，C1用量增加了0.2 kg/t，純堿消耗降低了1.5 kg/t，正選磷回收率及品位可基本恢復到調整前水平。

4 優化后經濟評價

根據正、反浮選對水質的要求，采取不同的優化方式處理磷選礦廢水，達到了大量使用選礦廢水和降低生產成本的目的。優化后成本增加部分：C1消耗增加260 t/a(以精礦產量1 300 kt/a計)，JVC消耗增加130 t/a，成本增加175萬元/a。成本減少部分：硫酸消耗減少2 600 t/a，純堿消

耗減少5 100 t/a，石灰消耗減少4 050 t/a，成本減少1 031萬元/a。總經濟效益：1 031-175=856(萬元/a)。

5 結語

(1)Ca2+、Mg2+對大峪口三層礦正浮選影響較大，尤其是磷精礦品位及磷回收率隨Ca2+、Mg2+含量的增加下降明顯，當回水中Ca2+質量濃度超過400 mg/L、Mg2+質量濃度超過60 mg/L時，需去除Ca2+、Mg2+，以便回用。

(2)Ca2+、Mg2+對大峪口三層礦反浮選影響較大，磷精礦品位隨Ca2+、Mg2+含量的增加下降明顯，精礦中MgO含量隨Ca2+、Mg2+含量的增加明顯增加，磷回收率也隨Ca2+、Mg2+含量的增加而增加。當水中Ca2+質量濃度超過400 mg/L、Mg2+質量濃度超過2 000 mg/L時，需去除Ca2+、Mg2+以便回用。