貴州某磷礦正-反浮選試驗研究①

代 典，梁 歡，潘志權，何東升

（1．武漢工程大學 國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢430073；2．武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北武漢430073；3．武漢工程大學 資源與安全工程學院，湖北 武漢430073）

磷礦是生產磷化產品的基礎原料，廣泛應用于醫藥、食品、染料、陶瓷、國防等工業部門，又因其不可再生性而屬于國家重點戰略資源。我國磷礦資源稟賦差異大，因含有復雜的伴生礦物而以中低品位礦居多，其中某些磷礦伴生有稀土資源，具有極高的潛在價值［1－9］。

本文對貴州某P2O5品位11．68%、MgO含量10．87%的低品位磷礦石進行了浮選試驗研究，確定了合適的磨礦細度、藥劑用量以及浮選工藝流程，在模擬工業生產進行多次閉路循環試驗之后，精礦P2O5品位穩定在28%左右。本研究工作可為該類型磷礦石選礦提供一定技術依據。

1 礦石性質及試驗方法

1．1 礦石性質

采用X射線熒光光譜分析（XRF）對試驗礦石進行了化學多元素分析，結果見表1。

表1 礦石X射線熒光光譜測試結果（質量分數）／%

根據《磷礦地質勘察規范》（DZ／T 0209—2002）中磷礦石工業類型分類標準，雖然該磷塊巖礦中P2O5品位稍低于邊界品位，但CaO／P2O5比2．95，酸不溶物含量17．59%，該磷塊巖礦屬于低品位碳酸鹽型磷礦石。

XRD分析結果表明，該磷塊巖礦中磷主要以氟磷灰石形式存在，主要脈石礦物為白云石、石英及長石等黏土礦物。礦石中礦物賦存狀態測定結果見表2。

表2 礦石樣品中礦物賦存狀態測定結果

MgO基本賦存于白云石中，91．63%的SiO2賦存于石英中。因此，需要通過浮選白云石來達到去除MgO的目的，同時需要通過抑制石英來達到去除90%左右SiO2的目的。

1．2 試驗試劑及儀器設備

試驗試劑包括Na2CO3（分析純）、工業水玻璃、工業硫酸、工業磷酸、PL-9和LP-3等。其中PL-9為膦酸類捕收劑，LP-3為磺酸類捕收劑，均為武漢工程大學自主研發的藥劑。

試驗儀器設備包括X射線熒光光譜儀（ZSX Primus II）、X射線衍射儀（Bruker D8 ADVANCE）、電感耦合等離子光譜儀（PerkinElmer 8300）、球棒兩用磨礦機（XMB-68Φ160×200）、0．5 L單槽浮選機（RX／FD111）等。

2 選礦試驗研究

工藝礦物學研究結果表明，該礦石雖屬碳酸鹽型磷礦石，但SiO2含量高達15%，只采用單一反浮選流程難以實現磷灰石的高效富集。因此，本文先采用正浮選分離石英等硅質脈石礦物，再通過反浮選實現磷灰石與白云石等碳酸鹽脈石礦物的分離。

2．1 正浮選試驗

2．1．1 磨礦細度試驗

磨礦細度是影響浮選穩定的一個重要指標，想要最大化地提高處理量，就必須讓目標礦物盡可能單體解離，礦石經破碎后解離度不達標，浮選機產生的氣泡難以負載過粗的礦粒（＋0．1 mm粒級）使得目標礦物依舊留在浮選槽內，導致精礦回收率低，過細的礦粒（小于0．006 mm）極易使得礦漿泥化，增加浮選分選難度，導致選擇性降低。

按圖1所示流程和藥劑制度，進行了磨礦細度條件試驗，結果見圖2。

圖1 正浮選工藝流程

圖2 磨礦細度對正浮選指標的影響

由圖2可知，－0．074 mm粒級含量低于90%時，硅酸鹽礦物與磷礦物解離不完全，尾礦中P2O5含量高達10%左右；隨著磨礦細度增高，硅酸鹽礦物與磷礦物充分解離，尾礦P2O5含量減至5%左右，但當－0．074 mm粒級含量達到96．96%后，尾礦P2O5含量下降幅度趨于平緩。考慮尾礦中P2O5含量滿足直接拋尾要求，選定磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%，磨礦時間30 min。

2．1．2 Na2CO3用量試驗

Na2CO3在礦漿中發生電離-水解作用，碳酸根水解產生的OH－能使礦漿pH值保持在8～10的穩定區間內，同時能使鎂、鈣、鐵等有害離子在弱堿性條件下生成難溶性沉淀，避免其在浮選磷灰石過程中產生抑制作用，提高浮選過程捕收劑選擇性。磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進行了Na2CO3用量條件試驗，結果見圖3。

由圖3可知，隨著Na2CO3用量增加，精礦P2O5回收率逐漸升高，而精礦品位變化不大。當Na2CO3用量超過3．5 kg／t時，P2O5回收率升高趨勢減弱，尾礦P2O5品位下降趨勢減緩，且泡沫為黏稠狀態，不易消泡。因此選定Na2CO3用量3．5 kg／t。

圖3 Na2 CO3用量對正浮選指標的影響

2．1．3 水玻璃用量試驗

水玻璃成分復雜，以各類硅酸類化合物混雜共存于體系當中。而起到抑制作用的主要是H2SiO3和。硅酸膠粒和硅酸離子因強大復雜的羥基結構而具有較強的水化性，易于吸附在具有相同酸根的脈石礦物如石英、硅酸鹽等表面，形成一層親水膜，產生抑制作用。磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進行了水玻璃用量條件試驗，結果見圖4。

圖4 水玻璃用量對正浮選指標的影響

由圖4可知，隨著水玻璃用量增大，精礦回收率逐漸降低，精礦P2O5品位逐漸升高。當水玻璃用量達1．2 kg／t時，繼續增加水玻璃用量，尾礦P2O5含量呈增高態勢。考慮到尾礦直接拋尾，尾礦P2O5回收率不宜高于6%，選定水玻璃用量1．2 kg／t。

2．1．4 PL-9用量試驗

磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%，按圖1所示流程進行了正浮選捕收劑PL-9用量條件試驗，結果見圖5。

由圖5可知，隨著PL-9用量增加，精礦回收率呈升高趨勢，精礦P2O5品位呈緩慢下降趨勢。當PL-9用量達到0．6 kg／t時，精礦回收率升高趨勢變小。考慮藥劑成本和選礦指標，選擇PL-9用量0．6 kg／t。

圖5 捕收劑PL-9用量對正浮選指標的影響

2．2 反浮選流程試驗

2．2．1 H2SO4用量試驗

在正浮選脫硅基礎上，選用H2SO4作為反浮選pH調整劑。硫酸電離出的H＋離子能使礦漿pH值保持在弱酸性，同時可通過改變磷礦物表面電荷，增強磷礦物親水性，并且浸蝕碳酸鹽礦物表面達到提高礦物分選性的作用。反浮選流程如圖6所示，反浮選H2SO4用量條件試驗結果見圖7。

圖6 反浮選工藝流程

圖7 H2 SO4用量對反浮選指標的影響

由圖7可知，H2SO4用量太少，礦漿pH值偏高，對含磷礦物抑制作用不強，分選性差，得到的精礦P2O5品位低；而H2SO4用量過大，在分解碳酸鹽礦物的同時也分解了少量磷礦物，導致精礦P2O5損失量過多。考慮精礦P2O5品位和生產成本，選定H2SO4用量24 kg／t。

2．2．2 捕收劑LP-3用量試驗

選定H2SO4用量24 kg／t，按圖6所示流程進行了反浮選捕收劑LP-3用量試驗，結果見圖8。

圖8 捕收劑LP-3用量對反浮選指標的影響

由圖8可知，LP-3用量小于1．4 kg／t時，精礦P2O5品位低于28%，不能滿足工業生產要求；LP-3用量大于1．4 kg／t時，精礦回收率大幅度降低。綜合考慮精礦P2O5品位和生產成本，選定LP-3用量1．4 kg／t。

2．3 閉路試驗

在條件試驗基礎上，進行了正浮選-反浮選閉路試驗，試驗流程見圖9。其中試驗用水和中礦均模仿工廠生產方式用于循環，連續重復進行了5組試驗，所得閉路循環浮選指標如表3所示。

圖9 閉路試驗數質量流程

由表3可知，當磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%、Na2CO3用量3．5 kg／t、工業水玻璃用量1．2 kg／t、正浮選捕收劑PL-9用量0．6 kg／t，H2SO4用量30 kg／t、H3PO4用量8 kg／t、反浮選捕收劑LP-3用量1．2 kg／t時，經“正浮選、一粗兩掃反浮選”閉路浮選，可獲得P2O5品位28．04%、回收率81．92%、MgO含量0．75%的磷精礦。

表3 閉路試驗結果

3 結 論

貴州某低磷層白云質磷塊巖礦P2O5品位11．68%、CaO含量33．52%，主要雜質元素MgO含量10．87%、SiO2含量17．59%。通過對該低品位磷塊巖礦進行探索性選礦試驗，在磨礦細度－0．074 mm粒級占96．96%條件下，經過常溫“正浮選、一粗兩掃反浮選”閉路浮選，獲得了P2O5品位28．04%、回收率81．92%、MgO含量0．75%的磷精礦。