WF-04反浮選貴州某鈣鎂質磷礦及作用機理研究*

石 波,徐 偉，,田 言,陳 躍, 趙媛媛, 程 潛,梅光軍

(1.武漢理工大學 資源與環境工程學院, 湖北 武漢 430070;2.中低品位磷礦及其伴生資源高效利用國家重點實驗室, 貴州 貴陽 550002)

0 引言

磷礦是不可再生資源，也是不可替代的資源，在國民經濟和社會發展中占有重要地位[1-2]。我國磷礦資源豐富，儲量大，但大多為中低品位磷礦，含有大量的雜質，MgO就是其中之一。絕大部分鎂雜質以白云石的形式賦存于磷礦中，如果磷礦中的MgO質量分數超過1%，將會對濕法磷酸的生產產生不利影響[3-4]。針對中低品位膠磷礦一般采用單一正浮選、單一反浮選、正反(反正)浮選以及雙反浮選等工藝進行除雜。對于硅質膠磷礦，一般采用正浮選法；對于硅鎂質膠磷礦，通常采用正反浮選法；而對鈣鎂質或鎂質膠磷礦，則采用反浮選法[5-6]。本試驗針對貴州某中高品位鈣鎂質磷礦，通過單一反浮選工藝流程篩選藥劑及其用量，以達到脫除含鎂雜質的目的。

1 試驗礦樣及藥劑

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣取自貴州某地，屬于中高品位鈣鎂質磷礦石，其中有用礦物為磷礦物，絕大部分為氟磷灰石，少量為膠磷礦，有用礦物粒徑較小，屬細粒嵌布，且共生關系復雜。脈石礦物主要為白云石和方解石，伴有少量硅質物、黏土礦物，大多以微細粒嵌布在膠磷礦中，分布不均勻。原礦多元素分析結果見表1。

表1 原礦多元素分析結果 單位：%

由表1可知，倍半氧化物(Fe2O3和Al2O3)的質量分數較低，只需要考慮鈣鎂質脈石礦物白云石和方解石的脫除，就可獲得合格的磷精礦產品。

1.2 礦石粒度分布及特征

對粒徑為1 mm的原礦進行篩析，結果見表2。

表2 粒徑為1 mm的原礦的粒度分布

由表2可知，P2O5品位在各粒級中的差別不大，大部分P2O5分布在+150 μm粒級，分布率為55.04%。

1.3 試驗藥劑

捕收劑為WF-01和WF-04，主要成分為工業脂肪酸皂，用水配制成質量分數為1%的溶液；pH調整劑為硫酸，質量分數為10%。

2 試驗結果及討論

2.1 磨礦細度試驗

在礦漿質量分數為25%的條件下，按圖1所示的1粗1精單反浮選工藝流程進行磨礦細度試驗，結果見表3。由表3可知，隨著磨礦細度的增加，精礦產率、P2O5品位和P2O5回收率均有所下降。綜合考慮，選擇磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%。通過1粗1精反浮選工藝流程試驗，得到的磷精礦P2O5品位為32.38%、P2O5回收率為93.13%，尾礦1 的P2O5品位為8.35%，尾礦2的P2O5品位為13.96%。

圖1 磨礦細度試驗流程

表3 磨礦細度試驗結果 單位：%

2.2 捕收劑種類試驗

在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、硫酸用量為13 kg/t、捕收劑用量為0.40 kg/t的條件下，通過反浮選1次粗選工藝流程試驗探索捕收劑WF-01、WF-04對礦樣的浮選效果，結果見表4。

表4 捕收劑種類試驗結果 單位：%

由表4可知，以WF-04作為捕收劑，獲得的磷精礦質量指標接近擬定的技術指標(P2O5品位不低于32.5%、P2O5回收率不低于92.0%、MgO質量分數不高于1.0%)。而以WF-01作為捕收劑，獲得的磷精礦質量指標達不到擬定的技術指標要求，需要進行多段浮選。因此，選擇WF-04作為該礦樣的捕收劑，以反浮選1次粗選工藝流程進行試驗。

2.3 硫酸用量試驗

硫酸是常用的pH調整劑，而且對磷酸鹽礦物有抑制作用。在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、WF-04用量為0.40 kg/t、礦漿質量分數為25%、浮選時間為3 min的條件下進行硫酸用量試驗，結果見表5。

表5 硫酸用量試驗結果

由表5可知，隨著硫酸用量的增加，精礦產率略有增加，而精礦P2O5品位、P2O5回收率、MgO質量分數變化均不大。基于節約成本、減少藥劑用量考慮，確定硫酸用量為11 kg/t。

2.4 WF-04用量試驗

在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、硫酸用量為11 kg/t、礦漿質量分數為25%、浮選時間為3 min的條件下進行WF-04用量試驗，結果見表6。由表6可知，隨著WF-04用量的增加，精礦產率、MgO質量分數、P2O5回收率逐漸降低，只有P2O5品位略有升高。當WF-04用量為0.40 kg/t時，磷精礦指標可以達到擬定的技術指標要求。因此，確定WF-04用量為0.40 kg/t。

表6 WF-04用量試驗結果

2.5 礦漿質量分數試驗

在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、硫酸用量為11 kg/t、WF-04用量為0.40 kg/t、浮選時間為3 min的條件下進行礦漿質量分數試驗，結果見表7。

表7 礦漿質量分數試驗結果 單位：%

由表7可知：隨著礦漿質量分數的增加，精礦產率逐漸下降，而精礦P2O5品位、P2O5回收率、MgO質量分數變化均不大；當礦漿質量分數為25%時，精礦P2O5品位最高，為32.84%，P2O5回收率為93.20%。因此，確定礦漿質量分數為25%。

2.6 浮選時間試驗

在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、硫酸用量為11 kg/t、WF-04用量為0.40 kg/t、礦漿質量分數為25%的條件下進行浮選時間試驗，結果見表8。

表8 浮選時間試驗結果

由表8可知，隨著浮選時間的增加，精礦產率有所下降，而精礦P2O5品位、P2O5回收率、MgO質量分數變化均不大。當浮選時間為3.0 min時，磷精礦P2O5品位、P2O5回收率在這組試驗中的指標最好。

2.7 最佳條件驗證試驗

根據上述試驗所得的最優條件，在磨礦細度為-0.075 mm質量分數占60.60%、硫酸用量為11 kg/t、WF-04用量為0.40 kg/t、礦漿質量分數為25%、浮選時間為3.0 min的條件下，對該礦樣進行反浮選驗證試驗，結果見表9。

表9 最佳條件驗證試驗結果 單位：%

由表9可知，通過反浮選1次粗選，得到的磷精礦的P2O5品位為33.06%、P2O5回收率為93.07%、MgO質量分數為0.75%。該工藝流程簡單，經過1次粗選就可以脫除試樣中的鈣鎂質脈石礦物。

2.8 捕收劑WF-04在白云石表面的吸附機理

2.8.1 Zeta電位

測試了捕收劑WF-04對白云石表面電位的影響，結果見圖2。由圖2可以看出，隨著pH的增大，白云石的Zeta電位逐漸減小；當pH大于10時，白云石的Zeta電位開始回升。由吸附了WF-04的白云石的Zeta電位曲線可以看出，WF-04對白云石表面的Zeta電位的影響較大。白云石本身的Zeta電位的絕對值比吸附了WF-04的白云石的低，表明在白云石表面吸附了大量的WF-04，造成白云石表面的Zeta電位發生了變化。在pH為5附近時，白云石與吸附了WF-04的白云石的Zeta電位差值最大，說明在此范圍內白云石對WF-04的吸附能力最強。

圖2 WF-04對白云石表面電位的影響

2.8.2 紅外光譜分析

對白云石以及吸附了WF-04的白云石進行紅外光譜分析，結果見圖3。

圖3 吸附WF-04前后的白云石的紅外光譜

由圖3可以看出：1 439 cm-1處是CO32-反對稱伸縮振動吸收峰，880 cm-1處是CO32-面外彎曲振動吸收峰，726 cm-1處是CO32-面內彎曲振動吸收峰，這些都是白云石的特征吸收峰；2 919 cm-1附近出現了較弱的吸收峰，是烷基C-H的伸縮振動吸收峰；在1 649 cm-1處出現了較強的吸收峰，為酯基(-COOR)的吸收峰，是酯基與Ca2+配位生成了沉淀，吸附在了礦石表面；1 031 cm-1處是C-C單鍵的骨架振動吸收峰；668 cm-1處是烯烴的C-H面外彎曲振動吸收峰。因此，WF-04在白云石表面的吸附主要為化學吸附，另有少量的物理吸附。

3 結論

a.以WF-04為捕收劑通過反浮選1次粗選工藝流程對貴州某磷礦進行反浮選脫鎂試驗，得到了P2O5品位為33.06%、P2O5回收率為93.07%、MgO質量分數為0.75%的磷精礦指標。

b.Zeta電位和紅外光譜測定結果表明，WF-04在白云石表面主要為化學吸附，另有少量的物理吸附。