膠磷礦選礦回水處理及應用研究

鄭光明，孫樺林，沈維云，李 防，高先紅，曾慶林

（1.湖北興發化工集團股份有限公司，湖北 興山 443700；2.宜都興發化工有限公司，湖北 宜都 443300）

目前，用于膠磷礦浮選的捕收劑大多以混合脂肪酸為主要原料加以生產［1-2］。該藥劑在常溫高濃度下以固態形式存在，使用時需利用清水將其配制為低濃度溶液。若能實現利用浮選回水代替清水配制捕收劑，不僅有一定經濟效益，更可顯著改變選礦體系的水平衡，提升園區消納高磷廢水的能力，為園區水平衡及降本增效提供助力。

膠磷礦浮選需要大量水資源［3-4］，由于磷礦石性質以及多種浮選藥劑的添加，浮選回水成分復雜，含有大量有機物和無機礦物離子［5-7］，若直接用于捕收劑的配制，對其性能影響較大。為此，筆者針對磷礦單一反浮選回水加以研究，在驗證主要雜質離子及pH的影響情況后，采用合適的處理方案處理，并利用處理得到的回水代替清水配制捕收劑，可達到同樣的選礦指標。

1 原礦性質和試驗方法

1.1 原礦性質

試驗所用原礦化學多元素分析結果見表1。

表1 原礦主要化學成分 %

礦石為鈣質磷塊巖，利用脂肪酸類捕收劑脫除含鎂碳酸鹽便可得到最終精礦。以此礦來驗證所配XFP-01捕收劑（脂肪酸類捕收劑）的分選性能。

宜昌某磷礦選礦廠浮選回水水質分析結果見表2。

表2 浮選回水水質分析結果

由表2數據可以看出，針對該車間回水，主要考察的影響離子包括鈣、鎂、磷酸根、氟離子等。

1.2 試驗方法

（1）利用清水在不同雜質、不同濃度、不同pH條件下模擬選礦回水，進行XFP-01捕收劑的配制，隨后利用所得藥劑進行浮選驗證試驗，考察主要雜質離子及pH對XFP-01捕收劑分選性能的影響程度。

（2）結合試驗結果，對選礦車間回水，利用氫氧化鈉加以處理，固液分離后，取清液配制XFP-01捕收劑，隨后進行浮選驗證試驗，同時與清水配藥試驗結果加以對比。

驗證試驗浮選流程見圖1。

圖1 驗證試驗浮選流程

驗證試驗主要考察所配藥劑的起泡性能和分選指標（以精礦w（MgO）低于0.8%為考察標準）。

2 試驗結果分析

2.1 雜質離子及pH影響試驗

在圖1所示浮選條件下，分別探究鎂離子、鈣離子、磷酸根離子、氟離子及pH對XFP-01捕收劑分選效果的影響。

2.1.1 Mg2+的影響

磷礦浮選捕收劑大多以混合脂肪酸為原料加以生產，XFP-01捕收劑也不例外，當水中Mg2+含量高時，可與脂肪酸鹽發生反應生成沉淀，干擾捕收劑與目的礦物的結合，降低藥劑效果，惡化分選指標。

試驗利用氯化鎂配制w（Mg2+）50、100、150、200 mg/kg的模擬回水，用于捕收劑XFP-01的配制，并驗證Mg2+對XFP-01捕收劑分選性能的影響，試驗結果見表3。

表3 鎂離子對XFP-01捕收劑分選性能的影響

表3試驗結果表明，鎂離子對XFP-01捕收劑分選性能帶來較大影響。精礦MgO含量隨模擬回水中Mg2+含量的增加而增加，在模擬回水w（Mg2+）為150 mg/kg時，精礦MgO含量便幾乎無法達標，且進行藥劑配制時，可明顯看到難溶沉淀物生成，藥劑呈糊狀，捕收劑起泡性嚴重下降。在回水處理時，需優先考慮鎂離子的脫除。

2.1.2 Ca2+的影響

Ca2+對捕收劑XFP-01的影響與Mg2+基本相同，進行配藥時同樣會與脂肪酸鹽發生反應生成沉淀，影響藥劑效果。

試驗利用氯化鈣配制w（Ca2+）300、450、600、750 mg/kg的模擬回水，用于捕收劑XFP-01的配制，并驗證Ca2+對XFP-01捕收劑分選性能的影響，試驗結果見表4。

表4 鈣離子對XFP-01捕收劑分選性能的影響

表4試驗結果表明，精礦w（MgO）隨著模擬回水Ca2+含量的增加而增加，但相比鎂離子影響更小一些，在w（Ca2+）大于450 mg/kg時，精礦指標不達標。試驗時同樣發現所配捕收劑產生較多沉淀物，呈糊狀，起泡性能下降。在進行回水處理時，也需考慮對鈣離子的脫除。

2.1.3 F-的影響

試驗利用氟化鈉配制w（F-）300、600、1 200、3 000 mg/kg的模擬回水，用于捕收劑XFP-01的配制，并驗證F-對XFP-01捕收劑分選性能的影響，試驗結果見表5。

表5 氟離子對XFP-01捕收劑分選性能的影響

表5試驗結果表明，F-對捕收劑的危害較小，在模擬回水w（F-）3 000 mg/kg的條件下，藥劑分選效果仍未產生明顯變化，且未出現藥劑起泡性能降低的現象。在回水處理中，可暫不考慮F-的影響。

2.1.4 總磷的影響

試驗還通過添加磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽、磷酸鹽考查總磷對捕收劑分選性能的影響。試驗結果表明，回水中總磷對精礦指標及泡沫現象均無明顯影響，回水處理時可不考慮。

2.1.5 pH的影響

試驗利用磷酸配制pH為4、5、6、7的模擬回水，進行捕收劑XFP-01的配制，觀察所配捕收劑狀態。

結果發現，在模擬回水pH低于6時，所配捕收劑液面漂浮一層油狀物，無法完全溶解，藥劑分選效果極差。究其原因，在生產脂肪酸類捕收劑時，需將脂肪酸進行皂化得到脂肪酸皂，在酸性環境下，所得到的脂肪酸皂會發生反應，生成脂肪酸，使捕收劑溶解分散性能下降，分選性能降低。

2.1.6 試驗小結

依據雜質離子及pH影響試驗研究結果，回水中所含鎂離子、鈣離子是主要危害離子，當w（Mg2+）超過150 mg/kg、w（Ca2+）超過450 mg/kg時，因鎂離子、鈣離子與脂肪酸鹽發生反應形成沉淀，使得所配捕收劑呈現糊狀，起泡性能和分選性能下降；當pH小于6時，脂肪酸皂將發生反應生成脂肪酸，影響捕收劑的溶解分散性能，進而影響藥劑效果。因此在進行回水處理時，需優先考慮去除鎂離子、鈣離子，同時將回水調整至堿性環境。

2.2 回水處理試驗

采用氫氧化鈉處理回水，具體操作為：加入適量氫氧化鈉調整回水pH至堿性，攪拌5 min后得反應漿液，沉淀鈣離子、鎂離子，固液分離后，分析清液鈣離子、鎂離子含量，同時利用清液進行捕收劑配制，按圖1所示浮選流程進行浮選驗證試驗。不同處理所得清液鈣離子、鎂離子含量對比見表6，利用清液配制捕收劑時的浮選試驗結果見表7。

表6 不同處理所得清液鈣離子、鎂離子質量分數及pH對比

表7 不同處理所得清液配制捕收劑時的浮選試驗結果

試驗結果表明：經氫氧化鈉處理后，回水中鈣離子、鎂離子含量得到顯著降低，回水也由原先的酸性（pH=4.5）調整為堿性（pH≥7.5）。處理后回水pH≥8.5時，用其清液所配制捕收劑浮選所得精礦指標滿足生產需求，與清水配藥浮選指標（精礦產率60.38%，精礦w（MgO）0.60%，Mg2+脫除率89.79%）差距較小，可實現代替清水配藥的目的。

3 結論

（1）試驗分析Ca2+、Mg2+、F-、總磷等對脂肪酸類捕收劑分選性能的影響，證明F-和總磷含量對脂肪酸類捕收劑性能的影響較小，Mg2+和Ca2+影響最大，與脂肪酸類捕收劑發生反應生成難溶性化合物，降低藥劑起泡性能，破壞藥劑分選性。

（2）采用酸性回水配藥，會使已皂化的脂肪酸鹽發生反應生成脂肪酸，降低藥劑溶解分散性能，破壞藥劑的分選性。

（3）利用氫氧化鈉對選礦車間回水進行處理，將回水pH調整到8.5以上后，清液鈣離子、鎂離子含量得到明顯降低。取其清液進行捕收劑的配制，捕收劑的起泡性能和分選性能與清水配藥無異，可實現代替清水配制脂肪酸類捕收劑的目的。