水力旋流器在鐵尾礦選磷工藝中的應(yīng)用

季安坤，姜程陽，王麗娟，初福棟

威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264200

近 年來，隨著主體礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，我國礦產(chǎn)資源在逐漸減少，資源緊缺使得各行業(yè)廣泛重視尾礦中有用元素的再回收利用。磷是一種不可再生、難以替代的有限自然資源，可用于制作磷肥、磷酸及其磷酸類等化工制品，是我國重要的戰(zhàn)略資源，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中占有重要地位。河北承德地區(qū)是我國主要鐵礦產(chǎn)區(qū)之一，礦產(chǎn)資源大多為超貧釩鈦磁鐵礦，并伴生磷灰石。在選鐵作業(yè)過程中，磷灰石礦物顆粒較細(xì)、粒狀不規(guī)則，且P2O5品位較低，通常流失于鐵尾礦中。這不僅污染了環(huán)境，還浪費(fèi)了磷資源，也影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)對鐵尾礦中磷的綜合回收與利用，對節(jié)約有限磷資源具有重要意義[1-3]。

目前，河北承德地區(qū)含磷鐵尾礦處理的普遍工藝為：鐵尾礦給入斜板濃密機(jī)濃縮脫泥后，濃密機(jī)溢流排走，濃密機(jī)底流進(jìn)行浮選回收磷。該工藝雖然可以回收部分磷灰石，但依舊有部分磷灰石從斜板濃密機(jī)溢流中流失；且在實(shí)際生產(chǎn)過程中，存在斜板濃密機(jī)底流產(chǎn)率與脫泥率不能互保的問題。濃密機(jī)底流流量高時(shí)，浮選質(zhì)量分?jǐn)?shù)與脫泥率不能滿足常規(guī)正浮選要求；底流流量低時(shí)，濃密機(jī)溢流中又容易流失較多的磷灰石。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)鐵尾礦選磷流程工藝的穩(wěn)定性，以回收更多的磷灰石，承德地區(qū)部分鐵選廠對尾礦選磷工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過在斜板濃密機(jī)溢流處增加旋流器，進(jìn)一步回收濃密機(jī)溢流中的可選粒級；為在原有工藝基礎(chǔ)上盡可能多地回收磷灰石，將傳統(tǒng)單一的斜板濃密機(jī)—浮選機(jī)選磷工藝，改為斜板濃密機(jī)—浮選機(jī)粗粒浮選、水力旋流器—射流浮選 (或浮選柱) 細(xì)粒浮選并聯(lián)的工藝，并取得良好效果。筆者簡要闡述承德地區(qū)遠(yuǎn)通礦業(yè)某選廠及雙灤建龍礦業(yè)某選廠尾礦選磷工藝改進(jìn)后，水力旋流器在鐵尾礦選磷工藝中的應(yīng)用。

1 水力旋流器工作原理

水力旋流器以水作為介質(zhì)，利用旋轉(zhuǎn)離心流場可以加速礦漿中的顆粒沉降，礦漿經(jīng)進(jìn)料管以一定的壓力沿切線方向進(jìn)入旋流器內(nèi)部后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的向下螺旋運(yùn)動(dòng)。細(xì)顆粒和粗顆粒之間存在粒度和密度差異，所受離心力、向心浮力和流體曳力的大小不同。粗顆粒由于受到較大的離心作用，可以向旋流器壁面運(yùn)動(dòng)，并隨向下的外旋流從旋流器底部排出，形成底流；細(xì)顆粒由于所受離心力較小，沉降速度較慢，在一起向下運(yùn)動(dòng)的過程中，由于旋流器錐體的收縮，底流口排礦能力有限，被迫隨向上的內(nèi)旋流從旋流器頂部的溢流口排出，形成溢流。

通俗來說，經(jīng)水力旋流器分級后的物料，溢流粒度變細(xì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；底流粒度變粗，質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高。在鐵尾礦選磷工藝中，浮選法選磷對入浮質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定的要求，且入浮物料粒度不能太細(xì) (含泥量要低)。為保證良好的選磷效果，旋流器主要起到濃縮和脫泥的作用。

2 水力旋流器主要技術(shù)指標(biāo)

在鐵尾礦選磷工藝中，水力旋流器主要技術(shù)指標(biāo)為分級質(zhì)效率和底流產(chǎn)率。

2.1 分級質(zhì)效率

分級質(zhì)效率是指分級設(shè)備溢流中實(shí)際被分級出的某一粒度級別的質(zhì)量占分級設(shè)備給礦中同一粒級質(zhì)量的百分比。該指標(biāo)既考慮了溢流質(zhì)量的提高，又考慮了細(xì)粒級在溢流中的回收率。分級質(zhì)效率越高，表明分級設(shè)備的分級效果越好[4]。分級質(zhì)效率

式中：α為旋流器給礦中計(jì)算粒級含量，%；β為旋流器溢流中計(jì)算粒級含量，%；θ為旋流器沉砂中計(jì)算粒級含量，%。

2.2 底流產(chǎn)率

底流產(chǎn)率是指通過旋流器給礦、溢流、底流的質(zhì)量分?jǐn)?shù)所計(jì)算得出的底流物料干礦量占給礦干礦量的質(zhì)量比。底流產(chǎn)率越高，表明底流獲得的物料干礦量越多。旋流器底流產(chǎn)率

式中：a為旋流器給礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；b為旋流器溢流質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c為旋流器底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

3 應(yīng)用實(shí)例 1

3.1 現(xiàn)場簡介

承德地區(qū)遠(yuǎn)通礦業(yè)某選廠，原鐵尾礦經(jīng)斜板濃密機(jī)處理后，濃密機(jī)底流進(jìn)行浮選法選磷。濃密機(jī)溢流物料性質(zhì)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 9%，礦漿密度為 1.06 g/cm3，礦漿黏度為 1.105×10-3Pa·s，-18 μm 含量為 60%，P2O5品位在 2% 左右；溢流物料直接排走。

為進(jìn)一步提高尾礦資源利用率，回收更多的磷灰石，現(xiàn)場開始采用兩組 FX100-PU×42 型旋流器機(jī)組來處理斜板濃密機(jī)溢流。濃密機(jī)溢流經(jīng)旋流器濃縮脫泥后，旋流器溢流排走，旋流器底流進(jìn)行浮選法細(xì)粒級選磷。旋流器相關(guān)參數(shù)如表 1 所列。

表1 FX100 型旋流器參數(shù)Tab.1 Parameters of FX100 hydrocyclone

3.2 旋流器運(yùn)行效果

為更好匹配現(xiàn)場細(xì)粒級浮選法選磷工藝，使旋流器達(dá)到最佳運(yùn)行效果，在正常生產(chǎn)條件內(nèi)，針對旋流器進(jìn)行了不同底流口條件的取樣考察試驗(yàn)。每個(gè)底流口條件取 5 個(gè)批次樣品，取樣數(shù)據(jù)經(jīng)平均處理后，結(jié)果如表 2 所列。

表2 FX100 型旋流器運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.2 Operating data of FX100 hydrocyclone

從表 2 可以看出：20 mm 底流口條件的旋流器可以獲得更高的底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)和較少的底流 (-18μm) 細(xì)泥夾細(xì)量；但由于底流產(chǎn)率較低，平均僅有44.66%，不利于回收更多的磷灰石；針對后續(xù)浮選質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求，底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)有進(jìn)一步優(yōu)化空間。24 mm 底流口條件的旋流器雖然獲得底流產(chǎn)率較高，但底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，不利于后續(xù)浮選效果以及浮選藥劑成本的控制。相比而言，22 mm 底流口條件的旋流器綜合指標(biāo)較為優(yōu)異，它既可以保證后續(xù)浮選的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，又能保證底流產(chǎn)率，分級質(zhì)效率達(dá)到52.82%。

對浮選指標(biāo)檢測后，現(xiàn)場最終確定使用底流口為 22 mm 的旋流器。在斜板濃密機(jī)溢流物料性質(zhì)不變的條件下，旋流器獲得底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 28%、底流夾細(xì) -18 μm 占 37%、底流產(chǎn)率為 52%，分級質(zhì)效率約為 53% 的選礦指標(biāo)。旋流器底流經(jīng)后續(xù)浮選工藝處理后，最終 P2O5品位可達(dá)到 27% 左右。

4 應(yīng)用實(shí)例 2

4.1 現(xiàn)場簡介

承德地區(qū)雙灤建龍礦業(yè)某選廠，其鐵尾礦采用先強(qiáng)磁法選鈦、后浮選法選磷的工藝。原工藝僅針對斜板濃密機(jī)底流進(jìn)行選磷作業(yè)，后續(xù)為提高尾礦資源利用率和選廠經(jīng)濟(jì)效益，開始采用旋流器處理濃密機(jī)溢流。濃密機(jī)溢流物料性質(zhì)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7%，礦漿密度為 1.05 g/cm3，礦漿黏度為 1.078×10-3Pa·s，-18 μm占 76%，P2O5品位在 5.5% 左右。該物料經(jīng)旋流器濃縮脫泥后，旋流器底流進(jìn)行浮選法細(xì)粒選磷，回收更多磷灰石。現(xiàn)場采用 FX75-PU×30 型旋流器機(jī)組，共5 組，相關(guān)配置參數(shù)如表 3 所列。

表3 FX75 型旋流器參數(shù)Tab.3 Parameters of FX75 hydrocyclone

4.2 旋流器運(yùn)行效果

在正常生產(chǎn)周期內(nèi)，針對旋流器共取 4 批次樣品，取樣數(shù)據(jù)經(jīng)平均處理后，結(jié)果如表 4 所列。

表4 FX75 型旋流器運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.4 Operating data of FX75 hydrocyclone

從表 4 可以看出，在斜板濃密機(jī)溢流 (入料) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.86%、-18 μm 含量 76.43% 的條件下，利用旋流器可以獲得底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20.21%、底流夾細(xì) -18 μm 占 54.55%、底流產(chǎn)率為 42%、分級質(zhì)效率為 51% 左右的分級指標(biāo)。

原斜板濃密機(jī)溢流中 P2O5品位為 5.5% 左右，旋流器底流經(jīng)后續(xù)浮選工藝處理后，最終 P2O5品位可達(dá)到 33%。

5 結(jié)語

(1) 河北承德地區(qū)是我國主要鐵產(chǎn)區(qū)之一，其鐵尾礦中有大量伴生磷灰石資源。為回收更多的磷灰石，部分鐵選廠對鐵尾礦選磷工藝進(jìn)行了優(yōu)化，將水力旋流器應(yīng)用于選磷工藝中，配合浮選工藝處理原先拋廢的斜板濃密機(jī)溢流。

(2) 遠(yuǎn)通礦業(yè)某選廠斜板濃密機(jī)溢流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%、-18 μm 含量為 60%、P2O5品位為 2% 左右，通過 FX100 旋流器，可以達(dá)到底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 28%、底流夾細(xì) -18 μm 占 37%、底流產(chǎn)率為 52%、-18 μm分級質(zhì)效率為 53% 左右的分級指標(biāo)。旋流器底流經(jīng)后續(xù)浮選工藝處理后，最終 P2O5品位可達(dá)到 27% 左右。

(3) 雙灤建龍礦業(yè)某選廠斜板濃密機(jī)溢流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7%、-18 μm 含量 76%、P2O5品位為 5.5%左右，利用 FX75 旋流器，可獲得底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、底流夾細(xì) -18 μm 占 55%、底流產(chǎn)率為 42%、分級質(zhì)效率 51% 左右的分級指標(biāo)。旋流器底流經(jīng)后續(xù)浮選工藝處理后，最終 P2O5品位可達(dá)到 33% 左右。