王 宏，田忠坤，崔 亮

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心， 河北 唐山 063012)

我國磷礦資源豐富，居世界第3位，其中，湖北宜昌地區(qū)屬于全國磷礦資源儲(chǔ)量較大地區(qū)，據(jù)勘測總磷礦儲(chǔ)量高達(dá)9.5億t。但是低品位磷礦占70%以上(品位小于27%)，未經(jīng)深加工提純分選，無法直接利用，從而導(dǎo)致絕大部分低品位磷礦被直接廢棄，給國家的磷礦資源造成了極大的浪費(fèi)。近幾年,隨著國家對資源管控力度的加大，出臺(tái)了相應(yīng)的法制法規(guī)，加大了對磷礦資源的綜合利用力度，所以磷礦資源的深加工利用也提到了新的高度[1]。

傳統(tǒng)的分選磷礦的方法：重介質(zhì)旋流器+浮選法。該方法在過去的若干年取得了一定的成績，但是隨著資源的開采進(jìn)行，貧、雜化日益凸顯，細(xì)粒礦物含量逐漸增多。特別是粒度在0.3～3 mm的這部分礦物含量達(dá)到30%以上甚至更多，而且這部分礦物重介旋流器和浮選都不能很好的分選，所以這部分礦粒的分選成為制約磷礦分選的瓶頸，該研究方向是當(dāng)前形勢下擺在科研工作者面前的一道嚴(yán)峻的課題。

干擾床分選機(jī)從古老的水力分級機(jī)發(fā)展而來，是用于解決細(xì)粒礦物高效分級分選的重要設(shè)備，目前已經(jīng)發(fā)展到第四代[2]。該設(shè)備選煤領(lǐng)域已大規(guī)模應(yīng)用，但是在磷礦分選領(lǐng)域尚屬空白，所以研究干擾床分選機(jī)分選磷礦的規(guī)律具有重要意義。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)系統(tǒng)主要由分選機(jī)、循環(huán)水泵、電磁流量計(jì)、水槽、閥門、管路及其他附件組成的。

礦物顆粒給入干擾床分選機(jī)的入料漏斗，通過入料漏斗粗煤泥分散到分選機(jī)的分選槽中。上升水流由循環(huán)水泵打入管路，通過閥門和電磁流量計(jì)在控制水流的流量，循環(huán)水到達(dá)壓力室后形成一定的壓力，并通過流體分配器產(chǎn)生一個(gè)恒定的紊動(dòng)上升水流。入料中那些沉降速度恰好等于上升水流速的組分懸浮于分選槽中，形成具有一定密度的懸浮液干擾床層。干擾床密度可由上升水流的速度來控制。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，入料中那些沉降速度低于上升水流速的顆粒將進(jìn)入溢流成為尾礦，而沉降速度大于上升水流速的顆粒將穿過床層，通過槽體內(nèi)的集料裝置進(jìn)入底流成為精礦，從而實(shí)現(xiàn)礦物的分選。

本研究所用設(shè)備為自制的試驗(yàn)室干擾床分選機(jī)分選系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 干擾床分選機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 試驗(yàn)步驟及礦樣準(zhǔn)備

試驗(yàn)采用的入料是宜昌某磷礦原礦中0～3.0 mm粒度級的部分，試驗(yàn)采取了兩種礦樣，本試驗(yàn)命名為A樣(取自磁選尾礦)和B樣(取自原煤脫泥篩篩下)。

1) 針對原礦樣縮分選取500 kg，過3 mm篩子去粗。

2) 把3 mm篩子篩下物過1.5 mm篩子，把礦樣分成0～1.5 mm和1.5～3 mm兩級待用。取樣化驗(yàn)分析：0～1.5 mm粒級A樣品位23.50%，1.5～3 mm粒級A樣品位23.80%；0～1.5 mm粒級 B樣品位21.00%，1.5～3 mm粒級B樣品位21.40%。

3) 依托中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司研發(fā)的干擾床分選機(jī)半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(圖1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的操作依據(jù)唐山研究院實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和研發(fā)的半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)范執(zhí)行。

在不同上升水量的條件下進(jìn)行分選試驗(yàn)，根據(jù)分選試驗(yàn)結(jié)果，研究精礦品位、尾礦品位、精礦產(chǎn)率與上升水量的變化關(guān)系，繪制關(guān)系曲線，總結(jié)分選規(guī)律，用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，具有重要意義。

2 結(jié)果討論

試驗(yàn)結(jié)果見表1～4，關(guān)系曲線見圖2～7。

表1 磷礦A樣0～1.5 mm粒級試驗(yàn)結(jié)果

表2 磷礦A樣1.5～3.0 mm粒級試驗(yàn)結(jié)果

圖2 磷礦A樣0～1.5 mm粒級精礦品位、產(chǎn)率關(guān)系曲線

表3 磷礦B樣0～1.5 mm粒級試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào)頂水流量/(m3/h)原礦品位/%取樣精礦品位/%尾礦品位/%精礦產(chǎn)率/%12821.0023.4319.6435.8823021.0024.6518.8836.7433221.0025.1217.6245.0743421.0026.6715.0251.3353621.0027.1214.0153.3263821.0026.4115.3451.1374021.0025.5216.4750.0684221.0025.0217.3847.3894421.0024.3318.6741.17

表4 磷礦B樣1.5～3.0 mm粒級試驗(yàn)結(jié)果

圖3 磷礦A樣1.5～3.0 mm粒級精礦品位、產(chǎn)率關(guān)系曲線

圖4 磷礦B樣0～1.5 mm粒級精礦品位、產(chǎn)率關(guān)系曲線

圖5 磷礦B樣1.5～3.0 mm粒級精礦品位、產(chǎn)率關(guān)系曲線

圖6 磷礦A樣、B樣分選精礦品位對比關(guān)系曲線

圖7 磷礦A樣、B樣分選精礦產(chǎn)率對比關(guān)系曲線

由圖2可知，磷礦A樣0～1.5 mm粒級精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為36 m3/h時(shí)，精礦品位27.20%，精礦產(chǎn)率61.66%，為最佳工況點(diǎn)。

由圖3可知，磷礦A樣1.5～3.0 mm粒級精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為38 m3/h時(shí)，精礦品位27.85%，精礦產(chǎn)率62.67%，為最佳工況點(diǎn)。

由圖4可知，磷礦B樣0～1.5 mm粒級精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為36 m3/h時(shí)，精礦品位27.12%，精礦產(chǎn)率53.32%，為最佳工況點(diǎn)。

由圖5可知，磷礦B樣1.5～3.0 mm粒級精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為38 m3/h時(shí)，精礦品位27.53%，精礦產(chǎn)率53.91%，為最佳工況點(diǎn)。

由圖6可知，在相同粒級情況下，磷礦A樣分選精礦品位高于B樣分選精礦品位，這是由于A樣(取自磁選尾礦)原礦品位高于B樣(取自原煤脫泥篩篩下)原礦品位，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。

在同一種礦樣的情況下，粗粒級的礦樣分選精礦品位高于細(xì)粒級分選精礦品位，這是由于細(xì)粒級礦樣高灰細(xì)泥的影響，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。

由圖7可知，在相同粒級情況下，磷礦A樣分選精礦產(chǎn)率高于B樣分選精礦產(chǎn)率，說明A樣易于B樣分選。

在同一種礦樣的情況下，粗粒級的礦樣分選精礦產(chǎn)率高于細(xì)粒級分選精礦產(chǎn)率，這是由于細(xì)粒級礦樣高灰細(xì)泥的影響，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

假設(shè)年處理能力100萬t的選磷廠，粗礦泥(粒度0～3.0 mm)20萬t(保守計(jì))。未經(jīng)分選的品位小于23%粗礦泥市場售價(jià)50元/t。分選后的品位26%～27%磷礦市場售價(jià)250元/t。

通過上述分析可知，精礦產(chǎn)率53.32%～62.67%，基本上2 t生產(chǎn)1 t。粗礦泥(粒度為0～為3.0 mm)20萬t分選后可得10萬t精礦。新增經(jīng)濟(jì)效益：10×250-20×50=1500萬元/a(保守估計(jì))。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié) 論

1) 干擾床分選機(jī)實(shí)現(xiàn)了磷礦粗礦泥(粒度0～3.0 mm)的分選，通過分選作業(yè)可以把磷礦品位21%提高到27%左右，提高4～6個(gè)百分點(diǎn)。

2) 粒級0～1.5 mm精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為36 m3/h時(shí)，精礦品位、精礦產(chǎn)率達(dá)到最佳工況點(diǎn)；粒級1.5～3.0 mm精礦品位、精礦產(chǎn)率隨頂水流量的增加先增大后減小，當(dāng)頂水流量為38 m3/h時(shí)，精礦品位、精礦產(chǎn)率達(dá)到最佳工況點(diǎn)。

3) 在相同粒級情況下，磷礦A樣分選精礦品位、精礦產(chǎn)率高于B樣分選精礦品位，這是由于A樣(取自磁選尾礦)原礦品位高于、精礦分選易于B樣(取自原煤脫泥篩篩下)原礦。

4) 由于細(xì)粒級礦樣高灰細(xì)泥的影響，在同一種礦樣的情況下，粗粒級的礦樣分選精礦品位、精礦產(chǎn)率高于細(xì)粒級分選精礦品位、精礦產(chǎn)率。

5) 干擾床分選機(jī)分選磷礦粗礦泥(粒度為0～3.0 mm)經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場前景廣闊。

[1] 崔亮.新型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器再分選磷礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].潔凈煤技術(shù)，2008，14(4)：13-15.

[2] 桂夏輝，李延鋒，劉炯天，等.液固流化床內(nèi)顆粒沉降特性試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35(8)：1375-1379.

[3] 沙杰，謝廣元，王宏，等.液固流化床分選粗煤泥的試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(6)：178-181.

[4] 郭德，魏樹海，張秀梅.脈動(dòng)粗煤泥分選機(jī)分選理論及其應(yīng)用研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40(9)：2181-2186.

[5] 劉文禮，陳子彤，位革老，等.干擾床分選機(jī)分選粗煤泥的規(guī)律研究[J].選煤技術(shù)，2007，35(4)：11-13.

[6] 魏樹海，郭德.跳汰分層機(jī)理的研究與探討[J].煤炭加工與綜合利用，2014，32(3)：7-13.

[7] 陳子彤，劉文禮，趙紅霞，等.干擾床分選機(jī)工作原理及分選理論基礎(chǔ)研究[J].煤炭工程，2006(4)：64-66.

[8] 韋魯濱.礦物分離過程動(dòng)力學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002:20-30.

[9] 李延鋒.液固流化床粗煤泥分選機(jī)理與應(yīng)用研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2008.

[10] 周亨達(dá).工程流體力學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[11] 朱冉，趙躍民，趙鵬飛，等.空氣重介質(zhì)流化床中細(xì)粒煤的流化與分選特性[J].煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(3)：727-734.

[12] 趙躍民，李功民，駱振福，等.模塊式干法重介質(zhì)流化床選煤理論與工業(yè)應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39(6)：1566-1571.

[13] 謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001:296-309.

[14] Dong Liang,Zhao Yuemin,Cai Luhui,et al.Effect of feed characteristics on the fluidization of separating fluidized bed for dry coal separation[J].Powder Technology,2015,269:75-84.

[15] 楊旭亮.細(xì)粒煤振動(dòng)流態(tài)化的能量作用及分離機(jī)制的研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2013.