劉文彪，馬 航，傅 英，饒 峰，黃文萱

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明650093；2.云南云天化股份有限公司研發(fā)中心，云南 昆明650228；3.福州大學(xué) 紫金礦業(yè)學(xué)院,福建 福州 350108)

0 引言

磷礦是磷肥生產(chǎn)不可或缺的重要原料，對糧食作物的豐產(chǎn)豐收起著至關(guān)重要的作用。云南磷礦資源儲量豐富，位居全國第二，以沉積型膠磷礦為主，礦石組分復(fù)雜，嵌布粒度較細(xì)，需要通過選礦脫除白云石、石英、黏土礦物等脈石礦物才能滿足下游磷肥生產(chǎn)的要求[1-4]。

經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)實(shí)踐，目前云南鈣質(zhì)膠磷礦(高鎂低硅)反浮選脫除碳酸鹽脈石的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，先后建成并穩(wěn)定運(yùn)行多套大型反浮選脫鎂浮選裝置，但該工藝技術(shù)對磷礦中的石英及倍半氧化物無法脫除。隨著該類鈣質(zhì)磷礦儲量的逐漸消耗，僅通過單一的反浮選脫除碳酸鹽脈石生產(chǎn)出的磷精礦中[ω(Fe2O3)+ω(Al2O3)+ω(MgO)]/ω(P2O5)的比值(俗稱“MER值”)越來越高，嚴(yán)重影響和制約下游濕法磷酸生產(chǎn)的指標(biāo)和效益[5-9]。

本試驗(yàn)以脫鎂磷精礦為原料，通過進(jìn)一步反浮選脫除硅質(zhì)脈石雜質(zhì)以達(dá)到提高磷精礦品質(zhì)和降低MER值的目的。

1 脫鎂磷精礦性質(zhì)、試驗(yàn)設(shè)備及試劑

1.1 脫鎂磷精礦多元素分析

該脫鎂磷精礦樣取自云南某大型磷礦浮選廠反浮選脫鎂浮選槽精礦箱，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.5%，pH為4.8。該礦漿經(jīng)濃密機(jī)濃縮后泵送至濕法磷酸加工廠，作為磷酸生產(chǎn)的原料。試樣的X熒光光譜分析指標(biāo)見表1。

由表1可知，該反浮選脫鎂磷精礦的P2O5品位偏低，未達(dá)到《酸法加工用磷礦石》標(biāo)準(zhǔn)中“一等品II類”ω(P2O5)>28%的要求，且MER 值為0.131 5。根據(jù)濕法磷酸生產(chǎn)實(shí)踐指標(biāo)，當(dāng)MER值大于0.12時將降低濕法磷酸生產(chǎn)效益。

表1 脫鎂磷精礦試樣多元素分析結(jié)果 單位：%

1.2 脫鎂磷精礦礦物組成分析

脫鎂磷精礦主要由膠磷礦和石英組成，另含有少量白云母、褐鐵礦及未完全脫除的白云石。脫鎂磷精礦掃描電鏡圖如圖1所示。由圖1可見，部分石英、白云母呈包裹狀態(tài)嵌布于膠磷礦中。

圖1 脫鎂磷精礦掃描電鏡圖

1.3 脫鎂磷精礦粒度篩分分析

使用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩對脫鎂磷精礦試樣進(jìn)行了粒度篩分分析，并對各粒級進(jìn)行了X熒光光譜分析，結(jié)果如表2所示。

表2 脫鎂磷精礦粒度分布

由表2可知，在脫鎂磷精礦中+200目及-400目MER值較高，分別為0.207 1、0.170 5。+200目MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這是由于膠磷礦嵌布粒度細(xì)，+200目粒級解離度不夠，影響了后續(xù)反浮選MgO的脫除率。Al2O3和Fe2O3在細(xì)粒級中富集，導(dǎo)致-400目粒級中MER值較高。

1.4 試驗(yàn)儀器設(shè)備及試劑

試驗(yàn)儀器設(shè)備：實(shí)驗(yàn)室用單槽浮選機(jī)，XFDⅢ；pH計(jì)，pHS-3C；電加熱恒溫鼓風(fēng)烘箱，DHG-9245A；多用真空過濾機(jī)，XTLZΦ260/Φ200；濕式分樣機(jī)，XSHF2-3。

試驗(yàn)試劑：W-12，捕收劑，自制，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%；硫酸，pH調(diào)整劑，分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%；磷酸，pH調(diào)整劑，分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%；碳酸鈉，pH調(diào)整劑，分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。

此次試驗(yàn)使用的脫硅降MER值捕收劑“W-12”是由福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院提供的一種用于反浮選脫硅的捕收劑，該捕收劑具有以下特點(diǎn)：

a.該捕收劑2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)水溶液的pH為6.8，試劑無腐蝕性、無毒、無異味，水溶性較好。

b.該捕收劑為兩性捕收劑，適用pH范圍廣，在礦漿pH為3～10時均可發(fā)揮脫硅捕收性能。

c.該捕收劑泡沫豐富，且易消，不需要額外添加起泡劑，有利于浮選精尾礦產(chǎn)品的后續(xù)沉降濃縮。

d.該捕收劑低溫適應(yīng)性好，在礦漿溫度為5～10 ℃時也能保證作業(yè)指標(biāo)的穩(wěn)定。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果討論

將脫鎂磷精礦漿試樣加入0.75 L單槽浮選機(jī)掛槽內(nèi)，加入脫硅降MER值捕收劑W-12，攪拌3 min后充氣浮選。

2.1 捕收劑用量試驗(yàn)

不對礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH進(jìn)行調(diào)整，直接加入捕收劑W-12進(jìn)行1次粗選，考查捕收劑用量與P2O5品位、P2O5回收率及精礦MER值之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響

由圖2可知，隨著捕收劑用量的增加，精礦P2O5品位從27.61%提高到31.06%，MER值從0.131 5降至0.089 5，與此同時，回收率也從90.92%降至78.93%。由此可知，加大捕收劑用量可在一定程度上提高最終精礦的品質(zhì)，同時對回收率也會產(chǎn)生明顯的影響。

2.2 pH試驗(yàn)

磷礦硅質(zhì)脈石以石英為主，研究表明，石英表面Zeta電位受pH影響明顯，其零電點(diǎn)在pH為2.0左右[10-11]。磷礦反浮選脫鎂采用硫酸、磷酸作為pH調(diào)整劑和抑制劑，脫鎂磷精礦漿pH為4～5。為了考查礦漿pH對反浮選脫硅降MER值的影響，在捕收劑用量為300 g/t的條件下，利用硫酸和碳酸鈉作為pH調(diào)整劑進(jìn)行1次粗選，研究pH對浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：pH從3升至8.5，當(dāng)pH為4.5～6.5時，浮選指標(biāo)較優(yōu)；隨著pH的上升MER略有上升，但上升幅度很小。另外，隨著pH的上升P2O5品位和回收率變化極小。pH試驗(yàn)結(jié)果表明，捕收劑W-12的pH適應(yīng)范圍較廣，無需對脫鎂磷精礦漿原有的酸性pH進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)反浮選脫硅降MER值的目標(biāo)，簡化了工藝流程和藥劑制度，降低了脫硅藥劑成本。

圖3 pH對浮選指標(biāo)的影響

2.3 低溫浮選試驗(yàn)

溫度條件是影響浮選指標(biāo)的一個關(guān)鍵因素，冬春季節(jié)的低溫常常造成浮選藥劑效能下降，從而引起浮選指標(biāo)波動。為了考查W-12對低溫浮選的適應(yīng)性，在捕收劑用量為300 g/t、礦漿pH為4.5的條件下，利用預(yù)制冰塊調(diào)節(jié)浮選礦漿溫度，然后進(jìn)行低溫浮選試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 低溫浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，脫硅降MER值捕收劑對低溫的適應(yīng)性較好，10 ℃下浮選指標(biāo)與常溫浮選指標(biāo)略有差異，可通過適當(dāng)增加藥劑用量來抵消低溫的影響。從表3還可以看出，該捕收劑不僅降低了最終精礦中的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),同時還降低了Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)，常溫浮選中降低幅度高達(dá)45.96%，該雜質(zhì)的大幅度脫除對下游濕法磷酸生產(chǎn)十分有利。

3 結(jié)論

a.隨著云南鈣質(zhì)膠磷礦資源P2O5和MgO含量持續(xù)降低，SiO2含量持續(xù)升高，將來必須在原有單一反浮選脫鎂工藝基礎(chǔ)上增加反浮選脫硅作業(yè)，才能滿足下游濕法磷酸生產(chǎn)用礦品質(zhì)的要求。

b.該脫硅捕收劑在脫除SiO2的同時，還能降低最終精礦中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Al2O3的大幅度脫除對下游濕法磷酸生產(chǎn)十分有利。

c.該脫硅捕收劑pH適應(yīng)范圍廣，無需對現(xiàn)有反浮選脫鎂工藝pH進(jìn)行調(diào)整，即可直接用在現(xiàn)有反浮選脫鎂工藝后端。

d.該脫硅捕收劑反浮選脫硅降MER值，藥劑制度簡單，藥劑用量少，成本低。

e.該脫硅捕收劑低溫耐受性好，在礦漿溫度為5 ℃時也能保證較好的分選指標(biāo)。