王建國(guó)，周麗君，李宏建

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330000）

磷是所有作物生長(zhǎng)不可缺少的元素，在國(guó)家糧食安全保障中具有獨(dú)特地位。磷礦作為磷元素的主要來(lái)源，是一種具有戰(zhàn)略意義的礦產(chǎn)資源。中國(guó)的磷礦資源儲(chǔ)量全球第二，約占世界磷資源儲(chǔ)量的30%，但是我國(guó)磷礦資源豐而不富，脈石含量復(fù)雜多變，分選難度高[1-2]。根據(jù)磷礦石中所含脈石礦物的種類與含量而劃分有硅質(zhì)、鈣質(zhì)和硅鈣質(zhì)型磷礦石，其中硅鈣質(zhì)磷礦占全國(guó)磷礦總儲(chǔ)量的85%以上[3-4]。目前，高鎂鈣質(zhì)磷礦因選礦技術(shù)成熟、成本低廉，被選擇性地開(kāi)發(fā)利用[5-6]，然而由于其資源儲(chǔ)量有限，難以滿足經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)磷礦資源的需求[7]。大量被剝離的難選硅質(zhì)及硅鎂質(zhì)磷礦的長(zhǎng)期堆存不僅造成資源浪費(fèi)[8]，同時(shí)占用大量的土地。因此，硅鎂質(zhì)膠磷礦的開(kāi)發(fā)利用顯得尤為重要。

浮選法是分離硅鎂質(zhì)膠磷礦的常用方法[9]，主要分為雙反浮選工藝及正反浮選工藝。雙反浮選工藝中由于陽(yáng)離子捕收劑對(duì)礦泥敏感，易出現(xiàn)大量過(guò)穩(wěn)定泡沫堆積，難以消泡，嚴(yán)重影響浮選指標(biāo)及后續(xù)作業(yè)[10-11]，導(dǎo)致其難以在風(fēng)化程度較高、-10 μm礦石含量較高的磷礦中使用。湖北某磷礦采用雙反浮選工藝時(shí)，由于礦石中的-10 μm礦石含量較高，陽(yáng)離子反浮選脫硅時(shí)泡沫量大、粘度高、易堆積、不易消泡，導(dǎo)致該工藝難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。正反浮選工藝藥劑制度復(fù)雜，選礦成本較高，工業(yè)上實(shí)現(xiàn)難度較大。因此，針對(duì)湖北某磷礦的性質(zhì)，開(kāi)發(fā)出了擦洗分級(jí)+光電選礦+正反浮選工藝，既能有效降低礦石中的含鎂脈石和倍伴氧化物，同時(shí)大幅度降低了進(jìn)入磨浮工藝的礦石量，降低了選礦成本，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更合理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

礦石由湖北某磷礦提供，其化學(xué)多元素分析見(jiàn)表1。由表1可知，原礦P2O5品位為30.84%，該礦石屬于高品位磷礦。礦石中主要雜質(zhì)SiO2含量為12.45%，MgO含量為1.24%，倍半氧化物（Al2O3+Fe2O3）含量為4.27%。圖1為磷礦樣品偏光顯微鏡下照片，可以看出礦石中主要礦物組成。由圖1可知，含磷主要礦物為碳氟磷灰石，含鎂主要礦物為白云石，含倍伴氧化物礦物為含鐵鋁的硅酸鹽礦物。該礦石的主要選礦目標(biāo)是降低礦石中的氧化鎂和倍伴氧化物的含量。

圖1 磷礦樣品偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Photo of phosphate rock sample under polarizing microscope

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果/%Table 1 Chemical multi-element analysis results of the raw ore

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

前期探索實(shí)驗(yàn)表明，+0.074-10 mm粒度礦石質(zhì)量達(dá)到磷精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這部分礦石可以通過(guò)篩分獲得作為磷精礦。+10-60 mm粒度礦石符合光電分選入料要求，直接進(jìn)入光電分選作業(yè)。光電分選尾礦、+60 mm礦石經(jīng)破碎磨礦后與-0.074 mm礦石一同進(jìn)入浮選作業(yè)進(jìn)一步回收含磷礦物，選礦工藝流程見(jiàn)圖2。原礦經(jīng)擦洗作業(yè)后，按粒度進(jìn)行分級(jí)，其中+10-60 mm粒級(jí)產(chǎn)品進(jìn)入光電分選業(yè)，獲得光電選精礦和光電選尾礦。+60 mm粒級(jí)產(chǎn)品和光電分選尾礦進(jìn)入磨礦作業(yè)，磨礦作業(yè)礦漿和篩析-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)品合并進(jìn)入浮選作業(yè)。浮選精礦、篩分精礦（+0.074-10 mm）和光電選精礦直接作為最終精礦產(chǎn)品，浮選尾礦作為最終尾礦產(chǎn)品。

圖2 選礦實(shí)驗(yàn)流程Fig.2 Flowchart of beneficiation test

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 原礦擦洗分級(jí)實(shí)驗(yàn)

對(duì)原礦（破碎前礦石）進(jìn)行擦洗-分級(jí)實(shí)驗(yàn)（流程見(jiàn)圖2），實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。經(jīng)過(guò)擦洗-分級(jí)后，礦石中的磷及硅的分布具有規(guī)律性的分布特征，高品位的磷礦主要集中在中間粒級(jí)，硅主要分布在兩側(cè)粒級(jí)。根據(jù)精礦產(chǎn)品質(zhì)量要求，將13個(gè)粒度級(jí)別產(chǎn)品歸為3部分，其中+10-60 mm粒級(jí)的礦石進(jìn)入光電選作業(yè)，+0.07-10 mm粒級(jí)礦石作為精礦，-0.074 mm和+60 mm粒級(jí)的礦石作為擦洗分級(jí)尾礦，各粒級(jí)產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量見(jiàn)表3。

表2 原礦石擦洗-分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of scrubbing-grading of raw ore

表3 原礦擦洗-分級(jí)產(chǎn)品歸類結(jié)果Table 3 Product classification results of scrubbing-grading test of raw ore

2.2 光電分選實(shí)驗(yàn)

該礦石屬于層狀結(jié)構(gòu)，并不屬于膠磷礦，這為光電選礦提供了分選基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)所用的光電分選設(shè)備是小型實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，是通過(guò)礦石中有用礦物和脈石礦物表面顏色的差異識(shí)別，采用高壓氣嘴吹出脈石或有用礦物，實(shí)現(xiàn)脈石礦物和有用礦物的分離。圖3為-60+10 mm粒級(jí)礦石光電分選后的產(chǎn)品，圖中的深灰色和灰色礦石磷品位較高，雜質(zhì)含量較低，可以作為光電選精礦。黃色礦物中雜質(zhì)含量較高，作為光電選尾礦。光電選實(shí)驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表4，從表4中可以看出，經(jīng)過(guò)光電選礦后，礦石P2O5品位由31.45%提高至33.70%，Al2O3+Fe2O3含量由4.10%降低到2.99%，較好地去除了礦石中的倍伴氧化物。

圖3 光電分選產(chǎn)品Fig.3 Photoelectric sorting products

表4 -60+10 mm粒級(jí)礦石光電分選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of photoelectric separation of -60+10 mm size ore

2.3 浮選實(shí)驗(yàn)

擦洗分級(jí)尾礦（+60 mm部分）和光電分選尾礦經(jīng)破碎-磨礦后與擦洗分級(jí)尾礦（-0.074 mm部分）合并后進(jìn)入浮選作業(yè)（見(jiàn)圖2），浮選給礦主要化學(xué)成分P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2含量分別為24.12%、0.92%、1.63%、6.21%、21.09%。主要脈石礦物為白云石和硅酸鹽礦物，采用正反浮選工藝能有效去除礦石中的脈石礦物，正浮選作業(yè)主要脫除礦石中的硅酸鹽礦物，反浮選作業(yè)主要脫除礦石中的白云石，采用新型正、反浮選捕收劑，實(shí)現(xiàn)了常溫浮選。

2.3.1 磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)

磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、抑制劑CY-1 3000 g/t、CB-102 1000 g/t，浮選指標(biāo)與磨礦細(xì)度之間關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可知，磨礦細(xì)度隨著-0.074 mm含量的增加，精礦P2O5回收率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，其原因?yàn)榈V物粒度越細(xì)，有用礦物與脈石礦物的單體解離度越高，有用礦物更容易與藥劑分子作用后吸附于泡沫表面上浮。然而，磨礦細(xì)度過(guò)高，會(huì)形成過(guò)磨現(xiàn)象，大量新生的礦物表面會(huì)增加藥劑的消耗，從而導(dǎo)致精礦產(chǎn)率和回收率隨著磨礦細(xì)度的增加反而下降。當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm 65.88%時(shí)，其精礦P2O5回收率達(dá)到峰值97%，精礦P2O5品位隨磨礦細(xì)度變化并不顯著。綜合考慮浮選指標(biāo)和選礦成本，磨礦細(xì)度選擇為-0.074 mm 65.88%。

圖4 磨礦細(xì)度與浮選指標(biāo)關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between grinding fineness and flotation index

2.3.2 正浮選碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)

碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：抑制劑CY-1 3000 g/t、CB-102 1000 g/t，碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知，隨著碳酸鈉用量的增加，精礦產(chǎn)率逐步增加，這是由于碳酸鈉在礦漿中電離產(chǎn)生CO32-離子，一定程度上消除了礦漿中難免離子對(duì)脂肪酸類捕收劑的影響，提高了捕收劑的有效利用率。同時(shí)，隨著精礦產(chǎn)率的增加，精礦P2O5品位降低并不顯著，而回收率逐步升高。當(dāng)碳酸鈉的用量在4167 g/t的時(shí)，精礦產(chǎn)率和浮選回收率均為最大值，因此正浮選粗選的碳酸鈉用量為4167 g/t較優(yōu)。

圖5 碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of sodium carbonate dosage

2.3.3 正浮選抑制劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)

正浮選抑制劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、CB-102 1000 g/t，抑制劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知，隨著抑制劑聚萘磺酸鹽用量的增加，精礦P2O5回收率顯著降低，但精礦P2O5品位并沒(méi)有明顯提高，說(shuō)明聚萘磺酸鹽用量的增加并沒(méi)有提高磷酸鹽礦物與硅酸鹽礦物的分選效果。隨著CY-1用量的逐漸增加，精礦P2O5品位逐步增加，精礦P2O5回收率呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)CY-1用量為3733 g/t原礦時(shí)，精礦P2O5回收率達(dá)到峰值91.13%，根據(jù)粗選優(yōu)先保證回收率的原則，采用CY-1作為正浮選抑制劑，CY-1用量為3733 g/t原礦。

圖6 硅酸鹽抑制劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Comparison test results of silicate inhibitor

2.3.4 正浮選捕收劑條件實(shí)驗(yàn)

正浮選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、抑制劑CY-1 3733 g/t，正浮選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知，隨著捕收劑CB-102用量的增加，精礦產(chǎn)率和P2O5回收率先增加然后趨于平穩(wěn)，精礦P2O5品位略有降低。綜合考查精礦指標(biāo)與藥劑成本消耗，選定捕收劑用量為1333 g/t。

圖7 正浮選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of flotation collector dosage

2.3.5 浮選溫度實(shí)驗(yàn)

正浮選捕收劑CB-102為脂肪酸類捕收劑，浮選溫度對(duì)其活性影響較大[12]，溫度越高，其活性越高。浮選溫度實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、抑制劑CY-1 3733 g/t、CB-102 1333 g/t，浮選溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。從表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)浮選精礦產(chǎn)率和精礦P2O5品位相當(dāng)時(shí)，溫度越高，CB-102捕收能力越強(qiáng)，其用量越低。以25 ℃條件下CB-102用量為基準(zhǔn)，當(dāng)精礦浮選產(chǎn)率相當(dāng)前提下，15 ℃組CB-102用量約為25 ℃組的1.6倍；35 ℃組CB-102用量約為25 ℃組0.6倍；45 ℃組CB-102用量約為25 ℃組0.4倍。

表5 溫度對(duì)浮選精礦影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of temperature influence on flotation indexes

2.3.6 浮選礦漿濃度實(shí)驗(yàn)

浮選礦漿濃度實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，浮選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、抑制劑CY-1 3733 g/t、CB-102 1333 g/t，浮選礦漿質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖8可知，隨著浮選礦漿濃度的增加，精礦產(chǎn)率和精礦P2O5回收率顯著增加。當(dāng)浮選濃度由26%增加至38%時(shí)，浮選精礦產(chǎn)率和精礦P2O5回收率分別由82.77%、89.60%提高至91.10%、95.92%。精礦P2O5品位略有降低，由26.15%降低至25.55%。由此可知，浮選濃度增加有利于提高捕收劑的使用效果。然而，從浮選泡沫現(xiàn)象上看，隨著浮選礦漿濃度增加，浮選泡沫粘度逐步增加，泡沫量增大，泡沫流動(dòng)性降低。當(dāng)浮選濃度高于30%后，由于浮選泡沫量過(guò)大，泡沫過(guò)粘，嚴(yán)重影響后續(xù)精選作業(yè)。因此，確定正浮選粗選作業(yè)浮選質(zhì)量濃度為30%。

圖8 浮選礦漿質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Test results of flotation pulp mass concentration

2.3.7 反浮選脫鎂抑制劑條件實(shí)驗(yàn)

由于正浮選過(guò)程中，白云石會(huì)通過(guò)浮選富集到精礦中，因此正浮選精礦中的氧化鎂含量達(dá)到1.5%～1.6%，高于氧化鎂含量小于1.0%的要求。因此，須增加脫鎂工藝降低精礦中的氧化鎂含量。反浮選脫鎂抑制劑條件實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，反浮選脫鎂藥劑條件：捕收劑QS-29 111 g/t，抑制劑條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。從表中可以看出，當(dāng)反浮選脫鎂精礦指標(biāo)相當(dāng)時(shí)，全硫酸流程硫酸用量為8056 g/t原礦；全磷酸流程磷酸用量為6111 g/t原礦；硫酸和磷酸混用流程用量為硫酸6667 g/t和磷酸1333 g/t原礦。由于硫酸成本低于磷酸，因此本實(shí)驗(yàn)確定反浮選抑制劑為硫酸，用量為8056 g/t原礦。

表6 抑制劑條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Inhibitor condition test results

2.3.8 反浮選脫鎂捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

反浮選脫鎂捕收劑用量實(shí)驗(yàn)采用一次粗選流程，反浮選脫鎂藥劑條件：硫酸8056 g/t，捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9。從圖中可以看出，隨著反浮選脫鎂捕收劑QS-29用量的增加，精礦中MgO含量逐漸降低，精礦P2O5品位和回收率變化并不顯著。當(dāng)用量達(dá)到111 g/t時(shí)，精礦中MgO含量0.49%，此后繼續(xù)增加捕收劑用量，精礦中MgO含量下降并不顯著，故捕收劑QS-29用量不宜繼續(xù)增加。因此，本實(shí)驗(yàn)將反浮選捕收劑QS-29用量定為111 g/t原礦。

圖9 反浮選捕收劑QS-29用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Test results of dosage of flotation collector QS-29

2.4 全流程閉路實(shí)驗(yàn)

在條件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展全流程實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖2，正浮選粗選藥劑條件為：碳酸鈉4167 g/t、抑制劑CY-1 3733 g/t、CB-102 1333 g/t；正浮選精選藥劑條件：抑制劑CY-1 600 g/t；正浮選掃選藥劑條件：CB-102 300 g/t；反浮選藥劑條件：硫酸8056 g/t、捕收劑QS-29 111g/t。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，25 ℃條件下閉路實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡時(shí)，綜合精礦平均產(chǎn)率88.09%、平均P2O5品位33.52%、平均MgO含量0.82%、平均倍半氧化物(Fe2O3+Al2O3)含量2.84%、平均P2O5回收率95.69%，取得了良好的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

表7 全流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of full-process test

3 結(jié) 論

（1）該磷礦P2O5品位30.84%，屬于高品位磷礦，主要雜質(zhì)為MgO和倍伴氧化物（Fe2O3+Al2O3），其中含鎂脈石主要為白云石，倍伴氧化物主要以鐵、鋁硅酸鹽礦物形式存在。

（2）針對(duì)該礦石的特性，開(kāi)發(fā)出了“擦洗分級(jí)+光電分選+正反浮選”的聯(lián)合工藝，常溫條件下，閉路實(shí)驗(yàn)可以獲得綜合精礦平均產(chǎn)率88.09%、平均P2O5品位33.52%、平均MgO含量0.82%、平均倍半氧化物(Fe2O3+Al2O3)含量2.84%、平均P2O5回收率95.69%的良好指標(biāo)。

（3）采用擦洗分級(jí)和光電選礦可以預(yù)先獲得產(chǎn)率為72.88%的合格精礦，能夠大幅度地減少進(jìn)入浮選作業(yè)的礦石量，大幅度地減少了選礦成本。