重介质旋流器在宜昌胶磷矿分选中的应用

郭小红，单晓云，刘海燕，李宇新

(1.中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083;2.湖北宜化集团矿业有限责任公司, 湖北 宜昌 443145)

我国磷矿已探明的储量中，沉积型磷块岩(胶磷矿)占总储量85%。湖北宜昌地区磷矿资源储量达9.5亿t左右，而品位大于30%的富矿仅占6.75%，加之多年来采富弃贫，可利用的富矿已所剩无几；而其他大部分为中低品位矿石，平均品位仅为16.95%，且矿物颗粒细，嵌布紧密，有害杂质多，绝大部分磷矿必须经过选矿富集后才能满足生产要求，分选难度非常大。因此，对中低品位难选胶磷矿的选矿工艺技术研究已迫在眉睫。目前，国内对中低品位磷矿的分选主要采用浮选法，但其存在磨矿粒度细、药剂用量大，环境造成污染等限制[1-3]。随着无压给料三产品重介旋流器在选煤行业的成功应用，特别是磷矿三产品重介质旋流器试制成功，为重介质选磷带来了理论和实践可行的分选工艺及设备。

1 磷矿的成分

磷矿中有用矿物成分为P2O5，脉石矿物为MgO(白云石)、页岩(石英、长石、黏土类矿物、绢云母、黄铁矿、褐铁矿)[4]。磷块岩比重大于2.932的占88.28%，大于2.96的约占80%，脉石比重小于2.868的占99.31%，两者间既存在密度差，又存在密度交叉。其中页岩为易选组分,白云石为难选组分。构成矿石各组分存在密度差是实现重介质旋流器分选的先决条件。矿石中磷块岩条带较宽，磷块岩与脉石条带之间硬度差别大，接合面不紧密，易解离，破碎到15mm以下，磷块岩单体解离90%；破碎到10mm以下，磷块岩单体解离95%。综合所有因素，将矿石破碎到-15mm时，可基本实现磷块岩条带的单体解离，适合重介质选矿要求。表1为矿物粒度组成和P2O5、MgO的分布。

表1 原矿的粒度组成和P2O5、MgO的分布

2 分选工艺

2.1 筛分破碎车间工艺

原筛分破碎车间采用的是两段闭路系统，而改进之后的筛分破碎车间采用三段闭路系统(图1),原矿经一段破碎机破碎之后,进入二段破碎机，之后进入分级筛,筛上物入三段破碎机进一步破碎,破碎产品返回分级筛,筛下物进入主选系统。这是为了减小矿物粒度，使其单体解离度高。

图1 三段破碎闭路系统

2.2 主选车间工艺

原矿通过皮带输送机由破碎车间进入主选车间,经无压给料三产品重介旋流器分选后得到精矿和尾矿两种产品。主选车间工艺流程见图2。

三段闭路破碎流程保证了磷矿的单体解离,使精矿和脉石解离成不相关联的颗粒。入洗原矿进入一段旋流器，在具有一定流量的介质悬浮液筒体内形成的离心力场中,高速旋转,因径向速度、轴向速度、切向速度的不同而实现按密度分层。之后，精矿进入二段旋流器中再选，获得高品位的精矿。精矿进入精矿脱介筛进行脱介，筛上物作为最终产品进入精矿仓；筛下物进入精矿磁选机回收介质。中矿和尾矿一起进入尾矿脱介筛，筛上物作为最终产品进入尾矿仓，筛下物进入尾矿磁选机回收介质。

图2 主选车间工艺流程图

2.3 主选设备重介质旋流器的结构

现场选用的旋流器是磷矿三产品重介质旋流器。由无压给料的一段圆筒形旋流器和有压给料的二段圆筒圆锥形旋流器串联组成。一段圆筒形旋流器的安装倾角为25°～50°,二段为-5°～-30°。一段圆筒形旋流器下端设重介质悬浮液入口和尾矿出口,另一端设原矿入料口；二段圆筒圆锥形旋流器的上端设精矿出口,下端设中矿出口。锥比控制在1.15左右[5]。

磷矿三产品重介质旋流器的特点体现在以下几个方面：

1)实现了悬浮液和被选物料分开给入旋流器,避免物料过粉碎和减少了动能损失；

2)充分且仅利用了自第一段排出的重悬浮液剩余压头作为二段旋流器产生离心力场的动力源；

3)磷矿三产品重介质旋流器具有处理量大、先进可靠、分选矿石的效果良好的特点；

4)以低密度悬浮液实现高密度矿石的有效分选。

3 重介质分选磷矿的实践和应用效果

花果树磷矿选矿厂分选后磷精矿的粒度组成和P2O5、MgO的分布见表2。

1)采用无压给料三产品重介质旋流器分选宜昌胶磷矿，可将P2O5品位为23.56%的原矿得到品位为33.75%的精矿，实现良好的分选结果；

2)近几年的生产实践证明，采用无压给料三产品重介质旋流器分选宜昌胶磷矿的工艺与设备运行可靠，已处理近500万t原矿；

表2 精矿(-15+1mm)筛析结果

3)从1992年我国第一座20万t/a重介质选厂试生产以，随着旋流器技术的不断改进,目前已建成选矿厂5座,2006年绿陵集团60万t/a重介质磷矿选矿厂、2007年宜昌广原、鑫宁30万t/a选矿厂、2008年宜昌宝石山60万t/a选矿厂投入生产[3]，有效地利用了宜昌地区中低品位磷矿资源,实现了磷矿资源的全层开采,保证了矿产资源的可持续发展,取得了较好的经济效益和社会效益。而入洗原矿品位18%～22%,能够获得28%～30%的磷精矿。

4 结语

无压给料三产品重介质旋流器的应用，给宜昌地区中低品位胶磷矿的有效分选提供了技术依据和设备支持。花果树现场实际应用效果表明，无压三产品重介质旋流器工艺简单可靠,环境污染小,处理量大，分选达到预期效果。但也存在重介质分选工艺系统回收率低的不足之处，有待进一步研究和改进。

[1] 中国化工信息中心信息工程处.磷矿与磷肥咨询报告[R].1996.

[2] 李成秀,文书明.我国磷矿选矿现状及其进展[J].矿产综合利用,2010(2),22-25.

[3] 王金生.胶磷矿重介质分选工艺的研究与实践[J].化工矿物与加工,2009，38(8):4-6.

[4] 王祖瑞,石德明,王振国,等.重介质选煤的理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社,1988.

[5] 刘峰,乐宏刚，孙华峰，等.实现高密度分选的三产品重介质旋流器[P].中国专利,200520025064·3.