湖北宜昌低品位胶磷矿选矿工艺研究

宋昱晗，张凌燕，邱杨率，洪 微

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430070；2.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉430070）

我国磷矿资源量127亿t，居世界第二位，主要分布在云南、贵州、四川、湖北和湖南五省，储量约占全国总量的74%。中国磷矿资源量虽然较大，但全国磷矿平均品位仅16.95%，贫矿多，易选的沉积变质磷灰岩少，难选的磷块岩储量多［1］，占全国总储量的85%。其大部分为中低品位矿石，且我国磷矿90%是高镁磷矿，其矿石中有用矿物的粒度细，和脉石结合紧密，不易解离。因此，该种磷矿的选别成为全世界范围内的重要技术难题之一［2－4］。浮选、重选、重介质选矿、磁电选矿、光电选矿、焙烧－消化、化学选矿等多种选矿方法在国内外中低品位磷矿的选矿中均有应用。主要工艺流程有单一浮选流程、单一重选流程以及浮选、重选、焙烧消化、光电选矿、化学选矿等联合流程，但以浮选工艺为主，浮选法是磷矿选矿中使用最多最主要的方法［5］。

湖北省宜昌地区有丰富的低品位磷矿资源，该地磷矿具有矿石粒度细，单体解离困难，碳酸盐和硅酸盐含量高，目的矿物与脉石矿物嵌布关系复杂，且含有碳质和少量黄铁矿等特点，矿石性质复杂。对该矿石进行选矿工艺研究，确定了先用煤油将泥碳质脱除，再用改性脂肪酸类捕收剂进行反浮碳酸盐，最后加温正浮磷灰石的流程，最终可得磷精矿P2O531.36%。

1 原矿性质

原矿的化学成分见表1。

结合显微镜观察结果可知，该矿物主要含磷灰石39%、白云石27%、石英10%、黏土矿物（伊利石、高岭石、绿泥石）10%，少量的方解石5%、黄铁矿5%和碳质4%。目的矿物磷灰石自形程度较高，颗粒较细，一般0.030mm，最小0.005mm，最大0.075mm。碳酸盐矿物和硅酸盐矿物含量高，分布广泛。而且，磷灰石与碳酸盐、硅质、黏土质、碳质等相互嵌布或呈包裹体存在。

表1 矿石化学多元素分析结果 ω（β）／10－2

目的矿物磷灰石有三类：第一类自形程度较高，单体粒径一般0.030～0.060mm，较容易解离；第二类呈包裹体形式，分布于较为粗大的板状方解石或粒状石英颗粒内部，这类磷灰石自形、半自形、他形均可见，单体粒径一般0.030～0.075mm；第三类与细粒白云石或石英较为均匀的嵌布，被微细粒黏土质和碳质物胶结白云石相互胶结，这类磷灰石颗粒较细，粒度较为均匀，一般0.005～0.030mm。后两类皆较难单体解离。

2 选矿试验

结合矿石低品位且脉石矿物嵌布关系复杂的特点，拟采用反－正浮选工艺。使用磨矿机为XMB－70型三辊四筒磨矿机（棒磨），浮选设备为XFD－63型单槽浮选机。以煤油为反浮脱泥除炭质的捕收剂，以硫酸和磷酸的混酸作为反浮除碳酸盐的调整剂和抑制剂，采用改性脂肪酸HQ为捕收剂反浮除碳酸盐；以水玻璃抑制硅酸盐，碳酸钠调整矿浆pH，羧甲基纤维素类抑制剂S－2抑制碳酸盐，松醇油作为起泡剂，采用脂肪酸皂S－1正浮捕收磷灰石。

2.1 磨矿细度试验

由于磷灰石粒度较细，脉石矿物嵌布复杂，磨矿细度对试验影响较大，因此首先进行磨矿细度试验。首先通过可磨性试验绘制磨矿细度与磨矿关系曲线，然后在不同的磨矿时间下进行浮选试验。固定试验条件：第一道浮选反浮含碳杂质，加入捕收剂煤油900g／t，起泡剂松醇油225g／t；第二道浮选反浮碳酸盐，加入捕收剂HQ 6kg／t，调整剂与抑制剂浓硫酸20kg／t。得到磨矿细度试验结果如图1所示。

图1 磨矿细度实验结果

由图1的精矿指标与磨矿细度的关系曲线可知，当－0.045mm粒级含量61.06%时，精矿品位最高，回收率较高，确定磨矿细度为－0.045mm 61.06%。

2.2 反浮脱泥炭质煤油用量试验

反浮脱泥炭质试验以煤油作捕收剂，松醇油作起泡剂，用量225g／t，在中性条件下进行浮选。试验结果见图2。

图2 煤油用量试验结果

由图2可知，当煤油用量为1.5kg／t时，精矿品位最高，为17.26%；回收率较高，为89.31%。确定煤油用量为1.5kg／t。

2.3 反浮碳酸盐试验

2.3.1 酸配比试验以及加酸方式对比试验

反浮碳酸盐在弱酸性矿浆中进行，硫酸主要作为pH值调整剂，磷酸既可以调整矿浆pH值又是磷酸盐矿物的抑制剂。近年来国内外皆有研究，用磷酸为抑制剂、用脂肪酸为捕收剂进行反浮选，从矿石中浮去碳酸盐抑制磷酸盐矿物，可以得到较好的效果［6］。但磷酸的价格高，为了尽量减少磷酸的用量，进行硫酸与磷酸的配比试验。固定试验条件：第一道浮选反浮脱泥炭质，加入捕收剂煤油1.5kg／t，起泡剂松醇油225g／t；第二道浮选反浮碳酸盐，加入捕收剂HQ 6kg／t，调整剂与抑制剂硫磷混酸用量20kg／t，试验结果如图3所示。

由图3可知，当磷酸与硫酸用量比例为1∶2时，精矿品位最高，为22.67%，回收率也较高，为79.20%。确定磷酸与硫酸用量比例为1∶2。

由于碳酸盐矿物消耗酸，为验证硫酸与磷酸分别加入（先加入硫酸，后加入磷酸）和同时加入对试验的影响，进行加酸方式的对比试验。试验结果见表2。

图3 酸配比试验结果

由表2可知，加酸方式对精矿指标有较大影响。分开加入硫酸和磷酸时，精矿品位为22.67%，回收率为79.20%；同时加入硫磷混酸时，精矿品位为22.19%，与分开加入时相差不多，但回收率变化较大，下降为75.05%。说明碳酸盐矿物对酸的消耗会影响酸的作用，因此先加入硫酸，让硫酸优先溶解碳酸盐表面，同时碳酸盐矿物在酸性介质中其表面会形成CO2微泡，可能增加浮选时气泡粒子的附着，以利于捕收剂的吸附［7］，并起调整矿浆pH的作用。然后再加入磷酸，磷酸根选择性抑制磷灰石，同时削弱脂肪酸阴离子型捕收剂与Ca2＋的作用，增强与 Mg2＋的作用［8］。

2.3.2 反浮粗选药剂用量试验

反浮碳酸盐捕收剂为HQ，调整剂和抑制剂为混酸（硫酸／磷酸＝2∶1）。分别进行了捕收剂 HQ和混酸用量的试验，试验结果如图4和图5所示。

如图4所示，结合精矿指标及药剂成本，确定捕收剂HQ用量为7kg／t，此时精矿品位为24.62%，回收率为68.09%。

如图5所示，当总酸用量为24kg／t时，精矿品位为25.16%，回收率为60.07%，二者皆较高，浮选效果好。确定硫酸用量为16kg／t，磷酸用量为8kg／t。

2.3.3 反浮精选药剂用量试验

图4 捕收剂用量试验结果

图5 混酸用量试验结果

为了进一步提高精矿品位，在反浮泥炭质和一道反浮碳酸盐流程的基础上，进行反浮碳酸盐的精选试验，分别进行了捕收剂HQ和抑制剂磷酸用量的试验，试验结果如表3、表4所示。

表3 精选捕收剂用量试验结果

表4 精选磷酸用量试验结果

由表3可知，当捕收剂HQ用量为2kg／t时，精矿品位和回收率最高，分别为26.89%和60.71%；由表4可知，当磷酸用量为2kg／t时，精矿品位最高，为27.06%，回收率也较高，为60.27%。因此，确定精选捕收剂用量为2kg／t，磷酸用量为2kg／t。

2.4 正浮试验

为了除去矿石中的硅酸盐矿物，进一步提高精矿品位，反浮脱除碳酸盐后，在碱性条件下进行加温正浮浮选试验。正浮的矿浆环境为pH 9～10，矿浆温度50℃，并添加水玻璃抑制硅酸盐矿物，水玻璃的用量为4kg／t。除此之外，正浮磷灰石捕收剂采用S－1，钙类矿物抑制剂采用S－2。分别进行捕收剂S－1和抑制剂S－2的用量试验，试验结果如图6、图7所示。

如图6所示，当捕收剂用量为2kg／t时，精矿品位及回收率皆最高，分别为31.06%和51.74%，且药剂用量小。综合考虑精矿指标及经济因素，确定捕收剂用量为2kg／t。

如图7所示，抑制剂用量对品位影响不大，当抑制剂用量为5kg／t时，回收率最高，为51.52%，精矿品位为31.12%。确定抑制剂用量为5kg／t。

2.5 推荐工艺流程及试验结果

通过试验条件的优化，最终确定了采用一道反浮脱泥炭，两道反浮碳酸盐，一道正浮磷灰石的开路试验流程。具体实验条件如图8所示，得到的最终将磷精矿的产率27.53%，P2O5含量31.36%，回收率53.07%。精矿化学多元素分析试验结果见表5。

图6 捕收剂用量试验结果

图7 抑制剂用量试验结果

3 结论

1）湖北宜昌含碳胶磷矿为低品位硅钙质胶磷矿，目的矿物磷灰石与脉石矿物嵌布关系复杂，颗粒较细。细粒碳质组分增加了矿石的难选性。通过选矿试验研究确定了反浮脱泥炭、反浮除碳酸盐、加温正浮磷灰石的选矿流程，最终将磷精矿P2O5含量提高到31.36%，MgO含量降低到0.95%（原矿P2O5含量16.26%，MgO含量5.87%）。

2）对于含碳的胶磷矿，碳质组分粒度细，无选择性，吸附浮选药剂，恶化反浮碳酸盐的浮选效果。用煤油反浮细粒级泥碳质，试验研究结果显示，当煤油用量为1.5kg／t时，可保证较高的磷回收率。

3）由于脉石矿物碳酸盐含量高，反浮碳酸盐采用一粗一精浮选流程。试验研究确定，粗选捕收剂用量为 7kg／t，硫酸用量为 16kg／t，磷酸用量为8kg／t；精选捕收剂用量为2kg／t，磷酸用量为2kg／t。同时，试验结果表明，粗选时先加入硫酸，再加入磷酸，可以提高精矿回收率。

图8 推荐工艺流程图

表5 精矿化学多元素分析结果 ω（β）／10－2

［1］余永富，葛英勇，潘昌林.磷矿选矿进展及存在的问题［J］.矿冶工程，2008，28（1）：29－33.

［2］骆兆军，钱鑫，王文潜.国内外磷矿选矿新进展［J］.中国矿业，1999，8（4）：36－39.

［3］B.M.Mondgy.磷酸盐矿石的进展［J］.化工矿山译丛，1988（2）：25－30.

［4］杨敖，杨利萍.磷矿的选矿［J］.矿产综合利用，1997（12）：13－17.

［5］Vaman.R.P.Process Flotation of Cacareons Muddorie Phosphate Ores［J］.Int.T.Miner.Proc，1985（14）：57－66.

［6］周杰强，陈建华，穆枭，等.磷矿浮选药剂的进展［J］.矿产保护与利用，2008（3）：55－57.

［7］郑其.胶磷矿的反浮选［J］.中国矿业，1998，7（7）：59－61.

［8］韩英，钟康年，汤亚飞，等.对磷酸类抑制剂的探索［J］.中国矿业，1998，7（5）：51－53.