低品位胶磷矿吨级连续浮选回水试验

沈博玮，潘志权，梁　欢，张　鑫，张华丽，蹇　云

(1.武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073;2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，湖北 武汉 430073;3.湖北荆门新洋丰中磷肥业有限公司，湖北 荆门 448000)



低品位胶磷矿吨级连续浮选回水试验

沈博玮，潘志权，梁欢，张鑫，张华丽，蹇云

(1.武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073;2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，湖北 武汉 430073;3.湖北荆门新洋丰中磷肥业有限公司，湖北 荆门 448000)

利用选矿回水对低品位胶磷矿(15.31% P2O5、 5.90% MgO)进行了常温吨级正反连续浮选试验，优化了选矿工艺。结果表明，利用自制的HX-1G和YO-1分别作为正选和反选捕收剂，获得29.52% P2O5、1.50% MgO、回收率78.79%、产率41.13%的选矿指标。解决了选矿废水的污染问题，降低了生产成本，为低品位胶磷矿的高效利用提供了一条有效途径。

低品位胶磷矿；浮选工艺；捕收剂；选矿回水

随着磷化工产品的生产过剩，磷矿行业采富弃贫的现象有所抬头。部分企业将采出的低品位胶磷矿暂时堆积，又造成新的环境污染。因此，开展低品位胶磷矿的高效利用技术的工业化应用研究，成为当前解决胶磷矿选矿和磷化工发展的当务之急。

本项目组一直关注低品位胶磷矿选矿技术的研发，开发了一些低品位胶磷矿的常温浮选的新药剂，并于2013～2014年进行了两次常温正反浮选吨级中试试验，取得了一些进展[1]。但还存在尾矿品位较高(8%P2O5)、回收率较低(64.5%)的问题。为此，本项目组开发了一种新型捕收剂[2]，将其用于常温正反浮选试验和常温正反浮选的吨级连续浮选试验，获得了较好的选矿指标。然而选矿过程产生的废水多，其中含有各种选矿助剂，处理相对困难，另外处理废水也会增加生产成本。为解决选矿废水的利用问题，作者将选矿废水经过简单的破乳澄清，直接用于选矿生产，为降低生产成本、高效利用低品位胶磷矿提供了一条有效途径。

1　实验

1.1试样、试剂与设备

胶磷矿由湖北荆门新洋丰中磷肥业有限公司提供，其主要化学组成见表1。

碳酸钠、水玻璃(模数3.10)、六偏磷酸钠、硫酸、磷酸，工业级；捕收剂HX-1G和YO-1，自制。

小试所用棒磨机为XMB-68型φ160×200球棒两用磨矿机，浮选机为RK/FD 111型0.5 L单槽浮选机。

表1胶磷矿的主要化学组成/%

Tab.1The main chemical components of phosphate rock/%

组成含量组成含量P2O515.05Fe2O32.80MgO5.92Al2O30.33SiO233.21酸不溶物31.10CO23.85灼烧失量9.26

吨级中试为球磨机，处理能力为1 t·h-1，选矿采用槽式浮选机，体积为12 L，正选粗选用四槽连接，正选扫选用两槽连接，正选精选用四槽连接，正选再选用两槽连接；反选粗选用四槽连接，反选扫选用两槽连接。矿浆输送用砂浆泵，药剂输送用恒流泵。

1.2吨级正反浮选试验闭路流程(图1)

图1　吨级正反浮选试验闭路流程

1.3方法

1.3.1磨矿

首先将胶磷矿用破碎机破碎到0.3 cm左右，加入一定量的正选尾矿回水，装入棒磨机中，调整磨矿时间，获得矿粉粒度<0.074 mm占93%～97%、浓度为30%的矿浆。

1.3.2正选粗选小试

正选粗选回水小试实验在500 mL挂式浮选槽中进行。将粒度<0.074 mm占96%、浓度为30%的矿浆加入到500 mL的浮选槽中，开启搅拌装置，室温下依次加入10%的Na2CO3溶液、5%的Na2SiO3溶液和1%的六偏磷酸钠溶液，分别作用3 min，最后加入1%的正选捕收剂HX-1G溶液作用3 min后开始通气和刮泡，刮泡时间固定为5 min。将泡沫产品和槽底产品分别过滤、烘干和称重，测定其P2O5和MgO含量，计算产率和磷回收率。

1.3.3正选精选小试

将粗选泡沫产品置于浮选槽中，依次加入10%的Na2CO3溶液和5%的Na2SiO3溶液，分别作用3 min后，开始鼓泡通气和刮泡，刮泡时间固定为5 min。后续操作同1.3.2。

1.3.4反选粗选小试

将正选精选泡沫产品置于浮选槽中，依次加入10%的H2SO4溶液和10%的H3PO4溶液，最后加入1%反选捕收剂YO-1溶液，作用3 min后开始通气和刮泡，刮泡时间固定为5 min。后续操作同1.3.2。

1.3.5反选扫选小试

将反选粗选泡沫产品置于浮选槽中，加入10%的H3PO4溶液，作用3 min后开始通气和刮泡,刮泡时间固定为5 min。后续操作同1.3.2。

1.3.6矿样分析

胶磷矿原矿的全元素分析在XRF荧光分析仪上进行，选矿过程中的P2O5和MgO含量测定根据国家标准(GB/T 1871.1-1995和GB/T 1871.5-1995)的方法进行。

1.3.7吨级连选试验

吨级连选试验在湖北荆门新洋丰中磷肥业有限公司湖北省中小企业选矿试验中心连选装置上进行，磨矿机处理能力为1 t·h-1，正选尾矿回水pH值约为8，其中含有一定量的Na2CO3、Na2SiO3和(NaPO3)6及200～300 mg·L-1的钙离子，反选回水pH值约为5，其中含有少量的磷酸根和硫酸根离子。但由于浮选槽和矿浆泵的限制，磨矿机的进矿速度调节到21 kg·h-1，通过调节前段进水控制磨矿粒度<0.074 mm颗粒占93%～97%，调节后段进水控制矿浆浓度在27%～30%。正选pH值调整剂Na2CO3溶液和抑制剂Na2SiO3溶液从磨矿机后段进水处加入，激活剂(NaPO3)6和正选捕收剂HX-1G溶液在搅拌桶中加入。磨矿机出来的矿浆经砂浆泵打入搅拌桶，溢流进入粗选槽，经粗选后槽底正选尾矿进入砂浆泵打入尾矿池静置回收尾水，粗选泡沫流入砂浆泵打入精选槽，加入Na2CO3溶液和抑制剂Na2SiO3溶液进行精选。精选后槽底产品流入扫选槽进行扫选，扫选后的泡沫产品和精选的泡沫产品一起加入H2SO4和H3PO4溶液后经砂浆泵打入反选操作。正选精矿浆泵入反选搅拌桶内搅拌后溢流到反选槽，反选粗选的泡沫产品加入H3PO4溶液后用泵打入扫选槽，反选扫选的泡沫尾矿直接泵入反尾沉降池，槽底矿浆流入反选粗选槽形成闭路。

2　结果与讨论

2.1磨矿时间

前期研究证明，该矿嵌布粒度很细，需要磨矿至粒度<0.074 mm时才能达到单体矿物解离。磨矿粒度与磨矿时间的关系见表2。

表2磨矿粒度与磨矿时间的关系

Tab.2Relationship between grinding fineness and grinding time

磨矿时间/min78910<0.074mm矿粉含量/%89929699

从表2可知，磨矿时间为9 min时，能达到单体解离的要求。

2.2正选粗选工艺条件优化

在优化时，固定捕收剂和激活剂(NaPO3)6用量，改变Na2CO3和Na2SiO3的用量，结果见表3。

表3Na2CO3和Na2SiO3的用量对选矿指标的影响

Tab.3Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-12.40.20.40.62.02.42.60.4正选粗选精矿/%P2O5MgO产率%磷回收率%16.515.9388.0193.7417.026.2284.9393.2517.776.7179.1790.7617.335.5179.9789.4117.026.2284.9393.2516.235.8888.7592.93

由表3可知，在获得同样精矿品位、相同回收率的情况下，由于尾矿回水中有一定量的Na2CO3存在，Na2CO3用量比使用清水时要降低很多。而Na2SiO3用量与使用清水时相差不大，可能是由于尾矿回水静置过程中Na2SiO3发生部分水解与矿粒一起聚沉，降低了Na2SiO3含量。因此，确定Na2CO3和Na2SiO3的用量分别为2.4 kg·t-1和0.4 kg·t-1。

2.3正选精选工艺条件优化

由于正选粗选使用的冲洗水为回水，但使用量不大，对正选精选的影响较小。因此，正选精选的药剂制度在清水实验的基础上只做了少量调整，在pH值不变的条件下，改变Na2CO3和Na2SiO3的用量，结果见表4。

表4Na2CO3和Na2SiO3的用量对选矿指标的影响

Tab.4Effect of Na2CO3and Na2SiO3dosage on beneficiation index

Na2CO3用量kg·t-1Na2SiO3用量kg·t-1正选精选精矿/%P2O5MgO产率%磷回收率%3.11.518.975.7674.5291.202.020.116.5370.7191.742.520.876.9865.5788.282.43.13.82.020.317.0167.5788.5320.116.2270.7191.7418.835.8775.4591.65

由表4可知，在获得同样精矿品位、相同回收率的情况下，Na2CO3和Na2SiO3的用量与清水实验结果相当。因此，确定Na2CO3和Na2SiO3的用量分别为3.1 kg·t-1和2.0 kg·t-1。

2.4反选粗选工艺条件优化

由于反选捕收剂YO-1、抑制剂H2SO4和H3PO4都是利用反选回水配制，溶液中残存着部分H2SO4和H3PO4。因此，其用量朝着减量方向优化，固定YO-1的用量，改变H2SO4和H3PO4的用量，结果见表5。

表5H2SO4和H3PO4的用量对选矿指标的影响

Tab.5Effect of H2SO4and H3PO4dosage on beneficiation index

H2SO4用量kg·t-1H3PO4用量kg·t-1反选粗选精矿/%P2O5MgO产率%磷回收率%14.45.127.372.2141.3372.985.728.471.3237.9569.706.229.120.9133.3162.5813.514.415.35.727.741.9740.5172.5028.471.3237.9569.7028.661.2535.4565.55

由表5可知，在获得同样精矿品位、相同回收率的情况下，H2SO4和H3PO4的用量比清水实验结果低，确定H2SO4和H3PO4的用量分别为14.4 kg·t-1和5.7 kg·t-1。

考虑到正选和反选的扫选操作将分别由正选尾矿和反选尾矿确定，而且其药剂制度应该与清水实验差别不大，所以其药剂制度在吨级试验中讨论。

2.5吨级连选试验

(1)前段给水量与磨矿粒度

由于浮选机的限制，给矿量固定在20～21 kg·h-1，通过前水调节磨矿粒度，磨矿后水调整矿浆浓度在27%～30%。

(2)HX-1G流量对正选粗选选矿指标的影响

在正选粗选流程中，根据小试实验数据，固定(NaPO3)6、Na2CO3和Na2SiO3的流量分别为2 mL·min-1、20 mL·min-1和2.8 mL·min-1，改变正选捕收剂HX-1G流量，结果见表6。

表6HX-1G流量对选矿指标的影响

Tab.6　Effect of HX-1G dosage on beneficiation index

由表6可知，随着HX-1G流量的增加，精矿P2O5含量减少，回收率升高，在HX-1G流量为21 mL·min-1时，精矿品位和回收率达到设计要求，确定HX-1G流量为21 mL·min-1。

(3)Na2SiO3流量对正选精选选矿指标的影响

根据小试实验数据，正选精选固定Na2CO3流量为20 mL·min-1，改变Na2SiO3流量，结果见表7。

表7Na2SiO3流量对选矿指标的影响

Tab.7　Effect of Na2SiO3 dosage on beneficiation index

由表7可知，随着Na2SiO3流量的增加，精矿品位不断提高，回收率降低，在Na2SiO3流量为10 mL·min-1时，精矿品位和回收率达到设计要求，确定Na2SiO3流量为10 mL·min-1。

(4)HX-1G流量对扫选选矿指标的影响

由于扫选的目的是降低正选尾矿品位，同时为了缩短选矿作业流程，所以在保证扫选精矿与精选精矿合并进入反选的矿浆能达到大于18.5% P2O5的条件下，尽量使尾矿品位降低。因此，扫选在增加捕收剂HX-1G流量的情况下考察精矿品位和尾矿品位，结果见表8。

表8HX-1G流量对选矿指标的影响

Tab.8　Effect of HX-1G dosage on benficiation index

由表8可知，随着HX-1G流量的增加，精矿品位不断降低，回收率提高，尾矿品位降低，在HX-1G的流量为28 mL·min-1时，精矿品位和尾矿品位达到设计要求，确定HX-1G流量为28 mL·min-1。

(5)YO-1流量对扫选选矿指标的影响

由于反选流程是一个闭路循环，扫选的H3PO4会回到粗选中，影响粗选捕收剂YO-1用量，因此，在固定粗选H2SO4和H3PO4流量后，同时考察粗选YO-1流量和扫选H3PO4流量对选矿指标的影响，结果见表9。

由表9可知，随着YO-1流量的增加，精矿品位不断升高，尾矿品位不断升高。当YO-1流量和扫选H3PO4流量分别为58 mL·min-1和14 mL·min-1时，精矿和尾矿能同时达到设计要求。

(6)连续浮选稳定性试验

根据前面的优化，确定正选粗选Na2CO3流量为20 mL·min-1，Na2SiO3流量为2.8 mL·min-1，

表9H3PO4和YO-1流量对选矿指标的影响

Tab.9Effect of H3PO4and YO-1 dosage on beneficiation index

扫选H3PO4流量/(mL·min-1)10121416YO1流量/(mL·min-1)54565860P2O5/%26.4327.5528.0728.79MgO/%0.770.981.502.11磷回收率/%82.3479.1477.7773.41反选尾矿品位3.974.434.525.51

(NaPO3)6流量为2.0 mL·min-1， HX-1G流量为21 mL·min-1；正选精选Na2CO3流量为20 mL·min-1，Na2SiO3流量为10 mL·min-1；扫选 HX-1G流量为28 mL·min-1。反选粗选YO-1流量为58 mL·min-1，H2SO4流量为50 mL·min-1，H3PO4流量为14 mL·min-1；反选扫选H3PO4流量为14 mL·min-1，进矿量为350 g·min-1。连续72 h精矿、正选尾矿和反选尾矿的选矿指标见表10。

表10吨级正反连续浮选闭路连续浮选结果/%

Tab.10　The results of ton-scale direct-reverse continuous flotation of closed circuit/%

由表10可知，在常温下，低品位胶磷矿利用自制的正选和反选捕收剂通过一系列的工艺流程可生产出合格的精矿产品。

2.6药剂成本

吨级正反连续浮选回水试验所需药剂成本与传统工艺药剂成本对比见表11。

表11吨级正反连续浮选所需药剂成本和传统工艺药剂成本(2012年12月)

Tab.11　The cost required on reagent of ton-scale direct-reverse continuous flotation and traditional technology(2012-12)

注：括号外数值为吨级正反连续浮选数据，括号内数值为传统工艺药剂成本(2012年12月)。

由表11可知，新的药剂及工艺条件下，药剂成本降低；常温浮选不再使用蒸汽加温，在降低成本的同时，也减少了因高温蒸汽而导致的危险；尾矿回水循环利用，减少了环境污染与水资源的浪费。

4　结论

利用选矿回水对低品位胶磷矿进行了常温浮选试验。结果表明：采用自制的正选和反选捕收剂，在自然环境下通过正反浮选工艺，能用品位为15.31% P2O5、5.90% MgO的胶磷矿原矿生产出品位为29.52% P2O5、1.50% MgO的精矿，且精矿磷回收率达到78.79%，产率41.13%。选矿废水无需特殊处理，通过简单的破乳聚沉后可以直接用于选矿工艺，既能降低生产成本，又能减少环境污染。虽然中试药剂用量要多于小试用量，但与传统药剂和工艺相比，新工艺更加简单、安全，且吨精矿成本降低约70元。

[1]张明，张露，张鑫，等.放马山低品位磷矿常温正反浮选吨级试验研究[J].化工矿物与加工，2015(2)：1～2，52.

[2]潘志权，沈博玮，周红，等.一种胶磷矿正-反捕收剂及其制备方法和应用：CN105344492A[P].2016-02-24.

Ton-Scale Backwater Continuous Flotation Experiment of Low Grade Collophane

SHEN Bo-wei，PAN Zhi-quan，LIANG Huan，ZHANG Xin，ZHANG Hua-li，JIAN Yun

(1.SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China;2.NationalEngineeringTechnologyResearchCenterofDevelopmentandUtilizationforPhosphorusResources，Wuhan430073，China;3.Jinmen，HubeiProvincetheAbundanceofPhosphateFertilizerCo.，Ltd.，Jinmen448000，China)

Theton-scaledirect-reversecontinuousflotationexperimentoflowgradecollophane(15.31%P2O5，5.90%MgO)wasimplementedusingbeneficiationbackwaterunderroomtemperature，andbeneficiationtechnologieswereoptimized.Resultsshowedthat,usingself-madeHX-1GandYO-1ascollectorsfordirectflotationandreverseflotationrespectively，beneficiationindexesincluding29.52%ofP2O5，1.50%ofMgO，recoveryrateof78.79%andproductionrateof41.13%wereobtained.Thistechnologysolvedthepollutionproblemscausedbybeneficiationwastewater，reducedproductioncostsandprovidedaneffectivewayforthehigh-efficientapplicationoflowgradecollophane.

lowgradecollophane；flotationtechnology；collector；beneficiationbackwater

湖北省重大科技创新项目(2015ACA057)，云南省科技领军人才项目(2014HA004)

2016-05-03

沈博玮(1990-)，男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：浮选药剂，E-mail:459012708@qq.com；通讯作者：潘志权，教授，博士生导师，E-mail:zhiqpan@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.09.012

TD 971.3

A

1672-5425(2016)09-0050-05

沈博玮，潘志权，梁欢，等.低品位胶磷矿吨级连续浮选回水试验[J].化学与生物工程，2016，33(9)：50-54,70.