青海某低品位磷矿石综合利用研究

程宏伟 刘长淼 卫 敏 吴东印 吕子虎 赵登奎

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006；3.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南 郑州 450006)

磷矿资源是不可再生的战略性资源，是化工、农业、肥料等多种重要行业的原料来源。中国是磷矿资源大国，已探明的磷矿床有400余处，累计探明资源储量约174×108t[1-2]。中国虽然磷矿资源储量丰富，但富矿少，难选矿多，易选矿少，主要为中低品位磷矿，P2O5平均品位仅17%，需经过选矿富集才能满足磷化工和磷肥工业的需求。另外我国磷矿资源地域分布不均衡，磷资源主要集中在南方，而北方一直处在缺磷的状态[3-4]。

北方磷矿资源特点为中低品位磁铁矿、低品位磷矿与低品位钛铁矿、云母等共生。云母是一种性能独特、应用价值很高的工业矿物，因其具有较高的电绝缘性，故主要用作绝缘材料，此外云母矿物在建材、润滑、油漆、化妆品和地质勘探等方面也有应用。由于北方磷资源含磷低，选矿比大、成本高，因此，北方磷矿的选矿多数以磁选工艺回收其中的磁铁矿，而将磁选尾矿丢弃，而磷资源没有得到充分利用，造成磷资源的浪费[5]。因此，针对北方铁矿中伴生低品位磷矿石资源进行综合回收试验研究具有重要意义。

1 原矿性质

1.1 原矿物质组成

试验原矿取自青海上庄磷矿。原矿化学多元素分析和矿物组成分析结果分别见表1和表2所示，X射线衍射图谱如图1所示。

表1 原矿化学多元素分析结果Table 1 Chemical multielement analysisresults of raw ore %

表2 原矿主要矿物组成Table 2 Mineral composition of raw ore

图1 原矿X射线衍射图谱Fig.1 X-ray diffraction pattern of raw ore ●—磷灰石；▲—黑云母；■—透辉石

由表1可知，矿石的P2O5、TFe和K2O品位分别为3.52%、9.08%和3.77%。

由表2及图1可知，原矿主要矿物组成为透辉石、黑云母、(氟)磷灰石和磁铁矿，还有少量的长石、榍石和方解石。

原矿铁物相分析结果见表3。

表3 原矿铁物相分析结果Table 3 Iron phase analysis results of raw ore %

由表3可知：原矿铁含量比较低；铁主要存在于赤褐铁矿中，分布率为41.86%；磁铁矿中的铁占总铁的28.86%；硅酸铁和碳酸铁中铁含量较高，分布率分别达21.37%和7.27%，这部分铁较难回收，0.64%的铁存在于黄铁矿中。

1.2 原矿主要矿物嵌布特征

磷灰石粒径一般在0.3～1.5 mm之间，粗粒集合体可达3 mm，磷灰石多分布在透辉石、黑云母和磁铁矿的粒间，但是部分细粒的磷灰石常被透辉石、黑云母和磁铁矿包裹，从显微镜观察(图2)和粒度统计结果(表4)来看，磷灰石以中粗粒嵌布为主。

图2 磷灰石的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of apatite

黑云母主要呈不规则片状或片状分布，晶体粗大，一般在0.1～2 mm，粗粒可到35 mm，部分黑云母中包含磷灰石和细粒的磁铁矿。黑云母的嵌布特征见图3。

表4 磷灰石的粒度统计结果Table 4 Results of particle size statistics of apatite

图3 黑云母的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of biotite

工艺矿物学研究表明，原矿主要回收的目的矿物为磷灰石、黑云母、磁铁矿和透辉石。黑云母嵌布粒度相对较粗，粗粒可达到35 mm。磷灰石的粒度一般在0.3～1.5 mm，且与毗邻矿物多平直接触，易于单体解离。磁铁矿以中细粒嵌布为主。

2 试验结果与讨论

透辉石和黑云母的矿物结晶粒度较粗，但是在矿石中相互包裹现象比较普遍，会影响黑云母和透辉石精矿的品位，也会影响磁铁矿和磷灰石的回收率。为了尽可能综合回收矿石中的有用矿物，经过大量试验，最终拟定采用一段粗磨分级重选回收粗粒云母和透辉石，二段再磨浮选回收磷灰石，然后磁选回收磁铁矿，最后浮选回收细粒云母的工艺流程，见图4。

2.1 粗粒黑云母回收

磷灰石性脆，易过粉碎，选择合适的入选粒度，可以降低磷在重选作业中的损失率。粒度分析表明，黑云母嵌布粒度较粗，+0.35 mm粒级主要矿物为黑云母和透辉石，一段粗磨即可达到80%单体解离，所以先回收这部分粗粒黑云母，减少磨矿负荷[4,6]。在条件试验的基础上，确定的粗粒黑云母回收试验流程见图5，试验结果见表5。

图4 原矿综合回收原则流程Fig.4 Comprehensive recovery process of raw ore

图5 粗粒黑云母回收试验流程Fig.5 Flowsheet for separation of coarse grained biotite表5 +0.35 mm粒级重选试验结果Table 5 Results of coarse grained (+0.35 mm)

%

从表5可以看出，摇床重选可以得到高品位的黑云母精矿，K2O品位为9.58%、回收率为18.77%，作业回收率为53.58%。

2.2 磷灰石回收

对-0.035 mm粒级产品进行再磨浮选回收磷试验。为防止磷灰石过粉碎，采用棒磨磨矿，磨矿粒度为-0.074 mm占50.90%，为达到较好的捕收效果，进行了731氧化石蜡皂与2#药剂(新型药剂)及2者组合使用的对比试验[7-8]，试验流程见图6，试验结果分别见图7、图8和图9。

图6 磷粗选工艺流程Fig.6 Flowsheet for separation of apatite

图7 731氧化石蜡皂用量对磷粗精矿指标的影响Fig.7 Influence of 731 oxidized paraffin soap collectordosage on phosphate flotation rough concentrate index■—P2O5品位；□—P2O5回收率

图8 2#药用量对磷粗精矿指标的影响Fig.8 Influence of 2# collector dasage on phosphateflotation rough concentrate index■—P2O5品位；□—P2O5回收率

图9 氧化石蜡皂和2#药组合作用对磷粗精矿指标的影响(氧化石蜡皂+2#药)

由图7～图9可知：2#新型捕收剂用量比731氧化石蜡皂用量大的多，说明该捕收剂捕收能力差；采用2#新型捕收剂较采用731氧化石蜡皂时，在P2O5回收率接近的条件下，磷粗精矿P2O5品位较高，说明该捕收剂选择性较好；731氧化石蜡皂捕收能力强，药剂用量小，但选择性差，磷粗精矿P2O5品位较低，2#新型捕收剂选择性好、磷粗精矿品位高，但捕收能力弱，药剂用量必需达到1 200 g/t以上，且2#药剂成本高于731氧化石蜡皂；2#药剂与731氧化石蜡皂组合使用时，磷粗精矿P2O5品位均在20%以上，最高达到27.80%，且药剂用量得到了大幅度降低；2#药剂与731氧化石蜡皂用量为300+300 g/t时，可以得到磷粗精矿P2O5品位为23.50%、回收率为93.28%的指标。为了充分发挥2种药剂的优点，采用731氧化石蜡皂与2#药剂组合，药剂用量为300+300 g/t进行磷的浮选回收试验。

2.3 磁铁矿回收

经1粗2精1扫磷浮选获得的尾矿主要矿物为磁铁矿、细云母和透辉石，先磁选回收磁铁矿，再浮选回收细云母。采用SLon-100周期式脉动高梯度磁选机按图10流程进行试验，结果见表6。

图10 磁铁矿回收试验流程Fig.10 Flowsheet for separation of magnetite表6 浮磷尾矿磁选试验结果Table 6 Results of magnetic separation onphosphate flotation tailings

%

由表6可知，开路磁选获得的精矿含铁Fe 64.35%，Fe回收率为33.62%。

2.4 细粒黑云母回收

磁选尾矿中含有部分细泥，对云母浮选影响较大，在浮选云母前先进行分级脱泥，再进行云母浮选[9-10]。云母浮选在酸性条件下采用十二胺为捕收剂进行。试验流程见图11，结果见表7。

图11 细粒云母回收流程Fig.11 Flowsheet for separation of fine grained biotite表7 细粒云母浮选试验结果Table 7 Results of fine grainedbiotite separation

%

由表7可知，细粒云母精矿K2O品位为8.38%、回收率为37.38%。

2.5 实验室全流程试验

在条件试验的基础上，进行闭路全流程试验，试验流程见图12，试验结果见表8。

图12 实验室闭路试验流程Fig.12 Laboratory closed-circuit test process表8 实验室闭路试验结果Table 8 Results of laboratory closed-circuit test

%

从表8可以看出：闭路试验获得了较高的选矿技术指标，磷精矿P2O5品位为32.01%、P2O5回收率为92.85%，并在此基础上综合回收了黑云母和磁铁矿等矿物，可得K2O品位为9.58%、K2O回收率为20.80%的粗云母精矿和K2O品位为8.38%、K2O回收率为37.38%的细云母精矿，云母总回收率为58.18%；此外，还可获得TFe品位为64.35%、回收率为33.62%的铁精矿。

3 结 论

(1)青海上庄磷矿为含多种矿物的低品位磷灰石矿，矿石主要矿物为透辉石、黑云母、磷灰石和磁铁矿，还有少量的长石、榍石和方解石。磷灰石多分布在透辉石、黑云母和磁铁矿的粒间，粒径一般在0.3～1.5 mm，部分细粒的磷灰石常被透辉石、黑云母和磁铁矿包裹；黑云母晶体粗大，一般在0.1～2 mm，粗粒可到35 mm，部分黑云母中包含磷灰石和细粒的磁铁矿。

(2)采用棒磨粗磨(-0.35 mm占78.22%)分级(d=0.35 mm)、粗粒级摇床重选黑云母、细粒级棒磨再磨(-74 μm占50.90%)1粗2精1扫浮选磷灰石、浮选尾矿3段磁选磁铁矿(一段磁选精矿磨细至-74 μm占94.00%)、磁选尾矿分级(d=45 μm)脱泥后浮选分离透辉石和细云母的联合流程，最终获得了磷精矿P2O5品位32.01%、回收率92.85%；粗云母精矿K2O品位9.58%、回收率20.80%；细云母精矿K2O品位8.38%、回收率37.38%；铁精矿TFe品位为64.35%、回收率为33.62%的指标。通过实验室试验，获得了满意的选矿指标，试验在保证磷灰石和磁铁矿回收率的情况下，综合回收了黑云母和透辉石矿物，实现了矿石的综合回收。

[1] 蒋 俊.中低品位磷矿的开发利用途径[J].矿产综合利用，2014(4)：9-16.

Jiang Jun.Exploitation and utilization of medium and low grade phosphorite[J].Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2014(4)：9-16.

[2] 刘长淼，卫 敏，吴东印，等.青海低品位磷灰石型磷矿浮选试验研究[J].矿冶工程，2014,34(3)：29-32.

Liu Changmiao,Wei Min，Wu Dongyin，et al.Experimental study on flotation of phosphorite ore from a low-grade apatite deposit in Qinghai[J].Mining and Metallurgical Engineering，2014,34(3)：29-32.

[3] 薛天星，熊先孝，田升平.中国磷矿主要矿集区及其资源潜力探讨[J].化工矿产地质，2011,33(1)：9-20.

Xue Tianxing，Xiong Xianxiao，Tian Shengping.Discussion on the main ore concentration area of Chinese phosphate ore and its resource potential[J].Geology of Chemical Minerals，2011,33(1)：9-20.

[4] Tse P K.The mineral industry of China[J].United States Geological Survey，2012(2)：3-5.

[5] Lwin C M，Murakami M，Hashimoto S.The implications of allocation scenarios for global phosphorus flow from agriculture and wastewater[J].Resources，Conservation and Recycling，2017(2)：94-105.

[6] Santana R C，Farnese A C，Fortes M C，et al.Influence of particle size and reagent dosage on the performance of apatite flotation[J].Separation and Purification Technology，2008,64(1)：8-15.

[7] Fortes M C，Silva A A，Guimarães R C，et al.Pre-separation of siliceous gangue in apatite flotation[J].Industrial & Engineering Chemistry Research，2007,46(21)：7027-7029.

[8] Guimaraes R，Araujo A C d，Peres A.Reagents in igneous phosphate ores flotation[J].Minerals Engineering，2005,18(2)：199-204.

[9] Filippov L O，Duverger A，Filippova I V，et al.Selective flotation of silicates and Ca-bearing minerals：The role of non-ionic reagent on cationic flotation[J].Minerals Engineering，2012(6)：314-23.

[10] Thella J S，Mukherjee A K，Srikakulapu N G.Processing of high alumina iron ore slimes using classification and flotation[J].Powder Technology，2012(7)：418-26.

[11] Cao Q，Cheng J，Wen S，et al.A mixed collector system for phosphate flotation[J].Minerals Engineering，2015(8)：114-21.

[12] Rao K H，Forssberg K.Mixed collector systems in flotation[J].International Journal of Mineral Processing，1997,51(4)：67-79.