柏泉铁矿石铁、磷选矿工艺优化研究

郭文达 韩跃新 张力民 朱一民 李艳军 范志国

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.朝阳东大矿冶研究院，辽宁朝阳122606；3.河北钢铁集团矿业有限公司承德柏泉铁矿，河北承德067500）

我国磷矿资源储量丰富，居世界第二位，但商业资源储量仅为40亿t［1-2］，主要分布在云、贵、川等南方省市，占全国储量的77%［3］。我国富磷矿（P2O5含量＞30%）储量为17亿t，约占总储量的9%，按目前的开采速度仅能开采约10 a［4］；我国磷矿石平均P2O5品位为17%［5］，南方磷矿石原矿品位较高，但约70%为难选胶磷矿石［3］。华北与东北地区有约占总储量7%的岩浆岩型磷矿石，P2O5品位低至2%～5%，常含有 Fe、Ti、V 及稀土等矿物［6-7］，通常优先磁选铁、钛等矿物，再对P2O5品位为3%～6%的铁尾矿进行浮选选磷［8］。南磷北运的高额运费压力，使此类岩浆岩型磷矿石资源具有了巨大潜在价值［2］。

位于承德市平泉县的柏泉铁矿石就属于岩浆岩型磷铁矿石，原矿P2O5品位为2.2%左右，TFe品位为10%左右，选厂规模为600万t/a，采取两阶段磨矿磁选选铁、磁选尾矿浮选选磷的工艺回收铁、磷［4］，年产铁精粉43 万t，磷精矿13万t［8-9］。现场在浮选选磷前增设了脱泥浓缩作业，以保证浮选矿浆浓度，这造成了磷的损失，导致磷回收率较低（＜50%）；同时，二段磨矿后的磁选尾矿存在过磨、泥化现象，其与1段选铁尾矿合并浮选，增大了选磷难度。

针对柏泉铁矿生产中存在的实际问题，提出了“先磷后铁”的工艺优化思路，即一段磨矿粗粒选磷，避免泥化，保证磷的回收率；浮选尾矿二段磨矿后选铁，确保较高的铁精矿质量指标。该工艺的实现有利于避免原浮选工艺泥化严重的问题，且可省去脱泥浓缩作业，减少磷的损失，缩短生产流程，此外，还可省去原工艺矿浆调整剂碳酸钠的使用。

1 试样、试剂及试验设备

1.1 试 样

试样为河北钢铁集团柏泉铁矿含磷铁矿石，主要化学成分分析结果见表1，XRD分析结果见图1。

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表1表明，试样中的有价元素P2O5品位为2.22%、Fe品位为10.51%。

图1表明，试样中的主要矿物为钾（钠）长石、云母、绿泥石、透闪石等硅酸盐矿物及少量的磁铁矿，磷灰石含量较低，未见其衍射峰。

1.2 试 剂

捕收剂为柏泉铁矿现场选磷用捕收剂BQ-2，是一种以氧化石蜡皂、油酸钠和MES按一定比例复配而成的高效选磷捕收剂，配制成浓度为5%的溶液使用；水玻璃作为矿泥分散剂及硅酸盐脉石矿物的抑制剂，也配制成浓度为5%的溶液使用。

1.3 试验设备

磨矿采用XMB-ϕ200×150型棒磨机，浮选粗选采用XFD-1.5L型浮选机、精选采用XFD-0.5L型浮选机，选铁采用RK/CRSϕ400×300型弱磁选机。

2 试验结果与讨论

2.1 浮选选磷试验

2.1.1 条件试验

浮选条件试验采用1次粗选流程（图2），试验内容包括一段磨矿细度试验、BQ-2及水玻璃用量试验。

2.1.1.1 一段磨矿细度试验

一段磨矿细度试验固定BQ-2用量为800 g/t，水玻璃用量为400 g/t，试验结果见图3。

图3表明，当磨矿细度从-0.074 mm占30%提高至40%，浮选磷粗精矿P2O5品位从23.36%降至20.34%，回收率从68.21%升至80.28%；磨矿细度进一步提高至-0.074 mm占70%，磷粗精矿P2O5品位继续下降至17.06%，回收率上升至85.80%。综合考虑，确定一段磨矿细度为-0.074 mm占40%。

2.1.1.2 BQ-2用量试验

BQ-2用量试验固定一段磨矿细度为-0.074 mm占40%、水玻璃用量为400 g/t，试验结果见图4。

图4表明，BQ-2用量从400 g/t增大至1 200 g/t，磷粗精矿P2O5品位先小幅上升后小幅下降，高点在BQ-2用量为600 g/t时，对应的P2O5品位为21.57%；随着BQ-2用量的增大，磷粗精矿P2O5回收率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定磷粗选的BQ-2用量为1 000 g/t。

2.1.1.3 水玻璃用量试验

水玻璃用量试验固定一段磨矿细度为-0.074 mm占40%、BQ-2用量为1 000 g/t，试验结果见图5。

图5表明，水玻璃用量从100 g/t增至400 g/t，磷粗精矿P2O5回收率从75.36%提高至85.37%，P2O5品位变化较小；继续增大水玻璃用量至600 g/t，磷粗精矿P2O5品位下降，而P2O5回收率升幅很小。因此，确定水玻璃的用量为400 g/t。

2.1.2 闭路试验

在条件试验和开路试验基础上进行了闭路试验，结果见表2，试验流程见图6。

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由表2可知，采用图6所示的流程浮选选磷，可获得P2O5品位为31.58%、回收率为77.97%的磷精矿，选磷尾矿铁品位为10.88%、回收率达99.40%，浮选选磷使铁富集在尾矿中，有利于后续磁选选铁，并控制铁精矿含磷。

2.2 磁选选铁试验

2.2.1 一段弱磁选磁场强度试验

一段弱磁选磁场强度试验采用1次粗选流程，给矿为1粗2扫开路浮选选磷试验尾矿，试验结果见图7。

图7表明，随着磁场强度的提高，铁粗精矿Fe品位呈先快后慢的下降趋势，Fe回收率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定弱磁粗选磁场强度为84 kA/m。

2.2.2 二段磨矿细度试验

二段磨矿细度试验采用2次弱磁精选流程，给矿为弱磁粗选精矿，2次弱磁精选磁场强度均为84 kA/m，试验结果见表3。

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表3表明，随着二段磨矿细度的提高，铁精矿Fe品位上升，Fe回收率变化不大。综合考虑，确定二段磨矿细度为-0.045 mm占84%，对应的精矿Fe品位为66.21%、铁回收率为47.03%。

2.3 全流程试验

在上述试验基础上进行了全流程试验，试验流程见图8，结果见表4。

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表4表明，采用图9所示的流程处理矿石，可获得P2O5品位为31.58%、回收率为77.97%的磷精矿和Fe品位为66.21%、回收率为47.03%的铁精矿。

3 结论

（1）柏泉岩浆岩型磷铁矿石为含磷低品位铁矿石，主要可回收的目的矿物为磁铁矿和磷灰石。

（2）对于柏泉铁矿选矿厂的先选铁再选磷工艺流程存在的流程复杂、铁尾矿泥化较严重、脱泥作业造成磷流失，以及选磷药剂制度较复杂（需添加调整剂碳酸钠）等问题，试验采用“先磷后铁、先浮后磁”工艺进行了选矿试验研究。结果表明，矿石在一段磨矿细度为-0.074 mm占40%的情况下，以BQ-2为捕收剂、水玻璃为调整剂，经1粗3精2扫闭路浮选流程选磷，获得了P2O5品位为31.58%、回收率为77.97%的磷精矿，浮选选磷尾矿经1次弱磁粗选抛尾—粗精矿再磨（-0.045 mm占84%）—2次弱磁精选流程选铁，获得了Fe品位为66.21%、回收率为47.03%的铁精矿。