云南某硅质胶磷矿浮选试验研究*

彭丽群，罗昆义，刘丽芬，张朝旺，戴 川，李若兰，吕 兰，邓桂菊

(云南磷化集团有限公司，国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 昆明 650600)

0 引言

磷矿是不可再生资源，由磷矿制备的磷酸及其他化工产品广泛用于农业、化工、医疗、生物、国防等领域[1-3]。我国北方的磷矿以磷灰石为主，储量较少；南方的磷矿以胶磷矿为主，储量较多。我国磷矿储量较为丰富的省份为云南、贵州、湖北、四川和湖南等[4]。从选矿角度来看，胶磷矿可以分为硅质及硅酸盐型、碳酸盐型和混合型胶磷矿[5]。云南作为磷资源大省，目前工业利用的主要为碳酸盐型胶磷矿，而储量较为丰富的硅质及硅酸盐型、混合型胶磷矿尚未得到充分利用。

本文对云南某磷矿进行选矿试验研究，以期为该地区磷资源产业化应用确定工艺路线及提供初步设计依据。

1 矿样

1.1 试验矿样

试验矿样化学多元素分析结果见表1。由表1可知，该矿样中ω(CaO) /ω(P2O5)<1.4，根据我国磷矿地质勘查规范[6]，该矿样的类型为硅质及硅酸盐型。

表1 试验矿样化学多元素分析结果 单位：%

1.2 试剂及仪器设备

试剂：碳酸钠(工业品)，使用质量分数为10%；水玻璃(工业品)使用质量分数为5%；捕收剂为自制品，使用质量分数为5%。

主要仪器设备：扫描电镜，偏光显微镜，颚式破碎机，对辊破碎机，分样器，烘箱，筛分机，真空过滤机，浮选机，磨样机，矿样压片机，矿样分析仪。

2 试验结果及讨论

2.1 矿样矿物组成

利用偏光显微镜、扫描电镜和能谱仪，对矿样中的矿物进行鉴定。矿样中主要矿物为碳氟磷灰石、银星石、石英、玉髓、水云母(伊利石)、白云母、白云石、褐铁矿，还有少量的高岭石、黄铁矿、长石、重晶石、石膏、方解石、金红石、锆石、绿泥石等，其中石英、玉髓为硅质矿物，白云母、水云母(伊利石)、高岭石、长石、绿泥石为硅酸盐矿物，白云石、方解石为碳酸盐矿物。

利用SEM-MLA系统对矿样中主要矿物组成和质量分数进行测定，结果见表2。

表2 矿样中主要矿物组成 单位：%

2.2 磨矿和浮选流程选择

根据矿物化学多元素分析和矿物质量分数分析结果可知，矿石中以石英为主的硅质脉石矿物质量分数高，通过脱除硅质脉石杂质即可获得合格的磷精矿。观察发现原矿样中细粒级矿物质量分数较高，为确定细粒级矿物质量分数及各粒级质量分布和品位，对原矿进行了粒度筛析，结果见表3。

由表3可知，原矿样中-0.03 mm粒级质量分数较高。MLA测定结果表明，这部分物料中各矿物解离较好，因此可以考虑优先进行擦洗脱泥作业，脱出细粒级产品。但是由于细粒级产品中磷含量较高，因此不可能将细粒级(-0.038 5 mm)直接丢弃，而且铁、铝也在细粒级中富集，因此后续需要考虑是否对细粒级进行单独处理。可以采用的流程结构有分级浮选和混合浮选，初步拟定按照图1所示原则流程进行试验。

表3 矿样中各粒级质量分布及元素质量分数

图1 原则浮选流程

图1(a)所示流程分别对矿泥和粗粒级进行单独浮选处理，其优点是针对性强，但是存在两套分选系统，工艺流程复杂，对控制要求比较高；图1(b)流程是混合磨矿，其优点是结构简单、适用范围宽，但是一部分粗颗粒仍要进行破碎磨矿，会在磨矿阶段消耗更多的能量；图1(c)流程综合了前两个流程的优点，并避免了前两个流程的不足，预先分级作业可以降低磨矿量且避免细颗粒矿泥的过磨，因此后续条件试验采用图1(c)流程为原则流程。

2.3 浮选条件试验

2.3.1 磨矿细度试验

原矿经过分级后，对粗粒级(+400目)进行磨矿时间试验(5、7、10、12、15 min)，然后将细颗粒与粗颗粒合并进行浮选，在Na2CO3用量为1.2 kg/t、Na2SiO3用量为1.2 kg/t、捕收剂用量为3.3 kg/t，矿浆质量分数为25%的条件下，考查了磨矿细度对浮选指标的影响，试验结果见表4。由表4可知，适当细磨对提高浮选精矿产率有益，但是磨矿细度过细会造成矿物过磨反而引起精矿产率和品位下降、尾矿品位升高。综合考虑磨矿细度对分选效果的影响，将磨矿细度控制在-400目质量分数约占78.59%较为适宜。

表4 磨矿细度对浮选指标的影响 单位：%

2.3.2 Na2CO3用量试验

Na2CO3是浮选领域常用的pH调整剂，可以减小浮选体系中Ca2+、Mg2+和矿泥对浮选指标的影响[7]。在磨矿细度-400目质量分数约占78.59%、Na2SiO3用量为1.2 kg/t、捕收剂用量为3.3 kg/t、矿浆质量分数为25%的条件下考查了Na2CO3用量对浮选指标的影响，试验结果见表5。

表5 Na2CO3用量对浮选指标的影响

由表5可知，Na2CO3用量对磷块岩上浮量有明显的影响。随着Na2CO3用量增大，精矿产率、回收率随之增大，但精矿品位逐渐减小。Na2CO3用量增大能够促进含磷矿物的上浮，这是由于Na2CO3用量增大，使得浮选体系pH升高，促进了捕收剂脂肪酸钠的分散，同时一定程度上消除了Ca2+、Mg2+和矿泥对浮选的不利影响[8]。综合考虑，选择1.5 kg/t作为最佳Na2CO3用量。

2.3.3 水玻璃用量试验

氧化矿浮选时广泛使用水玻璃作为抑制剂，同时也常作为矿泥分散剂[7]，水玻璃是石英、硅酸盐、铝硅酸盐类矿物的抑制剂[9]。鉴于原矿样中石英和硅酸盐矿物以及矿泥含量较高，选择水玻璃作为抑制剂，在磨矿细度为-400目质量分数占78.59%、Na2CO3用量为1.5 kg/t、捕收剂用量为3.3 kg/t、矿浆质量分数为25%的条件下，考查了抑制剂水玻璃用量对浮选指标的影响，试验结果见表6。

表6 水玻璃用量对浮选指标的影响

由表6可知，水玻璃用量增加有利于精矿P2O5品位的提高，但精矿产率和回收率与水玻璃用量呈负相关。这是由于水玻璃用量增加在增强对硅质脉石矿物抑制能力的同时，对有用矿物的抑制能力也逐渐增强。综合考虑，选择最佳水玻璃用量为1.6 kg/t。

2.3.4 捕收剂用量试验

在磨矿细度-400目质量分数占78.59%、Na2CO3用量为1.5 kg/t、水玻璃用量为1.6 kg/t、矿浆质量分数为25%的条件下，考查了自制脂肪酸类捕收剂用量对浮选指标的影响，试验结果见表7。

表7 捕收剂用量对浮选指标的影响

由表7可知，随着捕收剂用量增加，精矿产率和回收率呈增大趋势，精矿品位逐渐减小。由于试验要求精矿品位达到31%以上，所以选择最佳捕收剂用量为3.0 kg/t。

2.3.5 浮选矿浆质量分数试验

矿浆质量分数对浮选机的充气、药剂用量、矿浆停留时间和细颗粒可浮性均有一定程度的影响。在磨矿细度-400目质量分数占78.59%、Na2CO3用量为1.5 kg/t、水玻璃用量为1.6 kg/t、捕收剂用量为3 kg/t的条件下，考查了不同浮选矿浆质量分数下的分选效果，试验结果见表8。由表8可知，同等药剂单耗下，随着矿浆质量分数从20%增加到35%，精矿产率和回收率逐渐增大，尾矿品位逐渐减小，浮选精矿品位也逐渐减小。综合考虑精矿品位和回收率，选择最佳浮选矿浆质量分数为25%。

表8 浮选矿浆质量分数对浮选指标的影响 单位：%

2.3.6 开路试验

在优化的粗选条件下，扫选添加0.15 kg/t 的Na2CO3以使扫选维持在较优的pH，经过对比捕收剂和抑制剂用量，确定添加捕收剂1.1 kg/t，添加抑制剂0.8 kg/t。开路浮选试验流程见图2，试验结果见表9。

图2 开路浮选试验流程

表9 开路浮选试验结果 单位：%

由表9可知，在图2所示的工艺流程和试验条件下，采用开路“1粗1扫”工艺所得精矿P2O5品位达到32.17%，精矿产率和P2O5回收率分别达到57.56%和81.68%。

2.3.7 闭路试验

按照图3所示的工艺流程和试验条件进行闭路浮选试验，以考查扫选中矿返回对浮选指标的影响，试验结果见表10。 由表10可知，中矿的返回降低了精矿品位，提高了精矿产率和P2O5回收率，不过未对精矿品位产生明显的影响，精矿品位仍满足试验要求。

图3 闭路浮选试验流程

表10 闭路浮选试验结果 单位：%

3 结论

a.该试样中的目的矿物为碳氟磷灰石，脉石矿物为石英和硅酸盐矿物；Si主要富集在石英和硅酸盐矿物中，脱除硅质矿物即可达到富集磷矿物的目的。

b.对试样预先分出-400目后，对粗颗粒单独进行磨矿有效避免了细颗粒矿物的过磨。

c.在优化的试验条件下进行闭路试验，获得了较好的浮选效果，浮选精矿P2O5品位为31.93%，P2O5回收率为84.11%。