磷选矿回水处理的优化探讨

占其军

(湖北大峪口化工有限责任公司 湖北钟祥 431910)

从国内外选矿废水处理现状看，对选矿废水进行处理使之达到排放标准，不仅处理难度大，而且处理成本非常高，因为废水中除含有大量金属离子外，还含有较多的有机物。随着国家对环保要求的提高，选矿废水的处理难度及成本也将不断提升。对选矿废水进行处理，使废水回用对生产指标没有影响或影响甚微是可行的，不仅节约用水，还可以减少对环境的污染，环境效益和社会效益非常显著。从国内外选矿废水净化处理的发展趋势看，对选矿废水进行适当处理并全部回用，是今后选矿回水净化处理的主要途径。

湖北大峪口化工有限责任公司(以下简称湖北大峪口公司)有5套浮选装置，年处理磷矿石3 000 kt，采用正反浮选工艺去除磷矿中的大部分杂质，生产出满足磷复合肥生产要求的磷精矿。大峪口磷矿属沉积磷块岩矿床，矿石品位低，杂质多，嵌布粒径小，在选矿过程中要求磨矿细度高、耗药量大、产生废水多。据生产统计，处理1 t原矿要消耗4 t水，因此每年选矿消耗的水大约为12 000 kt。因磷矿以矿浆的形式输送至磷酸车间，每年产生的废水约为10 000 kt，废水包括浓密机溢流水和尾矿水。

1 试验部分

用化学试剂配制不同含量的杂质离子溶液，通过浮选开路试验，确定影响大峪口磷矿浮选的水质指标，对比生产成本后，选择最经济的水质控制指标。

1.1 原料

矿石来自湖北大峪口公司露采三层矿，其化学组成：w(P2O5)为18.24%，w(MgO)为3.93%，w(Fe2O3)为1.18%，w(Al2O3)为0.73%，w(CaO)为29.56%，w(SiO2)为32.97%，w(烧失量)为10.67%。用于反浮选的矿浆指标：w(P2O5)为29.35%，w(MgO)为2.58%，w(Fe2O3)为0.72%，w(Al2O3)为1.23%，w(CaO)为44.68%，w(SiO2)为13.32%，w(烧失量)为4.05%。

1.2 药剂

20%(质量分数，下同)碳酸钠溶液，10%正捕收剂溶液(C1)，10%反捕收剂溶液(JVC)，10%抑制剂溶液(DYK)，以上所用药剂均为工业级；无水氯化钙、无水硫酸钠、氯化镁、磷酸二氢钾为分析纯；蒸馏水。

1.3 仪器设备

XMB-70型三辊棒磨机、RK/FD0.75型单槽浮选机、XTLZΦ260/Φ200型多用真空过滤机、RK/DRX-4型电热恒温干燥箱，武汉洛克粉磨设备制造有限公司。

2 结果与讨论

2.1 4种离子对正浮选效果的影响

图1 大峪口磷矿正浮选试验流程

2.1.1 Ca2+对正浮选效果的影响

用无水氯化钙配制Ca2+质量浓度分别为100、200、300、400、500 mg/L的矿浆，按图1流程及条件进行正浮选试验，结果见表1。

从表1可以看出：Ca2+质量浓度增大会造成精矿品位下降及磷回收率降低；当Ca2+质量浓度为300 mg/L时，变化趋势开始明显；当Ca2+质量浓度大于400 mg/L时，磷回收率下降较快。其原因可能是Ca2+与正捕收剂(硬脂肪酸盐)反应生成钙盐沉淀，使正捕收剂失去活性；又Ca2+是脉石的活化剂，可能导致正捕收剂失去选择性。

2.1.2 Mg2+对正浮选效果的影响

用无水氯化镁配制Mg2+质量浓度分别为20、40、60、80、100 mg/L的矿浆，按图1流程及条件进行正浮选试验，结果见表2。

从表2可以看出：Mg2+质量浓度增大会造成精矿品位下降及磷回收率降低；当Mg2+质量浓度为40 mg/L时，变化趋势开始明显；当Mg2+质量浓度大于80 mg/L时，磷回收率下降较快，其原因与Ca2+类似。

表1 Ca2+对正浮选效果的影响

表2 Mg2+对正浮选效果的影响

表对正浮效果的影响

表对正浮选效果的影响

2.1.5 正浮选试验小结

2.2 4种离子对反浮选效果的影响

图2 大峪口磷矿反浮选试验流程

表对反浮选效果的影响

表对反浮选效果的影响

2.2.3 Mg2+对反浮选效果的影响

采用与正浮选试验相同的方法配制Mg2+质量浓度分别为500、1 000、1 500、2 000、2 500 mg/L的矿浆，按图2流程及条件进行反浮选试验，结果见表7。

2.2.4 Ca2+对反浮选效果的影响

采用与正浮选试验相同的方法配制Ca2+质量浓度分别为100、200、300、400、500 mg/L的矿浆，按图2流程及条件进行反浮选试验，结果见表8。

2.2.5 反浮选试验小结

表7 Mg2+对反浮选效果的影响

表8 Ca2+对反浮选效果的影响

2.3 讨论

(2)矿物都有一定的溶解度，其中盐类矿物溶解度较大，在其饱和水溶液中溶解有较多的矿物晶格离子，如Ca2+、Mg2+、Ca(OH)+、Mg(OH)+、[Ca(OH)3]-、[Mg(OH)3]-等，对浮选过程可能产生较大影响，因此可通过控制酸碱度来调节晶格离子含量。

3 选矿回水的优化

大峪口选矿产生的废水主要包括浓密机溢流水和磷浮选尾矿水，尾矿水占废水总量的14.3%～16.7%。目前湖北大峪口公司对磷矿废水处理分为两大部分：一是尾矿库设有净化站，对尾矿水进行处理，净化水返选矿装置回用(主要用于磨矿及浮选消泡方面)；二是选矿装置就近对浓密机溢流水进行处理，净化水返选矿装置回用。分别取样分析浓密机溢流水、磷浮选尾矿水和双碱法净化处理水，结果见表9。

表9 水质测定结果

从表9可知：双碱法净化处理水的各项指标均满足湖北大峪口公司正、反浮选装置用水要求，且存在指标优化空间；浓密机溢流水的各项指标基本达到反浮选用水(消泡水)的要求，尾矿水能满足反浮选用水的要求。

在实际生产中,尾矿水达到处理要求Ca2+质量浓度≤350 mg/L、Mg2+质量浓度≤50 mg/L时，石灰、纯碱分别消耗1.0、1.2 kg/t，浓密机溢流水分别消耗石灰4.5 kg/t、纯碱3.5 kg/t。单从药剂消耗看，浓密机溢流水的处理成本远高于尾矿水的，若能将浓密机溢流水直接用于反浮选消泡，则可大幅降低水处理成本。经讨论，认为浓密机溢流水直接回用可行性高、风险小。先对一套浮选装置进行试用，结果表明与试验数据基本吻合，直接回用后精矿质量降低[要求精矿指标为：w(P2O5)≥30%，w(MgO)≤1.2%]，MgO含量偏高。在后续生产中加大了JVC的用量，精矿质量明显改善，生产数据见表10。

表10 JVC用量调整前后72 h生产数据对比

通过对几个月的生产数据分析，为达到生产指标要求，直接回用浓密机溢流水增大了JVC的用量，消耗量提高了0.1 kg/t，但由于浓密机溢流水呈酸性，硫酸产量降低了2 kg/t；浓密机溢流水处理量明显下降，从6 000 t/d降至3 000 t/d。

在尾矿回水处理指标上，适当上调原指标(Ca2+质量浓度≤350 mg/L，Mg2+质量浓度≤50 mg/L)，控制Ca2+质量浓度≤400 mg/L。根据指标的调整，同样调整C1用量以弥补Ca2+增加对浮选的影响，最终保证精矿质量与磷回收率。通过生产数据对比，调整指标后，C1用量增加了0.2 kg/t，纯碱消耗降低了1.5 kg/t，正选磷回收率及品位可基本恢复到调整前水平。

4 优化后经济评价

根据正、反浮选对水质的要求，采取不同的优化方式处理磷选矿废水，达到了大量使用选矿废水和降低生产成本的目的。优化后成本增加部分：C1消耗增加260 t/a(以精矿产量1 300 kt/a计)，JVC消耗增加130 t/a，成本增加175万元/a。成本减少部分：硫酸消耗减少2 600 t/a，纯碱消

耗减少5 100 t/a，石灰消耗减少4 050 t/a，成本减少1 031万元/a。总经济效益：1 031-175=856(万元/a)。

5 结语

(1)Ca2+、Mg2+对大峪口三层矿正浮选影响较大，尤其是磷精矿品位及磷回收率随Ca2+、Mg2+含量的增加下降明显，当回水中Ca2+质量浓度超过400 mg/L、Mg2+质量浓度超过60 mg/L时，需去除Ca2+、Mg2+，以便回用。

(2)Ca2+、Mg2+对大峪口三层矿反浮选影响较大，磷精矿品位随Ca2+、Mg2+含量的增加下降明显，精矿中MgO含量随Ca2+、Mg2+含量的增加明显增加，磷回收率也随Ca2+、Mg2+含量的增加而增加。当水中Ca2+质量浓度超过400 mg/L、Mg2+质量浓度超过2 000 mg/L时，需去除Ca2+、Mg2+以便回用。