攀西某钒钛磁铁矿尾矿中磷的回收实验研究

陈超，张裕书，李潇雨，徐力，刘能云

(1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，中国地质调查局金属矿产资源综合利用技术研究中心，四川 成都 610041；2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

磷矿是具有战略意义的非金属矿，主要用于制造磷肥、黄磷、磷酸、磷化物及其他磷酸类盐，用于农业和医药、食品、国防等工业，具有不可替代性和不可再生性。目前磷资源日渐枯竭已成为世界性问题，加强利用中、低品位磷矿，扩展磷矿资源可利用范围，是解决磷资源匮乏的当务之急。攀西地区钒钛磁铁矿是我国重要的战略资源，在攀西地区钒钛磁铁矿中，磷灰石是分布比较广泛的一种副矿物，各矿区、各矿段不同矿石中含量变化较大，主要富集在辉长岩型矿石中。

不少学者针对低品位伴生磷资源的综合利用开展了大量研究。凌禄根[1]、李运汉[2]、钱韵等[3]对凹山铁矿床伴生磷资源综合利用进行了分析，表明综合回收凹山铁矿伴生磷资源是可行的。高磷鲕状赤铁矿矿中的磷一般难以综合利用，经过深度还原优化过程控制，可制成富磷渣[4]或钢渣磷肥[5]。陈达等[6]对国外某地钒钛磁铁矿，采用弱磁选-强磁选-浮选联合工艺流程，不仅能有效选别钛磁铁矿、钛铁矿，还可综合回收该资源中伴生的磷资源(含P2O54.19%)，得到产率为9.85%、品位为36.76%的优质磷精矿。郑桂兵等[7]针对承德地区P2O5含量为2.11%的铁矿，在矿浆常温碱性条件下，磨矿细度为-0.074 mm 48%时，获得了含P2O5为33.12%，P2O5回收率89.62%的闭路浮选磷精矿。罗斌等[8]对承德地区P2O5含量为2.17%的铁矿，经过一粗一扫四次精选，可以得到产率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精矿。王伟之等[9]对P2O5品位为3.05%的钒钛磁铁矿磁选尾矿，获得了P2O5品位为33.50%、回收率为92.18%的优质磷精矿。其他对铁矿中伴生磷资源的综合利用，主要针对北方地区的铁矿尾矿[10～11]。

目前为止，承德地区钒钛磁铁矿尾矿中的伴生磷资源的综合利用取得了较好的成绩，但攀西地区的伴生磷资源的研究及应用还未见有报道。因此，针对攀西地区钒钛磁铁矿伴生磷资源的综合利用技术研究，查明攀西地区伴生磷资源的可利用性，对资源节约集约利用有重要意义。

1 原料来源与制备

原料来源于攀西地区某钒钛磁铁矿尾矿，其主要成分见表1，AMICS分析见图1，矿物定量统计结果见表2。

表1 原料主要成分分析/%Table 1 Analysis results of main components of raw materials

图1 原料AMICS矿物分析Fig. 1 AMICS mineral analysis chart of raw material

表2 原料矿物含量Table 2 Mineral content of raw materials

由表1、2和图1可知，原料中主要有价成分包括铁、钛、硫等，同时含有少量的磷灰石，P2O5含量为0.87%。主要有用矿物为钛磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿、磷灰石等，主要脉石矿物为辉石-钛辉石、橄榄石、长石等。为充分回收原料中的有价成分，对该原料首先进行了浮选选硫化物、弱磁选铁和强磁选钛实验，所得的尾矿为选磷原料。实验流程见图2，选磷原料成分分析结果见表3。

图2 选磷原料制备流程Fig. 2 Flow chart of material preparation for phosphorus separation

表3 选磷原料分析结果/%Table 3 Analysis results of material for phosphorus separation

由表3可知，经过浮选选硫、弱磁选铁、强磁选钛以后，获得了P2O5含量为1.41%、P2O5回收率为78.38%的选磷原料。磷在强磁选尾矿中有一定程度富集，但比北方地区铁矿尾矿中的磷含量明显偏低。

2 浮选实验

浮选是回收磷矿物的主要方法，常用的磷矿浮选捕收剂主要为脂肪酸及其皂类，辅助捕收剂为烃油类[13]。该原料中主要的脉石矿物为辉石-钛辉石、橄榄石和长石等硅酸盐矿物，此类硅酸盐矿物通常利用水玻璃、六偏磷酸钠等作为脉石矿物抑制剂。经过大量药剂探索实验，确定采用多种脂肪酸皂复配的EM-360作为捕收剂，碳酸钠作为pH值调整剂，水玻璃作为分散剂和脉石矿物抑制剂。浮选粗选实验流程见图3。

图3 浮选粗选实验流程Fig. 3 Flow chart of flotation roughing test

2.1 碳酸钠用量实验

pH值是影响浮选指标的重要因素，碳酸钠作为pH值调整剂，对矿物表面也有一定的清洗作用。碳酸钠用量条件实验固定水玻璃用量为500 g/t，捕收剂用量为500 g/t，实验结果见图4。

图4 碳酸钠用量实验结果Fig. 4 Results of sodium carbonate dosage test

从图4中可以看出，随着碳酸钠用量的增加，磷粗精矿P2O5品位先增加后降低，磷回收率逐渐增加。当碳酸钠用量超过2500 g/t时，磷精矿品位下降，回收率增加不明显。综合考虑确定碳酸钠用量为2500 g/t，此时矿浆pH值为9.5左右。

2.2 水玻璃用量实验

水玻璃用量条件实验固定碳酸钠用量为2500 g/t，捕收剂用量为500 g/t，实验结果见图5。

图5 水玻璃用量实验结果Fig. 5 Results of sodium silicate dosage test

图5实验结果表明，随着水玻璃用量的增加，磷粗精矿品位变化不大，磷回收率先增加后降低。当水玻璃用量低于250 g/t时，磷回收率增加，超过250 g/t时磷回收率降低，综合考虑确定水玻璃用量为250 g/t。

2.3 捕收剂用量实验

固定碳酸钠用量为2500 g/t，水玻璃用量为250 g/t，改变捕收剂用量，实验结果见图6。

图6 捕收剂用量实验结果Fig. 6 Results of collector dosage test

由图6可知，随着捕收剂用量的增加，磷粗精矿品位先增加后降低，磷回收率逐渐增加；当捕收剂用量超过400 g/t时，磷精矿品位明显降低，磷回收率增加不明显。综合考虑，确定捕收剂用量为400 g/t。

2.4 浮选流程实验

在条件实验的基础上，进行了一粗一扫三精的开路和闭路浮选流程实验，闭路实验流程和药剂制度见图7，实验结果见表4，产品多项分析结果见表5。

表4 浮选闭路实验结果Table 4 Results of flotation closed circuit test

表5 浮选闭路实验产品多项分析/%Table 5 Composition of flotation closed circuit test products

图7 浮选闭路实验流程Fig. 7 Flotation closed circuit test process

由于有中矿返回，增加了矿浆的泥化程度，对浮选粗选药剂用量进行了一定的调整。

由表4和表5可知，通过该流程获得了P2O5品位为31.73%、回收率为92.56% 的合格磷精矿，对原料回收率为72.55%。该浮选工艺流程药剂制度简单，可实现对该尾矿中磷资源的高效回收。

3 结 论

（1）攀西某钒钛磁铁矿尾矿中主要有价成分包括铁、钛、硫等，主要有用矿物为钛磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿、磷灰石等，主要脉石矿物为辉石-钛辉石、橄榄石、长石等。对该原料进行浮选选硫、弱磁选铁、强磁选钛以后，获得了P2O5含量为1.41%的选磷原料。

（2）通过一粗一扫三精的浮选实验流程获得了P2O5品位为31.73%、浮选作业回收率为92.56%的合格磷精矿，对原料回收率为72.55%。该浮选工艺流程药剂制度简单，能充分回收钒钛磁铁矿尾矿提取有价金属后的伴生低品位磷资源具有一定的经济价值。