WF-04反浮选贵州某钙镁质磷矿及作用机理研究*

石 波,徐 伟，,田 言,陈 跃, 赵媛媛, 程 潜,梅光军

(1.武汉理工大学 资源与环境工程学院, 湖北 武汉 430070;2.中低品位磷矿及其伴生资源高效利用国家重点实验室, 贵州 贵阳 550002)

0 引言

磷矿是不可再生资源，也是不可替代的资源，在国民经济和社会发展中占有重要地位[1-2]。我国磷矿资源丰富，储量大，但大多为中低品位磷矿，含有大量的杂质，MgO就是其中之一。绝大部分镁杂质以白云石的形式赋存于磷矿中，如果磷矿中的MgO质量分数超过1%，将会对湿法磷酸的生产产生不利影响[3-4]。针对中低品位胶磷矿一般采用单一正浮选、单一反浮选、正反(反正)浮选以及双反浮选等工艺进行除杂。对于硅质胶磷矿，一般采用正浮选法；对于硅镁质胶磷矿，通常采用正反浮选法；而对钙镁质或镁质胶磷矿，则采用反浮选法[5-6]。本试验针对贵州某中高品位钙镁质磷矿，通过单一反浮选工艺流程筛选药剂及其用量，以达到脱除含镁杂质的目的。

1 试验矿样及药剂

1.1 试验矿样

试验矿样取自贵州某地，属于中高品位钙镁质磷矿石，其中有用矿物为磷矿物，绝大部分为氟磷灰石，少量为胶磷矿，有用矿物粒径较小，属细粒嵌布，且共生关系复杂。脉石矿物主要为白云石和方解石，伴有少量硅质物、黏土矿物，大多以微细粒嵌布在胶磷矿中，分布不均匀。原矿多元素分析结果见表1。

表1 原矿多元素分析结果 单位：%

由表1可知，倍半氧化物(Fe2O3和Al2O3)的质量分数较低，只需要考虑钙镁质脉石矿物白云石和方解石的脱除，就可获得合格的磷精矿产品。

1.2 矿石粒度分布及特征

对粒径为1 mm的原矿进行筛析，结果见表2。

表2 粒径为1 mm的原矿的粒度分布

由表2可知，P2O5品位在各粒级中的差别不大，大部分P2O5分布在+150 μm粒级，分布率为55.04%。

1.3 试验药剂

捕收剂为WF-01和WF-04，主要成分为工业脂肪酸皂，用水配制成质量分数为1%的溶液；pH调整剂为硫酸，质量分数为10%。

2 试验结果及讨论

2.1 磨矿细度试验

在矿浆质量分数为25%的条件下，按图1所示的1粗1精单反浮选工艺流程进行磨矿细度试验，结果见表3。由表3可知，随着磨矿细度的增加，精矿产率、P2O5品位和P2O5回收率均有所下降。综合考虑，选择磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%。通过1粗1精反浮选工艺流程试验，得到的磷精矿P2O5品位为32.38%、P2O5回收率为93.13%，尾矿1 的P2O5品位为8.35%，尾矿2的P2O5品位为13.96%。

图1 磨矿细度试验流程

表3 磨矿细度试验结果 单位：%

2.2 捕收剂种类试验

在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、硫酸用量为13 kg/t、捕收剂用量为0.40 kg/t的条件下，通过反浮选1次粗选工艺流程试验探索捕收剂WF-01、WF-04对矿样的浮选效果，结果见表4。

表4 捕收剂种类试验结果 单位：%

由表4可知，以WF-04作为捕收剂，获得的磷精矿质量指标接近拟定的技术指标(P2O5品位不低于32.5%、P2O5回收率不低于92.0%、MgO质量分数不高于1.0%)。而以WF-01作为捕收剂，获得的磷精矿质量指标达不到拟定的技术指标要求，需要进行多段浮选。因此，选择WF-04作为该矿样的捕收剂，以反浮选1次粗选工艺流程进行试验。

2.3 硫酸用量试验

硫酸是常用的pH调整剂，而且对磷酸盐矿物有抑制作用。在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、WF-04用量为0.40 kg/t、矿浆质量分数为25%、浮选时间为3 min的条件下进行硫酸用量试验，结果见表5。

表5 硫酸用量试验结果

由表5可知，随着硫酸用量的增加，精矿产率略有增加，而精矿P2O5品位、P2O5回收率、MgO质量分数变化均不大。基于节约成本、减少药剂用量考虑，确定硫酸用量为11 kg/t。

2.4 WF-04用量试验

在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、硫酸用量为11 kg/t、矿浆质量分数为25%、浮选时间为3 min的条件下进行WF-04用量试验，结果见表6。由表6可知，随着WF-04用量的增加，精矿产率、MgO质量分数、P2O5回收率逐渐降低，只有P2O5品位略有升高。当WF-04用量为0.40 kg/t时，磷精矿指标可以达到拟定的技术指标要求。因此，确定WF-04用量为0.40 kg/t。

表6 WF-04用量试验结果

2.5 矿浆质量分数试验

在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、硫酸用量为11 kg/t、WF-04用量为0.40 kg/t、浮选时间为3 min的条件下进行矿浆质量分数试验，结果见表7。

表7 矿浆质量分数试验结果 单位：%

由表7可知：随着矿浆质量分数的增加，精矿产率逐渐下降，而精矿P2O5品位、P2O5回收率、MgO质量分数变化均不大；当矿浆质量分数为25%时，精矿P2O5品位最高，为32.84%，P2O5回收率为93.20%。因此，确定矿浆质量分数为25%。

2.6 浮选时间试验

在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、硫酸用量为11 kg/t、WF-04用量为0.40 kg/t、矿浆质量分数为25%的条件下进行浮选时间试验，结果见表8。

表8 浮选时间试验结果

由表8可知，随着浮选时间的增加，精矿产率有所下降，而精矿P2O5品位、P2O5回收率、MgO质量分数变化均不大。当浮选时间为3.0 min时，磷精矿P2O5品位、P2O5回收率在这组试验中的指标最好。

2.7 最佳条件验证试验

根据上述试验所得的最优条件，在磨矿细度为-0.075 mm质量分数占60.60%、硫酸用量为11 kg/t、WF-04用量为0.40 kg/t、矿浆质量分数为25%、浮选时间为3.0 min的条件下，对该矿样进行反浮选验证试验，结果见表9。

表9 最佳条件验证试验结果 单位：%

由表9可知，通过反浮选1次粗选，得到的磷精矿的P2O5品位为33.06%、P2O5回收率为93.07%、MgO质量分数为0.75%。该工艺流程简单，经过1次粗选就可以脱除试样中的钙镁质脉石矿物。

2.8 捕收剂WF-04在白云石表面的吸附机理

2.8.1 Zeta电位

测试了捕收剂WF-04对白云石表面电位的影响，结果见图2。由图2可以看出，随着pH的增大，白云石的Zeta电位逐渐减小；当pH大于10时，白云石的Zeta电位开始回升。由吸附了WF-04的白云石的Zeta电位曲线可以看出，WF-04对白云石表面的Zeta电位的影响较大。白云石本身的Zeta电位的绝对值比吸附了WF-04的白云石的低，表明在白云石表面吸附了大量的WF-04，造成白云石表面的Zeta电位发生了变化。在pH为5附近时，白云石与吸附了WF-04的白云石的Zeta电位差值最大，说明在此范围内白云石对WF-04的吸附能力最强。

图2 WF-04对白云石表面电位的影响

2.8.2 红外光谱分析

对白云石以及吸附了WF-04的白云石进行红外光谱分析，结果见图3。

图3 吸附WF-04前后的白云石的红外光谱

由图3可以看出：1 439 cm-1处是CO32-反对称伸缩振动吸收峰，880 cm-1处是CO32-面外弯曲振动吸收峰，726 cm-1处是CO32-面内弯曲振动吸收峰，这些都是白云石的特征吸收峰；2 919 cm-1附近出现了较弱的吸收峰，是烷基C-H的伸缩振动吸收峰；在1 649 cm-1处出现了较强的吸收峰，为酯基(-COOR)的吸收峰，是酯基与Ca2+配位生成了沉淀，吸附在了矿石表面；1 031 cm-1处是C-C单键的骨架振动吸收峰；668 cm-1处是烯烃的C-H面外弯曲振动吸收峰。因此，WF-04在白云石表面的吸附主要为化学吸附，另有少量的物理吸附。

3 结论

a.以WF-04为捕收剂通过反浮选1次粗选工艺流程对贵州某磷矿进行反浮选脱镁试验，得到了P2O5品位为33.06%、P2O5回收率为93.07%、MgO质量分数为0.75%的磷精矿指标。

b.Zeta电位和红外光谱测定结果表明，WF-04在白云石表面主要为化学吸附，另有少量的物理吸附。