磷石膏渣场酸性废水代替磷矿浮选中硫酸试验

张 波

(云南磷化集团海口磷业有限公司，云南 昆明 650113)

目前，中国正处于工业化和城镇化加速发展阶段，面临的资源和环境形势十分严峻。为抓住重要战略机遇期，实现全面建设小康社会的战略目标，必须大力发展循环经济，按照“减量化、再利用、资源化”原则，采取各种有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济产出和最少的废物排放，实现经济、环境和社会效益相统一，建设资源节约型和环境友好型社会。

磷矿浮选生产过程中,需要大量用水,同时又会产生大量废水,据相关统计,每处理1 t原矿需要4～6 m3的清水[1]。由于碳酸盐矿物可浮性一般高于磷酸盐矿物,在酸性介质中,差异更大。因此为了实现碳酸盐与磷酸盐矿物的有效分离,往往在酸性介质中反浮选碳酸盐。常用的酸性介质调整剂有盐酸、硫酸、磷酸和磷酸盐等[2,3]。浮选厂附近常建有磷酸、硫酸等生产装置,在湿法磷酸生产过程中副产含氟酸性废水由于腐蚀性强,处理成本高,其处理技术是湿法磷酸行业的难题[3-7]。

公司选矿厂的生产规模为200万吨/年，以处理中低品位胶磷矿为主，并以硫酸和磷酸作为矿浆pH调整剂。若将磷石膏渣场酸性废水作为矿浆pH调整剂[8-9]，可大大节约选矿成本。因此，为响应国家大力发展循环经济的号召，本着降低生产成本的原则，公司拟将磷石膏渣场酸性废水综合利用。目前，磷石膏渣场酸性废水返回化工厂主要用作磷石膏输送介质。

1 实 验

1.1 酸性废水检测分析

通过对磷石膏渣场酸性废水水质及回水水质进行取样，分析其成分，结果见表1、表2。

表1 磷石膏渣场酸性废水主要成分

表2 回水水质检验统计表

表2可以看出，该废水中P2O5含量平均值为0.32%，F含量平均值为2273.41 mg/L，pH平均值为2.16。

由表1和表2中的数据可以得出，该酸性废水含有大量的P2O5，将其加入磷浮选作业中，不仅可以替代部分硫酸和磷酸作为反浮选工艺的pH值调整剂和抑制剂，提高矿浆中的P2O5含量，使浮选精矿指标得以提升，降低浮选药剂成本，还可以缓解渣坝库区存水压力，提高尾矿库安全性。

1.2 试验方案

在原浮选流程的基础上，将硫酸和废水按一定比例配置添加，并保证矿浆浓度。具体试验方案如下：

所需试验设备：XMB-Φ200X240棒磨机；0.75L单槽浮选机；精密酸度计；电子天平；真空过滤机；干燥箱等。

所需试验药剂：pH调整剂为硫酸；捕收剂为YP6-4；酸性废水。

1.2.1 废水以及捕收剂用量试验

将加入10 mL、40%的硫酸作为对照组，设置废水用量与捕收剂用量梯度试验，根据试验结果，获得其用量与精矿指标趋势。

1.2.2 硫酸与废水比值试验

根据1.2.1选取固定捕收剂用量，设置硫酸：废水的比值梯度进行复选试验，根据试验结果，确定最佳比值范围。

1.2.3 重复试验

设置单一H2SO4用量梯度，确定最佳对照组，将1.2.2中比较好的指标进行重复实验，验证其指标优劣，最终根据重复试验结果得到最佳试验条件与指标。

1.3 浮选工艺利用

新建管道从3环取水，并输送至选厂浮选作业，工艺联系图见图1。

图1 三环废水利用工业联系图

2 结果与讨论

2.1 废水以及捕收剂用量试验

本次试验流程为一次粗选，自变量为废水用量和及捕收剂用量，溢流原矿中P2O5品位为18.66%，MgO品位为8.77%。只加10 mL、40%的硫酸作为对照组，试验结果见表3。

表3 回水和捕收剂用量试验指标

续表3

由表3试验数据可得出以下结论：

(1)当废水用量固定时，随着捕收剂用量的增加，精矿中MgO含量降低；

(2)捕收剂用量4 kg/t时，废水用量≥120 mL，精矿MgO≤2.0%(除废水用量250 mL外)，当废水用量达到200 mL时(11组)，一次粗选的精矿产率和回收率略高于对照试验，但精矿MgO偏高。捕收剂用量5 kg/t时(14组)，精矿“两率”及MgO含量与硫酸对照试验相当；

(3)综合以上分析，实验室废水用量200 mL，折合干基为0.8 mL/g。以此推算，工业生产处理150 t/h原矿，需要加入废水120 t/h。因废水用量较大，若直接取代硫酸加入磨矿后的浮选调浆，会大幅稀释矿浆浓度，造成捕收剂用量的增加，所以废水应与硫酸按一定比例加入。

2.2 硫酸与废水比值试验

本次试验流程为一次粗选，自变量为硫酸与废水的比例，溢流原矿中P2O5品位为18.66%，MgO品位为8.77%，捕收剂YP6-4用量固定为3 kg/t，试验结果见表4。

表4 硫酸与废水比值试验指标

由表4中的试验数据可得出以下结论：

(1)随着硫酸与废水比值的减小，精矿的产率和回收率呈先降低后升高的趋势；

(2)捕收剂用量为3 kg/t时，精矿中MgO含量随着硫酸与废水比值的减小而先升高后降低。

2.3 重复试验

为确定硫酸与废水的最佳比值，将上述试验中第6、7、8组进行重复试验，并确定最佳H2SO4用量，本次重复试验所用溢流原矿中含20.12%P2O5、8.06%MgO，捕收剂YP6-4用量为3 kg/t，试验结果见表5。

表5 40%H2SO4用量试验指标

上述试验结果表明，捕收剂用量3 kg/t，以40%H2SO4用量为变量的四组试验，第一组试验的精矿指标较好，确定H2SO4用量14.72 kg/t(5 mL)为对照试验；后三组废水替代部分H2SO4试验中，(硫酸:废水)按比例=1:6,1:7，1:8混合配制的调整剂，其中(硫酸:废水)=1:6,1:7在一次粗选的精矿磷、镁指标相差不大，但(硫酸:废水)=1:8精矿MgO尾矿磷明显偏高。因此继续选择(硫酸:废水)=1:6,1:7重复试验。

由于上述试验中精矿MgO均偏高，试验将捕收剂用量定为4 kg/t，以14.72 kg/t(5 mL)H2SO4为对照试验，试验结果见表6。

表6 硫酸:回水=1:6,1:7重复试验指标

上述试验结果表明：当其他条件不变，硫酸:废水=1:7时，一次粗选的浮选精矿各项指标为与对照试验时相当。因此确定硫酸与废水按比例1:7混合后替代部分H2SO4，进行重复试验，试验结果见表7。

表7 硫酸:回水=1:7重复试验指标

表7试验结果表明，当硫酸:废水=1:7，其他条件不变时，一次粗选的精矿MgO及尾矿中磷偏高，一粗一精流程中浮选精矿及尾矿各项指标为与对照试验时相近，回收率更优。

废水在磷矿选矿中可替代部分硫酸使用，分选效果与使用硫酸时相近。对照试验中H2SO4用量14.72 kg/t；而硫酸与废水按比例1:7配置时，H2SO4用量仅7.36 kg/t，废水约为0.028 m3/t。

3 成本计算

从试验结果看,当精矿指标最优时，处理每吨原矿可节约硫酸7.36 kg,目前硫酸市场价约400元/t,单位成本可节约2.94元/t，年处理量按200万t计算，每年可节约成本约580万元。

4 结 论

(1)当废水用量固定时，随着捕收剂用量的增加，精矿中MgO含量降低；

(2)随着硫酸与废水用量比值的减小，精矿的产率和回收率呈先降低后升高的趋势；

(3)当硫酸与废水比例为1:7时，分选效果与单独使用硫酸时相近，可获得含P2O530.20%、MgO 1.31%的磷精矿，产率与回收率分别达到55.8%和83.8%；且可以节约一半的硫酸用量；

(4)磷矿浮选中利用磷石膏渣场酸性废水代替硫酸，可降低试剂成本，每年可减少约580万元成本。