水力旋流器在铁尾矿选磷工艺中的应用

季安坤，姜程阳，王丽娟，初福栋

威海市海王旋流器有限公司 山东威海 264200

近 年来，随着主体矿产资源的不断开发利用，我国矿产资源在逐渐减少，资源紧缺使得各行业广泛重视尾矿中有用元素的再回收利用。磷是一种不可再生、难以替代的有限自然资源，可用于制作磷肥、磷酸及其磷酸类等化工制品，是我国重要的战略资源，在国民经济和社会发展中占有重要地位。河北承德地区是我国主要铁矿产区之一，矿产资源大多为超贫钒钛磁铁矿，并伴生磷灰石。在选铁作业过程中，磷灰石矿物颗粒较细、粒状不规则，且P2O5品位较低，通常流失于铁尾矿中。这不仅污染了环境，还浪费了磷资源，也影响了企业的经济效益。加强对铁尾矿中磷的综合回收与利用，对节约有限磷资源具有重要意义[1-3]。

目前，河北承德地区含磷铁尾矿处理的普遍工艺为：铁尾矿给入斜板浓密机浓缩脱泥后，浓密机溢流排走，浓密机底流进行浮选回收磷。该工艺虽然可以回收部分磷灰石，但依旧有部分磷灰石从斜板浓密机溢流中流失；且在实际生产过程中，存在斜板浓密机底流产率与脱泥率不能互保的问题。浓密机底流流量高时，浮选质量分数与脱泥率不能满足常规正浮选要求；底流流量低时，浓密机溢流中又容易流失较多的磷灰石。

为了进一步加强铁尾矿选磷流程工艺的稳定性，以回收更多的磷灰石，承德地区部分铁选厂对尾矿选磷工艺进行优化。通过在斜板浓密机溢流处增加旋流器，进一步回收浓密机溢流中的可选粒级；为在原有工艺基础上尽可能多地回收磷灰石，将传统单一的斜板浓密机—浮选机选磷工艺，改为斜板浓密机—浮选机粗粒浮选、水力旋流器—射流浮选 (或浮选柱) 细粒浮选并联的工艺，并取得良好效果。笔者简要阐述承德地区远通矿业某选厂及双滦建龙矿业某选厂尾矿选磷工艺改进后，水力旋流器在铁尾矿选磷工艺中的应用。

1 水力旋流器工作原理

水力旋流器以水作为介质，利用旋转离心流场可以加速矿浆中的颗粒沉降，矿浆经进料管以一定的压力沿切线方向进入旋流器内部后，产生强烈的向下螺旋运动。细颗粒和粗颗粒之间存在粒度和密度差异，所受离心力、向心浮力和流体曳力的大小不同。粗颗粒由于受到较大的离心作用，可以向旋流器壁面运动，并随向下的外旋流从旋流器底部排出，形成底流；细颗粒由于所受离心力较小，沉降速度较慢，在一起向下运动的过程中，由于旋流器锥体的收缩，底流口排矿能力有限，被迫随向上的内旋流从旋流器顶部的溢流口排出，形成溢流。

通俗来说，经水力旋流器分级后的物料，溢流粒度变细，质量分数降低；底流粒度变粗，质量分数升高。在铁尾矿选磷工艺中，浮选法选磷对入浮质量分数有一定的要求，且入浮物料粒度不能太细 (含泥量要低)。为保证良好的选磷效果，旋流器主要起到浓缩和脱泥的作用。

2 水力旋流器主要技术指标

在铁尾矿选磷工艺中，水力旋流器主要技术指标为分级质效率和底流产率。

2.1 分级质效率

分级质效率是指分级设备溢流中实际被分级出的某一粒度级别的质量占分级设备给矿中同一粒级质量的百分比。该指标既考虑了溢流质量的提高，又考虑了细粒级在溢流中的回收率。分级质效率越高，表明分级设备的分级效果越好[4]。分级质效率

式中：α为旋流器给矿中计算粒级含量，%；β为旋流器溢流中计算粒级含量，%；θ为旋流器沉砂中计算粒级含量，%。

2.2 底流产率

底流产率是指通过旋流器给矿、溢流、底流的质量分数所计算得出的底流物料干矿量占给矿干矿量的质量比。底流产率越高，表明底流获得的物料干矿量越多。旋流器底流产率

式中：a为旋流器给矿质量分数，%；b为旋流器溢流质量分数，%；c为旋流器底流质量分数，%。

3 应用实例 1

3.1 现场简介

承德地区远通矿业某选厂，原铁尾矿经斜板浓密机处理后，浓密机底流进行浮选法选磷。浓密机溢流物料性质：质量分数为 9%，矿浆密度为 1.06 g/cm3，矿浆黏度为 1.105×10-3Pa·s，-18 µm 含量为 60%，P2O5品位在 2% 左右；溢流物料直接排走。

为进一步提高尾矿资源利用率，回收更多的磷灰石，现场开始采用两组 FX100-PU×42 型旋流器机组来处理斜板浓密机溢流。浓密机溢流经旋流器浓缩脱泥后，旋流器溢流排走，旋流器底流进行浮选法细粒级选磷。旋流器相关参数如表 1 所列。

表1 FX100 型旋流器参数Tab.1 Parameters of FX100 hydrocyclone

3.2 旋流器运行效果

为更好匹配现场细粒级浮选法选磷工艺，使旋流器达到最佳运行效果，在正常生产条件内，针对旋流器进行了不同底流口条件的取样考察试验。每个底流口条件取 5 个批次样品，取样数据经平均处理后，结果如表 2 所列。

表2 FX100 型旋流器运行数据Tab.2 Operating data of FX100 hydrocyclone

从表 2 可以看出：20 mm 底流口条件的旋流器可以获得更高的底流质量分数和较少的底流 (-18µm) 细泥夹细量；但由于底流产率较低，平均仅有44.66%，不利于回收更多的磷灰石；针对后续浮选质量分数要求，底流质量分数有进一步优化空间。24 mm 底流口条件的旋流器虽然获得底流产率较高，但底流质量分数过低，不利于后续浮选效果以及浮选药剂成本的控制。相比而言，22 mm 底流口条件的旋流器综合指标较为优异，它既可以保证后续浮选的质量分数，又能保证底流产率，分级质效率达到52.82%。

对浮选指标检测后，现场最终确定使用底流口为 22 mm 的旋流器。在斜板浓密机溢流物料性质不变的条件下，旋流器获得底流质量分数为 28%、底流夹细 -18 µm 占 37%、底流产率为 52%，分级质效率约为 53% 的选矿指标。旋流器底流经后续浮选工艺处理后，最终 P2O5品位可达到 27% 左右。

4 应用实例 2

4.1 现场简介

承德地区双滦建龙矿业某选厂，其铁尾矿采用先强磁法选钛、后浮选法选磷的工艺。原工艺仅针对斜板浓密机底流进行选磷作业，后续为提高尾矿资源利用率和选厂经济效益，开始采用旋流器处理浓密机溢流。浓密机溢流物料性质：质量分数为 7%，矿浆密度为 1.05 g/cm3，矿浆黏度为 1.078×10-3Pa·s，-18 µm占 76%，P2O5品位在 5.5% 左右。该物料经旋流器浓缩脱泥后，旋流器底流进行浮选法细粒选磷，回收更多磷灰石。现场采用 FX75-PU×30 型旋流器机组，共5 组，相关配置参数如表 3 所列。

表3 FX75 型旋流器参数Tab.3 Parameters of FX75 hydrocyclone

4.2 旋流器运行效果

在正常生产周期内，针对旋流器共取 4 批次样品，取样数据经平均处理后，结果如表 4 所列。

表4 FX75 型旋流器运行数据Tab.4 Operating data of FX75 hydrocyclone

从表 4 可以看出，在斜板浓密机溢流 (入料) 质量分数为 6.86%、-18 µm 含量 76.43% 的条件下，利用旋流器可以获得底流质量分数为 20.21%、底流夹细 -18 µm 占 54.55%、底流产率为 42%、分级质效率为 51% 左右的分级指标。

原斜板浓密机溢流中 P2O5品位为 5.5% 左右，旋流器底流经后续浮选工艺处理后，最终 P2O5品位可达到 33%。

5 结语

(1) 河北承德地区是我国主要铁产区之一，其铁尾矿中有大量伴生磷灰石资源。为回收更多的磷灰石，部分铁选厂对铁尾矿选磷工艺进行了优化，将水力旋流器应用于选磷工艺中，配合浮选工艺处理原先抛废的斜板浓密机溢流。

(2) 远通矿业某选厂斜板浓密机溢流质量分数为9%、-18 µm 含量为 60%、P2O5品位为 2% 左右，通过 FX100 旋流器，可以达到底流质量分数为 28%、底流夹细 -18 µm 占 37%、底流产率为 52%、-18 µm分级质效率为 53% 左右的分级指标。旋流器底流经后续浮选工艺处理后，最终 P2O5品位可达到 27% 左右。

(3) 双滦建龙矿业某选厂斜板浓密机溢流质量分数为 7%、-18 µm 含量 76%、P2O5品位为 5.5%左右，利用 FX75 旋流器，可获得底流质量分数为20%、底流夹细 -18 µm 占 55%、底流产率为 42%、分级质效率 51% 左右的分级指标。旋流器底流经后续浮选工艺处理后，最终 P2O5品位可达到 33% 左右。