湖北某低品位硅钙质胶磷矿同步反浮选工艺研究*

陈 慧，郑光明，刘 鑫，王举亮，王旭东，李 防

(1.湖北兴发化工集团股份有限公司，湖北 兴山 443700；2.宜都兴发化工有限公司，湖北 宜昌 443300；3.中蓝连海设计研究院有限公司，江苏 连云港 222004)

0 引言

宜昌是湖北省七大磷矿区之一，其辖区内赋存的磷矿石大部分是中低品位胶磷矿[1]。浮选是较为传统的胶磷矿选矿工艺，对于中低品位硅钙质胶磷矿，常用的浮选工艺有正反浮选、反正浮选和双反浮选等[2-6]。这3种工艺本质是单一浮选的联合，通常是在浮选过程中加入1种捕收剂，经过1次浮选分离出1种脉石矿物，直至将碳酸盐、硅酸盐与磷灰石分离而得到磷精矿，这种分选方式属于异步浮选；而同步浮选是将2种捕收剂加入矿浆中，经过1次浮选使硅酸盐和碳酸盐脉石矿物一起上浮获得磷精矿的分选方式[7-9]。同步浮选工艺流程简单，简化了以往脱除含倍半氧化物及含镁脉石矿物所需的浮选过程，以及避免了部分浮选体系存在的酸碱转换问题，因此可以减少浮选药剂种类及用量、设备投资和管理费用等。

脂肪酸类阴离子捕收剂对含镁脉石矿物捕收效果良好[10-11]，而胺类阳离子捕收剂是含倍半氧化物脉石矿物的良好捕收剂[12-13]。为了实现硅钙质胶磷矿的同步分选，需要加入药剂以提高对脉石矿物的捕收效果，同时减少浮选体系中大量的悬浮物颗粒、矿物无机离子等对浮选过程的影响[14-17]。本研究以TCM为改性调整剂，通过对宜昌地区硅钙质中低品位胶磷矿进行同步反浮选试验，探索在酸性浮选体系中硅钙质胶磷矿同步反浮选的可行性。

1 试样、试验设备及药剂

试样采自宜昌某磷矿，经物相分析，矿石中有用磷矿物为氟磷灰石，脉石矿物主要为钾长石，其次为白云石、钠长石、方解石和石英，少量为有机碳和高岭石。钾长石和钠长石是主要的含铝矿物，也是主要的含硅矿物；白云石是主要的含镁脉石矿物。对试样采用X射线荧光光谱仪进行了半定量化学多元素分析，结果见表1。该方法分析得到的P2O5品位与中和滴定法存在一定误差，因此以下试验得到的P2O5品位均是采用中和滴定法测定的。

表1 原矿化学多元素分析结果 单位：%

由表1可知，原矿属于典型的中低品位硅钙质胶磷矿，倍半氧化物质量分数较高，达6.15%。

试验设备包括XSHFZ-3型湿式分样机、XMQ-Φ240×90型锥形球磨机、RK/FD Ⅲ型0.5单槽浮选机、RK/ZLΦ240/Φ120 型多功能真空过滤机、DHG-9140A 型电热鼓风干燥箱、X 射线荧光光谱仪。

试验过程中使用的药剂有磷酸(分析纯)、TCM(分析纯)、XFP-01(工业级)、XFP-02(工业级)，其中：XFP-01为脂肪酸皂类捕收剂，对氧化矿具有较好的捕收能力，在反浮选过程中对含镁脉石矿物捕收效果好；XFP-02为胺类捕收剂，在反浮选过程中是含倍半氧化物脉石矿物的良好捕收剂。

2 结果分析

2.1 磨矿细度

根据试样中磷灰石与脉石矿物的嵌布特征，初步拟定磨矿细度为-0.074 mm质量分数占60%～80%。室温下，通过1次粗选单因素试验确定本次试验的磨矿细度为-0.074 mm 质量分数占64.5%。

2.2 磷酸用量对同步反浮选效果的影响

在磨矿细度为-0.074 mm质量分数占 64.5%、改性调整剂TCM用量为0.5 kg/t、捕收剂XFP-01用量为1.2 kg/t、捕收剂XFP-02用量为0.4 kg/t的条件下，考查了矿浆pH调整剂磷酸的用量对同步反浮选效果的影响，试验结果见图1。

图1 磷酸用量对同步反浮选效果的影响

由图1可知：随着磷酸用量的增加，精矿P2O5品位先升高后降低，说明磷酸用量过高或过低均不利于胶磷矿同步反浮选；在磷酸用量为6 kg/t时，同步反浮选精矿P2O5品位达33.53%，分选效果最好。从试验现象看：在磷酸用量低于4 kg/t时，浮选泡沫黏度低、流动性较好，但是精矿P2O5品位较低，分选性较差；在磷酸用量高于8 kg/t时，浮选泡沫黏度高不易消泡；在磷酸用量为6 kg/t时，浮选泡沫流动性好，矿物分选性佳。

2.3 TCM对同步反浮选效果的影响

脂肪酸皂类捕收剂在白云石表面的吸附主要为化学吸附，对石英的捕收具有针对性；而胺类捕收剂在矿物表面的吸附主要为静电吸附，与矿物表面的电性有关，不具有针对性[18]。如直接将脂肪酸皂类捕收剂、胺类捕收剂同时加入矿浆中，两者会相互作用，胺类捕收剂将无法有效地与矿物发生作用，因此需要加入改性调整剂调整矿浆电性，以提高捕收剂对脉石矿物的捕收效果。

本试验选用的改性调整剂TCM为硫酸铝、聚丙烯酰胺、柠檬酸和聚合氯化铝的混合物，其增强捕收剂的分选性和改善泡沫黏性的作用机理可大致归纳为以下两点[19-21]：一是硫酸铝进入矿浆中生成氢氧化铝絮状物，吸附大量微细粒级矿粒，同时聚合氯化铝压缩了磷矿石形成的负双电层，在硫酸铝和聚合氯化铝的共同作用下，矿浆体系中微细粒级颗粒的电负性大幅度减小，减弱了矿物颗粒与胺类阳离子捕收剂的作用，可使脱铝捕收剂和脱镁捕收剂对脉石矿物的选择性同时显现出来，从而提高本工艺的分选性；二是聚丙烯酰胺和柠檬酸可减少水中残留的悬浮物颗粒、矿物无机离子和药剂组分等对浮选的影响。

在磨矿细度为-0.074 mm质量分数占64.5%、磷酸用量为6 kg/t、捕收剂XFP-01用量为1.2 kg/t、捕收剂XFP-02用量为0.4 kg/t的条件下，考查了改性调整剂TCM用量对同步反浮选效果的影响，试验结果见图2。

图2 TCM用量对同步反浮选效果的影响

由图2可知：随着TCM用量的增加，精矿P2O5品位、P2O5回收率及选矿效率均呈先上升后下降的趋势；在TCM用量为0.5 kg/t时，精矿P2O5品位最高，为33.72%，该用量下的P2O5回收率为62.38%，比TCM用量为0.4 kg/t时低2.3个百分点；在不添加TCM时，精矿P2O5品位为29.34%，仅比原矿P2O5品位提高2.84个百分点，说明捕收剂XFP-01、XFP-02对胶磷矿、含倍半氧化物脉石矿物、含镁脉石矿物的分选性很差。从试验现象看，随着TCM用量的增加，浮选泡沫的发黏程度得到有效改善，矿浆易消泡、流动性变好。

2.4 XFP-01用量对同步反浮选效果的影响

根据TCM用量试验结果，在TCM用量为0.5 kg/t的条件下考查了XFP-01用量对同步反浮选效果的影响，试验结果见图3。由图3可知：随着XFP-01用量的增加，精矿P2O5品位、选矿效率均呈先上升后下降的趋势，P2O5回收率呈下降趋势；在XFP-01用量为1.2 kg/t时，精矿P2O5品位最高，为33.72%，该用量下的P2O5回收率为62.38%；在XFP-01用量为1.0 kg/t时，精矿P2O5品位高于33%，该用量下的P2O5回收率比XFP-01用量为1.2 kg/t时的高。综合考虑，确定捕收剂XFP-01较佳用量范围为1.0～1.2 kg/t。

图3 XFP-01用量对同步反浮选效果的影响

2.5 XFP-02用量对同步反浮选效果的影响

根据XFP-01用量试验结果，在XFP-01用量为1.2 kg/t的条件下考查了XFP-02用量对同步反浮选效果的影响，试验结果见图4。

图4 XFP-02用量对同步反浮选效果的影响

由图4可知：随着XFP-02用量的增加，精矿P2O5品位、选矿效率均呈先上升后下降的趋势，P2O5回收率呈下降趋势；在XFP-02用量为0.4 kg/t时，精矿P2O5品位最高，为33.72%，该用量下的P2O5回收率为62.38%。

2.6 同步反浮选开闭路试验

在磨矿细度为-0.074 mm质量分数占63%～70%、充气量为290～310 L/h、搅拌速率为2 000～2 200 r/min的条件下，采用同步反浮选1粗2扫工艺流程进行开路试验，浮选药剂用量如下：磷酸6 kg/t、TCM 0.5 kg/t、XFP-01 1.2 kg/t、XFP-02 0.4 kg/t。开路试验获得了P2O5品位为34.56%、MgO质量分数为0.45%、Al2O3质量分数为1.67%、P2O5回收率为67.12%的磷精矿指标。

在开路试验的基础上进行了闭路试验，混合浮选工艺流程为1粗2扫，闭路5个循环达到平衡。浮选条件为：磨矿细度-0.074 mm质量分数占64.5%、充气量290～310 L/h、搅拌速率2 000～2 200 r/min；药剂用量为：磷酸6 kg/t、TCM 0.5 kg/t、XFP-01 1.0 kg/t、XFP-02 0.4 kg/t。闭路试验获得了磷精矿P2O5品位为33.27%、MgO质量分数为0.57%、Al2O3质量分数为1.84%、P2O5回收率为82.45%，尾矿P2O5品位为12.94%的优异指标。闭路数质量流程见图5。

图5 同步反浮选闭路数质量流程

3 结论

a.通过改性调整剂与捕收剂的共同作用，可提高捕收剂对矿物的选择性，使含倍半氧化物脉石矿物和含镁脉石矿物在酸性浮选体系中与磷矿石同步分离。

b.在原矿P2O5品位为26.50%、MgO质量分数为1.74%、Al2O3质量分数为3.84%，磨矿细度为-0.074 mm 质量分数占64.5%，磷酸、TCM、XFP-01、XFP-02用量分别为6、0.5、1.0、0.4 kg/t的条件下，经过1粗2扫同步反浮选闭路流程试验，获得了磷精矿P2O5品位为33.27%、MgO质量分数为0.57%、Al2O3质量分数为1.84%、P2O5回收率为82.45%的优异分选指标。