胶磷矿反浮选抑制剂性能对比试验研究*

罗 阳，毛雨轩，陈迎新，陆泽通，刘丹章，何成浩，李洪强

(武汉工程大学 资源与安全工程学院，湖北 武汉 430074)

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。近年来，随着磷化工产业的不断发展，可直接使用的高品质磷矿石消耗殆尽，越来越多的中低品位磷矿需要经过选矿富集加工后才能满足下游湿法磷酸和高浓度磷肥生产的需要[1-3]。目前我国磷资源多为难选的高镁高硅胶磷矿，过量镁杂质对磷化工生产造成不利影响，因此磷矿脱镁技术的研究显得尤为重要[4-6]。用无机酸作为脱镁剂时，脱镁率都比较高[7-8]，但在溶解白云石的同时也会有部分的磷灰石溶解，导致磷的损失。浮选法是目前磷矿脱镁技术中相对成熟且应用较为广泛的方法之一，基本原理是在弱酸条件下用捕收剂将白云石浮起，或采用抑制剂抑制白云石等杂质，然后用捕收剂将磷矿浮出，从而达到镁杂质与磷矿的分离[9-11]。目前，仅有硫酸脱镁工艺已应用到工业化生产中，其他研究均停留在实验室阶段[12]。

本文以宜昌地区某高镁低品位磷矿为试验对象，对比研究了硫酸、磷酸及混酸的抑制性能，并确定了该矿石优化的浮选工艺流程及药剂制度。研究结果为高镁低品位磷矿石的选别提供参考。

1 试验样品

样品利用X射线荧光分析仪(PANalytical)，通过熔样法定量测定化学成分，结果如表1所示。

表1 试验样品的化学成分

在该样品中，P2O5质量分数为20.80%，MgO质量分数为6.30%，属于低品位高镁磷矿石。该磷块岩矿石的主要矿物为胶磷矿、氟磷灰石、白云石，次要矿物有石英、长石、白云石、黄铁矿、方解石，含微量的重晶石、金红石、绢云母、粘土矿物、有机质和炭质等。为达到最终精矿品位30%的要求，需重点脱除含镁矿物。

2 实验设备与药剂

2.1 实验设备

XMB-67型200×240棒磨机，XFD-63型 1.0 L 单槽浮选机，XSHF-2-3型湿式分样机，XTL2Φ260/Φ200型多用水环式真空过滤机，101-4A型电热鼓风干燥箱。

2.2 实验药剂

自制捕收剂MG，主要成分为脂肪酸，配成质量分数为2%的水溶液；硫酸，配成质量分数为30 %的水溶液；磷酸，配成质量分数为30 %的水溶液。

3 结果与分析

3.1 磨矿细度试验

在常温(20 ℃)，磷酸、MG用量分别为7.8、1.2 kg/t 的条件下，进行磨矿细度试验，结果见图1。

图1 磨矿细度试验结果

由图1可知，随着磨矿细度的增加，精矿中P2O5品位变化不大，P2O5回收率先增大后减小，选矿效率先增大后减小。在磨矿细度为≤-0.074 mm 质量分数占63.45%时，精矿P2O5品位最高，为30.99%，P2O5的回收率最高，为85.28%，选矿效率为27.27%。综合考虑选矿效率和P2O5回收率，因此确定磨矿细度为≤-0.074 mm 质量分数占63.45%为最优条件。选矿效率公示如式1。

(1)

式中，E为选矿效率；ε为选矿回收率；Υ为精矿产率；α为原矿品位；βx为纯矿物中有用成分的质量分数。

3.2 硫酸、磷酸及混酸的性能对比

硫酸能够对矿石颗粒进行化学解离，使碳酸盐和磷矿物分开；磷酸水解出的H2PO4-能够抑制磷矿物的酸解，并且磷酸的水解产物能够吸附于磷矿物表面，增强磷矿物的亲水性，从而促进钙、镁碳酸盐与磷矿物的分离分选[8]。为了探究硫酸、磷酸、混酸对浮选效果的影响，在磷酸和硫酸不同比例下进行了浮选试验。试验流程为一次粗选，在磨矿细度≤-0.074 mm 质量分数占63.45%，MG用量为 1.2 kg/t，磷酸，硫酸总量为 6 kg/t 条件下进行，结果见图2。

图2 混酸比例试验结果

由图2结果可知，随着磷酸占比的增加，精矿中P2O5品位呈上升趋势，P2O5回收率先减小后增大，选矿效率呈上升趋势。在纯磷酸用量下，精矿中P2O5品位达到了30.59%，P2O5回收率最高，达到了81.93%，选矿效率最高，达到了24.67%。综合考虑选矿效率和P2O5回收率，单独使用磷酸效果更好。

3.3 粗选磷酸用量试验

为了探究磷酸的最佳用量，试验流程为一次粗选，在磨矿细度为≤-0.074 m 质量分数占63.45%，MG用量分别为 1.2 kg/t 条件下进行。结果见图3。

图3 磷酸用量试验结果

由图3可知，随着磷酸用量的增加，精矿中P2O5品位变化不大，P2O5回收率呈上升趋势，选矿效率呈先上升后下降。在磷酸用量为 7.8 kg/t 条件下，精矿P2O5品位最高，达到了30.59%，P2O5回收率达到了81.93%，选矿效率最高，达到了24.67%，得到了较好的效果。考虑到继续加大磷酸用量的精矿品位变化不大，而生产成本以及设备腐蚀增大等问题，故确定最佳磷酸用量为 7.8 kg/t。

3.4 捕收剂用量的试验

在磨矿细度为≤-0.074 mm 质量分数占63.45%的条件下，探究捕收剂药剂MG的最佳用量，进行浮选试验，结果见图4。

图4 MG用量试验结果

由图4可知，随着MG用量的增加，精矿P2O5品位呈上升趋势，P2O5回收率呈下降趋势，选矿效率先增大后减小。在MG用量为 1.2 kg/t 条件下，精矿P2O5品位最高，达到了31.16%，P2O5回收率达到了84.30%，选矿效率最高，达到了24.67%，得到了较好的效果。综合考虑选矿效率和P2O5回收率，选择MG用量 1.2 kg/t 作为最优条件。

3.5 精选试验

根据上述试验结果，在浮选温度 20 ℃，粗选磷酸 7.8 kg/t，MG用量 750 g/t；精选Ⅰ磷酸 1.8 kg/t，MG 400 g/t；精选Ⅱ，磷酸 0.6 kg/t，MG 200 g/t。采用反浮选1粗2精进行精选试验，试验流程及药剂制度见图5，试验结果如表2所示。

图5 反浮选1粗2精流程图

表2 两次精选试验结果

由表2看出，通过两次精选，磷精矿品位可从20.80%提高到31.36%，开路回收率达到78.58%。

3.6 扫选磷酸用量

为提高回收率，尾矿需要进行扫选。对扫选的磷酸用量进行试验，其试验流程及药剂制度如图6，实验结果见表3。

表3 扫选磷酸用量试验结果

由表3可知，扫选磷酸的用量从 1.2 kg/t 增加到 2.4 kg/t 时，精矿品位从30.90%提升至31.30%，精矿产率从52.33%提升至53.85%，P2O5回收率从75.35%提升至78.50%，产率开路回收率较好。但在图6所示的试验流程中，尾矿Ⅰ的磷损失率高达10.53%，没有进行回收直接抛尾，将会极大地影响闭路试验指标。因此，为了提高选矿指标，进行了回收率优化试验。

3.7 全流程开路试验

为了进一步提高选矿指标，通过调整试验流程，进行了回收率优化试验，试验流程及药剂制度如图7所示，试验结果见表4。

图7 开路试验流程图

表4 开路优化试验结果

从表4可知，开路试验精矿品位为31.35%，尾矿的磷损失率降低到8.97%，浮选指标较好。

3.8 闭路试验

根据开路试验结果，中矿返回粗选的方式，进行了全流程闭路试验，实验流程及药剂制度见图8，浮选闭路试验共进行了五个循环，平衡后最后两个循环试验结果见表5。

图8 闭路试验流程图

表5 第四、五循环试验结果

从表5可知，闭路试验可以得到产率为61.81%，品位31.12%，回收率为88.79%的浮选指标。

由表5的结果，绘制闭路实验数质量流程图，如图9所示。

图9 闭路试验数质量流程图

3.9 磷精矿多项分析

闭路精矿的样品利用X射线荧光分析仪分析化学组成，通过熔片法定量测定，结果如表6所示。

表6 磷精矿多项分析结果

从表6看出，磷精矿中P2O5品位为31.12%，MgO质量分数从原矿的6.30%降低至0.34%，说明磷酸为抑制剂，可以很好地脱镁。考虑磷酸价格比硫酸贵，可以采用磷化工含磷废水作为抑制剂，实现更高效的反浮选脱镁。

4 结论

1)该磷矿石的P2O5质量分数为21.08%，MgO质量分数为6.30%，主要组成矿物为胶磷矿、氟磷灰石、白云石，属于低品位高镁磷矿石。为达到最终精矿品位30%的要求，需重点脱除白云石。

2)抑制剂对比试验表明：相比硫酸和硫磷混酸，磷酸的指标更好。

3)在磨矿细度≤-0.074 mm 占63.94%的条件下，磷酸为抑制剂，采用一次粗选两次精选一次扫选，中矿集中处理的单一反浮选闭路流程，可以得到产率为61.81%，品位31.12%，回收率为88.79%的磷精矿产品；MgO质量分数从原矿的6.30%降低至0.34%，说明磷酸为抑制剂，可以很好地脱镁。