河南舞阳赵案庄铁矿伴生P2O5可选性试验

涂恩照 吕 良 戴帅军

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，郑州 450016；3.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，郑州 450010)

河南省舞阳铁矿是我国重要的铁矿基地，赵案庄型铁矿是其重要矿床类型，为与超基性岩有关的岩浆矿床，磷灰石作为岩浆岩和变质岩中的副矿物存在[1]，该类型铁石中伴生P2O5含量较高，并大量存置于选矿尾矿中[2]，目前没有对P2O5的可选性进行过实验研究，大量P2O5还没有被利用，造成资源的浪费。本文采集了舞阳赵案庄型铁矿石，以选铁实验后的尾矿为原料，针对常规磁选选铁尾矿，开展了伴生磷灰石综合利用选矿试验研究。通过磨矿细度、药剂用量等条件试验[3]，获得了粗选较佳的选别工艺参数，在此基础上进行了开、闭路试验，获得了磷灰石最终的选别指标，为选厂综合利用P2O5提供了有效途径。

1 矿石性质

1.1 矿石化学成分

为了确定矿石中元素组成特征，本次研究对原矿进行了XRF荧光半定量全分析，分析结果见表1。

表1 原矿荧光光谱全分析结果Table 1 Results full spectrum analysis of ore /%

分析结果显示，样品中P2O5含量达3.08%，达到铁矿石中伴生组分的要求。

1.2 尾矿化学成份含量

对选铁尾矿进行化学多项分析，分析结果见表2。

分析结果显示，赵案庄铁矿选矿尾矿中P2O5为2.34%，达到伴生有益组分指标[3]，可考虑综合回收利用。

表2 尾矿化学元素分析结果Table 2 Chemical element analysis results of tailings /%

1.3 磷灰石工艺矿物学特征

选铁尾矿石中P2O5主要以磷灰石形式存在，磷灰石呈灰白色、肉红色、浅绿色至无色透明，半自形至他形粒状集合体，粒径0.1～1.5 mm。因受动力变质作用，裂纹发育。镜下常呈波消光，多以不规则状或浸染状与磁钛铁矿共生(图1a、b)，次与镁-贵橄榄石、斜硅镁石及白云石共生。

本次研究采用MLA分析等方法检测了矿石中主要磷灰石的嵌布粒度。分析结果见表3。

图1 磷灰石背散射照片Fig.1 Back scattering photos of apatite

表3 磷灰石嵌布粒度表Table 3 Results of apatite embed grain size

分析结果显示，矿石中磷灰石等矿物粒度较粗，主要分布在38～150 μm，单体解离难度不大，有利于其选矿富集。

2 磷灰石综合回收试验

2.1 原则工艺流程的选择与制定

目前，磷灰石的选矿方法主要有浮选法、重选法、重—浮联合流程、磁—浮联合流程、擦洗脱泥—浮选联合流程以及焙烧—消化工艺[4]，分析前人研究成果，并结合工艺矿物学该矿石中主要的脉石矿物为蛇纹石、角闪石等硅铝酸盐矿物，磷灰石结晶粒度中细的结论，试验采用磨矿-正浮选的原则工艺进行磷灰石综合回收[5-6]。回收探索试验结果见表4。

表4 磷灰石回收探索试验结果Table 4 Results of recycling apatite explore test /%

由表4可知，通过二次粗选、一次扫选、一次精选的正浮选工艺，尾矿P2O5品位降至较低水平，粗选回收率较高，达到93.43%，表明采用正浮选工艺回收样品中的磷灰石较为适宜。

2.2 选磷条件试验

在探索试验的基础上，分别开展磨矿细度、药剂制度条件试验以确定最佳的粗选选别条件。

2.2.1 磨矿细度条件试验

根据岩矿鉴定结论，磷灰石嵌布粒度中细，其适合解离度是影响选别指标的重要因素[7]。

为查明细度对磷灰石选别的影响，针对前期不同细度原矿经磁选后的尾矿开展磨矿细度条件试验，结果见表5。

表5 选磷磨矿细度条件试验结果Table 5 Results of grinding fineness conditions in phosphorite floatation

试验结果表明，随着原矿磨矿细度增加，尾矿P2O5呈逐渐降低，粗精矿P2O5回收率呈逐渐增加的趋势，当细度达到-0.074 mm占比65%时，此时粗精矿品位和回收率均达到较高水平，在此细度下回收磷灰石较为适宜。

2.2.2 药剂选择

为获取选别磷灰石最佳的药剂制度及粗选指标，对前期选铁矿尾矿在-0.074 mm60%的磨矿细度下，采用阴离子正浮选流程(图2)，按照三因素三水平正交试验表安排试验，以粗精矿P2O5品位和回收率作为评价选别效果的依据。三因素分别是pH调整剂碳酸钠(A)、脉石抑制剂水玻璃(B)、阴离子捕收剂油酸钠(C)，各水平取值随机化后见表 6，按正交表 L9(33)进行正交试验，试验结果见表7，表7中数据的极差分析结果见表8。

图2 铁尾矿选磷正交试验工艺流程Fig.2 Flowsheet of pick phosphorus orthogonal test for iron tailings

表6 药剂用量范围Table 6 Range of pharmaceutical dosages /(g·t-1)

表7 试验计划正交表Table 7 Experimental plan orthogonal table

表8 产品方差分析表Table 8 Products variance analysis table

试验结果和分析数据表明FC在F0.05和F0.1之间，说明捕收剂用量对磷灰石分选效果影响一般显著，而碳酸钠和水玻璃F值低于F0.1，说明其影响不显著。结合试验结果，碳酸钠在高用量时，磷回收率较高，因此选择A1，水玻璃较高用量时，磷尾矿品位较高，因此选择B2，捕收剂用量在此变化范围内均较高，从节约药剂成本角度考虑，选择C1，因此药剂条件选用A1B2C1，即碳酸钠用量2 500 g/t，水玻璃用量1 000 g/t，油酸钠用量75 g/t。这一组试验在正交试验表中没有做，但包括在三因素三水平的全部排列组合中，所以可以肯定A1B2C1为27种组合中的最优配方。

2.3 开路试验

在确定粗选最佳的工艺参数后，为确定适合的精扫选段数，得到合格的磷精矿，开展磷综合回收开路试验，根据岩矿鉴定结论，由于此时磷灰石单体解离度已经达到90%以上，因此精选过程中不再设置再磨作业，工艺流程见图3，试验结果见表9。

表9 磷灰石回收开路试验结果Table 9 Results of opened circuit test for apatite

图3 磷灰石回收开路试验流程Fig.3 Flowsheet of opened circuit test for apatite

试验结果表明，通过一次粗选、一次扫选、三次精选的开路流程，磷精矿品位可以达到30%以上，且尾矿品位较低。

2.4 闭路试验

闭路试验按照开路试验确定的工艺流程进行，以获取最终的磷灰石综合回收指标，工艺流程见图4，试验结果见表10。

表10 磷灰石回收闭路试验结果Table 10 Results of closed circuit test for apatite /%

试验结果表明，通过一次粗选、一次扫选、三次精选的开路流程，磷精矿品位可以达到30%以上，P2O5作业回收率较高，说明回收选铁尾矿中的磷灰石技术上可行，按目前磷精矿价格，具有综合回收价值。

图4 磷灰石回收闭路试验流程Fig.4 Flowsheet of closed circuit test for apatite

3 结论

1)通过岩矿分析，赵案庄铁矿矿石中P2O5含量为3.08%，经选铁后的尾矿中的P2O5含量为2.34%，其主要以磷灰石形式存在，是尾矿中的主要有用矿物。磷在石主要呈半自形至他形粒状集合体，粒径0.1～1.5 mm。因受动力变质作用，裂纹发育。镜下常呈波消光，多以不规则状及浸染状与磁铁矿共生，次与镁-硅橄榄石、斜硅镁石及白云石共生。单体解离难度不大，有利于其选矿富集。

2)通过条件试验确定了磷灰石粗选的最佳工艺条件：磨矿细度-0.074 mm 60%，碳酸钠用量 2 500 g/t，水玻璃用量1 000 g/t，油酸钠用量75 g/t。

3)经闭路浮选试验，可获得品位30.43%，作业回收率91.30%，对原矿回收率90.05%，选矿指标显著，可利用性强。建议当地企业对该铁矿中的磷资源尽早综合回收，避免资源浪费，可显著降低企业成本，增加经济效益。