回水中无机离子对硅钙质磷矿石正反浮选的影响①

耿 超， 程 伟， 刘志红

（1.贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳550025； 2.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州 贵阳550025； 3.喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室，贵州 贵阳550025）

磷矿是不可替代的非金属矿产资源，广泛应用于农业、工业、医药等领域，主要用于制备磷肥［1］。 磷矿资源成为关系我国粮食安全、国家稳定的战略性矿产资源。 我国磷矿资源丰富，但贫矿多、富矿少，P2O5平均品位只有17%左右［2］，是世界上磷矿石平均品位最低的国家之一。 浮选对于中低品位磷矿选矿而言经济、高效［3］，是提高磷矿品位和磷矿利用率的有效方法［4-5］。

磷矿在浮选过程中需要消耗大量水资源［6-7］，磷矿石性质及浮选过程中添加的药剂致使磷矿浮选废水成分复杂，含有大量矿物无机离子及有机组分［8-9］。为了减少成本和节约水资源，浮选废水需要循环使用。随着废水循环使用次数增加，有害物质不断累积，会致使浮选指标下降，降低了磷矿石的利用率［6］。 为了减少废水中复杂成分对浮选的影响，需要对浮选废水进行处理后再进行回用。

本文开展了回水中无机离子对磷矿正反浮选的影响研究，以便更好地了解回用废水中对磷矿浮选产生影响的主要无机离子，为选矿废水处理与回用提供指导。

1 试验材料与方法

1.1 矿石性质

试验所用矿样取自贵州某磷矿，原矿化学多元素分析结果见表1。 原矿中主要有用矿物为氟磷灰石，主要脉石矿物为石英、白云石等，且脉石矿物中石英和白云石含量较高，矿石为典型的中低品位硅钙质磷矿。

表1 原矿化学多元素分析结果（质量分数）/%

1.2 试验药剂和设备

试验所用药剂YS1为磷矿正浮选脂肪酸类捕收剂，WOS2为磷矿反浮选脂肪酸类捕收剂；无水氯化钙、氯化镁、无水硫酸钠、磷酸二氢钾、氟化钠、氢氧化钠、硫酸均为分析纯。 试验用水采用实验室自制超纯水。 试验所用设备包括XFD1.0L 实验室单槽浮选机、球磨机（XMQ-Φ240×90）、 电子天平（FA1004）、101-4电热鼓风干燥箱。

1.3 试验方法

磷矿浮选试验采用一段正浮选一段反浮选流程（如图1 所示）。 浮选用水水质对矿物浮选有很大影响，本文以实际磷矿正浮选和反浮选废水水质为基础，通过往清水中添加不同浓度的影响离子配置模拟废水，考察Ca2+、Mg2+、SO42-、PO43-、F-等离子对磷矿正反浮选的影响。

图1 浮选流程

2 试验结果与讨论

2.1 钙离子对磷矿浮选指标的影响

向矿浆中添加氯化钙溶液，按图1 所示流程考察不同钙离子浓度对磷矿正反浮选的影响，结果如图2所示。 由图2 可知，随着钙离子浓度增加，磷矿正浮选精矿P2O5品位逐渐降低，精矿P2O5回收率逐渐降低且降低趋势明显；磷矿反浮选精矿P2O5品位和回收率均呈降低趋势。 钙离子对磷矿正浮选回收率影响严重，主要是因为钙离子会与捕收剂中的脂肪酸根反应生成沉淀，消耗捕收剂的同时还会使捕收剂的捕收性和选择性降低。 相对于正浮选，钙离子对磷矿反浮选回收率影响减小，但会影响反浮选磷矿品位，是因为反浮选溶液中硫酸根离子浓度较高，钙离子容易与硫酸根离子反应生成硫酸钙沉淀附着在磷矿表面，使原本被抑制的磷矿表面变得疏水，提高了磷矿的可浮性，同时降低了捕收剂的选择性，使磷矿随白云石能一起被选出。

2.2 镁离子对磷矿浮选指标的影响

镁离子对磷矿正反浮选的影响如图3 所示。 由图3可知，随着镁离子浓度增加，磷矿正浮选精矿P2O5品位逐渐降低，精矿P2O5回收率逐渐降低且降低趋势明显；磷矿反浮选精矿P2O5品位呈降低趋势。 镁离子对磷矿正浮选回收率影响严重，主要是因为镁离子会与

图2 Ca2+对磷矿正反浮选的影响

图3 Mg2+对磷矿正反浮选的影响

捕收剂中的脂肪酸根反应生成沉淀，消耗捕收剂的同时还会使捕收剂的捕收性和选择性降低。 酸性条件下镁离子会与硫酸根离子反应生成沉淀附着在磷矿表面，使磷矿表面变得疏水，可浮性提高。

2.3 磷酸根离子对磷矿浮选指标的影响

向矿浆中添加磷酸二氢钾溶液，使正浮选矿浆中磷酸根离子浓度分别为0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L，反浮选矿浆中磷酸根离子浓度分别为0 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 200 mg/L、1 600 mg/L，在此基础上进行浮选，磷酸根离子对磷矿正反浮选的影响结果如图4 所示。 由图4 可知，随着磷酸根离子浓度增加，磷矿正浮选精矿P2O5回收率逐渐降低且降低趋势明显，精矿P2O5品位变化不大；磷矿反浮选精矿P2O5品位降低，回收率变化不大。 磷酸根离子对磷矿正浮选回收率影响严重，主要是因为磷酸根离子作为磷矿的定位离子，会抑制捕收剂与磷矿反应，使磷矿的可浮性降低。

图4 对磷矿正反浮选的影响

2.4 硫酸根离子对磷矿浮选指标的影响

向矿浆中添加硫酸钠溶液，使正浮选矿浆中硫酸根离子浓度分别为0 mg/L、300 mg/L、600 mg/L、900 mg/L、1 200 mg/L；在扣除作为pH 值调整剂和碳酸盐类抑制剂所用硫酸浓度的基础上，向矿浆中添加硫酸钠溶液，使得反浮选矿浆中硫酸根离子浓度分别为0 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 200 mg/L、1 600 mg/L；

图5 对磷矿正反浮选的影响

在此基础上进行浮选，硫酸根离子对磷矿正反浮选的影响如图5 所示。由图5 可知，随着硫酸根离子浓度增加，磷矿正浮选精矿P2O5回收率逐渐降低，品位变化不大；磷矿反浮选精矿P2O5品位和回收率均呈降低趋势。 磷矿反浮选溶液中硫酸根离子浓度较高，硫酸根离子易与矿浆中的钙离子反应生成硫酸钙沉淀附着在磷矿表面，提高磷矿可浮性，同时降低捕收剂的选择性。

2.5 氟离子对磷矿浮选指标的影响

氟离子对磷矿正反浮选的影响如图6 所示。 由图6 可知，随着氟离子浓度增加，磷矿正浮选精矿P2O5回收率先降低后趋于平缓，精矿P2O5品位变化不大；磷矿反浮选精矿P2O5的品位和回收率均变化不大。 氟离子对磷矿正反浮选影响较小。

图6 F-对磷矿正反浮选的影响

3 结 论

1） Ca2+、Mg2+和对磷矿正浮选影响较大，Ca2+、Mg2+和对磷矿反浮选影响较大，F-对磷矿正反浮选影响较小。

2） Ca2+和Mg2+会沉淀捕收剂，使磷矿正、反浮选精矿P2O5品位和回收率大幅度降低；碱性条件下会抑制磷矿与正浮选捕收剂作用，酸性条件下容易与钙离子反应生成硫酸钙沉淀附着在磷矿表面，影响磷矿反浮选，F-对磷矿正反浮选影响较小。浮选废水不经处理直接回用于浮选会使精矿P2O5品位和回收率降低，所以浮选废水回用前要先进行处理。