辽宁某磷铁矿中回收磷灰石浮选试验研究

于慧梅，何 欢，孟 博

(1.贵州大学 学报编辑部，贵州 贵阳 550025；2.内蒙古第九地质矿产勘查开发有限责任公司，内蒙古 锡林浩特 026099)

磷矿作为重要的化工原料，在化学工业和农业生产中具有重大作用。虽然我国磷矿资源丰富，但是大部分磷矿为低品位难选矿石。因此，低品位磷矿石选矿和综合利用对促进磷矿行业的可持续发展具有重要意义[1]。

按照产出地质条件和形成方式，我国磷矿分为岩浆岩型磷灰石、沉积岩型磷块岩、沉积变质岩型磷灰岩三大类，其中沉积磷块岩矿床是我国主要的磷矿资源，其占我国磷矿资源总储量的80%以上[2]。针对磷矿石选矿，无论从工艺流程还是药剂研究进展都有大量的研究资料。刘志超等[3]针对某磷铁共生矿石中浮选磷灰石，用BK420-C作捕收剂，经过一次粗选、一次扫选、三次精选，获得浮选精矿P2O5品位35.01%，回收率52.81%的浮选指标；郭文达等[4]对某含磷铁矿进行可选性试验研究，针对选铁总尾矿中浮选磷灰石，在捕收剂用量600 g/t、水玻璃用量400 g/t的条件下，进行一次粗选、三次精选、二次扫选闭路浮选，可获得P2O5品位30.74%、回收率72.94%的磷精矿；南楠等[5]以柏泉磁选尾矿为研究对象，以氧化石蜡皂+脂肪酸+MES为捕收剂，采用一次粗选、三次精选、一次扫选、中矿顺序返回闭路流程浮选磷灰石，获得 P2O5品位和回收率分别为 33%和 85%的磷精矿；聂轶苗等[6]在回收磷的试验中，在磨矿细度为-0.074 mm占52.1%、pH=8.5～9、水玻璃用量800 g/t、AW-01用量800 g/t、矿浆浓度30%、粗选时间3 min、精选时水玻璃用量50 g/t、AW-01用量100 g/t、矿浆浓度25%的试验条件下，采用一次粗选、三次精矿的浮选工艺流程，可获得磷品32.74%、回收率86.11%的磷精矿；秦玉芳[7]等在矿石性质研究的基础上，采用碳酸钠为矿浆pH调整剂，水玻璃为脉石矿物抑制剂，油酸钠为含磷矿物捕收剂，试验流程为一次粗选、二次精选闭路试验流程，获得P2O5品位30.21%、回收率70.81%的磷精矿。

综上所述，关于磷矿石选矿工艺的探索重在磨矿细度、矿浆pH、捕收剂的种类、精选和扫选的次数。辽宁地区多为变质岩型磷灰石矿，磷灰石含量低，虽然矿石的可选性较好，但选矿比大，精矿成本高。本文针对辽宁某地含铁磷矿石，在研究矿石性质的基础上，重点探索药剂的种类、用量及药剂之间的交互作用，为现场提供数据参考。

1 原矿性质

1.1 试验矿样制备

试验矿样由辽宁省某矿业公司提供。矿样经过三段破碎，粗碎采用PE-150×200颚式破碎机将矿石破碎至50 mm以下；中碎采用XPC-60×200颚式破碎机将矿物破碎至12 mm以下，将破碎好的矿样混匀、缩分，一部分进入对辊破碎机进行细碎，一部分留作备用样品；细碎采用XPS-Φ250×150辊式破碎筛分机将矿石破碎至2 mm以下，使用2 mm筛子检查筛分。将2 mm下矿样混匀、缩分，分别取100 g矿样留作化学全元素分析和化学多元素分析，其余矿样每1 000 g矿样装袋留做后续浮选试验。

1.2 矿样性质

1.2.1化学全元素分析

为了研究矿样的化学组成，对矿样进行定性及半定量的化学全元素分析，分析使用X-荧光分析方法，分析试验结果如表1所示。

表1 化学全元素分析结果

由表1化学全元素分析结果可知，矿石中主要有用成分为磷和铁，有可能回收的成分为钛，主要脉石矿物成分为硅铝酸盐和碱性的钙镁化合物。由此确定下一步的化学分析对象为：有可能利用的有用矿物成分P2O5、Fe2O3、TiO2，主要的脉石成分SiO2、Al2O3、CaO、MgO，及其他如Na2O、K2O、SO3的含量。

1.2.2化学多元素分析

根据表1的X-荧光分析结果，除了MnO 、Cl 、ZnO 、CuO、 NiO、BaO、SrO含量较少外，对其他化学元素进行定量分析，分析结果如表2所示。

表2 化学多元素分析结果

根据表2化学多元素分析结果，进一步确定矿石中主要有用成分为磷和铁，浮选过程中可综合回收为磷灰石和铁矿石，钛含量较低，不考虑单独回收，脉石矿物以石英为主。

1.2.3矿石的矿物组成

矿石中有用矿物主要有磷灰石、磁铁矿、钛铁矿，其次是黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等，脉石矿物有透辉石、钾长石、斜长石、黑云母、方解石、白云石、滑石、石英、榍石、金红石等。对主要矿石矿物进行了矿物定量，其中，磷灰石的矿物相对含量为4.28%，磁铁矿的矿物相对含量为12.50%，钛铁矿的矿物相对含量为3.50%，其余为以辉石和长石、黑云母为主，少量石英、碳酸盐矿物和滑石及金属硫化物。矿石中矿物的相对含量见表3。

表3 矿石中矿物组成及相对含量

2 浮选试验

2.1 捕收剂种类试验

磷灰石的浮选主要使用脂肪酸类捕收剂，具有代表性的脂肪酸类捕收剂主要有油酸、油酸钠、氧化石蜡皂等[8-11]。在本次试验中，除了使用上述常见的捕收剂之外，还将考察由课题组自制捕收剂JZQ-F7和JZQ-F2两种脂肪酸类捕收剂。

浮选试验时，流程采用一粗二扫浮选流程，矿浆的pH值为8.5～9，浮选温度为25～30 ℃，捕收剂种类分别为油酸、油酸钠、氧化石蜡皂、JZQ-F7和JZQ-F2。抑制剂水玻璃用量为1 800 g/t，捕收剂粗选用量1 000 g/t、一次扫选用量400 g/t、二次扫选用量200 g/t。试验结果如图1所示。

图1 不同捕收剂的浮选试验结果

由图1不同捕收剂的浮选试验结果可知，从精矿中P2O5的品位分析，除了油酸能够使精矿P2O5的品位达到12%以上，在其他四种捕收剂的作用下，精矿中P2O5的品位均在8%～9%左右，可见捕收剂的捕收选择性相差不大。从精矿的产率及回收率分析，在油酸作用下，精矿回收率为30.90%；在油酸钠作用下，精矿回收率为19.19%；在JZQ-F2作用下，精矿回收率为15.42%；而在JZQ-F7和氧化石蜡皂的作用下，精矿回收率分别为91.82%和 91.76%。由上述数据表明，在油酸钠作用下，虽然能获得较高的精矿品位，但回收率较低，而精矿品位可以通过后续精选来提高，在粗选中优先考虑精矿回收率指标，因而JZQ-F7和氧化石蜡皂在上述浮选条件下可以获得相对较好的试验指标。为了简化试验，后续试验将以JZQ-F7作为捕收剂来考察捕收剂用量及与其他药剂相互作用关系。

2.2 碳酸钠、水玻璃、JZQ-F7相互作用的考察

根据文献调研，磷灰石的浮选pH通常在10～11之间可以获得良好的浮选试验结果[12-14]，因此试验中考察pH调整剂碳酸钠的浮选作用，以及碳酸钠与抑制剂水玻璃、捕收剂JZQ-F7的作用关系。为简化试验，选择一次粗选试验，试验流程见图2。试验结果见图3(T代表碳酸钠，S代表水玻璃)。

图2 碳酸钠、水玻璃、JZQ-F7相互作用试验流程

图3 药剂相互作用浮选试验结果

由图3浮选试验数据可知，从精矿P2O5品位和回收率分析，相比于其他药剂组合，由碳酸钠、水玻璃和JZQ-F7的药剂组合可以获得较好浮选试验指标，其精矿中P2O5品位达到12.19%，P2O5回收率95.64%。下一步试验将讨论三种药剂用量关系试验。

2.3 三种药剂用量的正交试验

由2.2浮选试验数据可知，碳酸钠、水玻璃和JZQ-F7的药剂组合可以获得良好浮选试验指标，对三种药剂用量进行优化试验，采用正交方法设计试验，取药剂的种类作为影响浮选试验的因素，各药剂的用量作为因素的水平，浮选精矿P2O5品位和回收率作为试验结果的指标。试验流程见图4，因素水平的设置见表4，试验结果见表5。

表5 正交试验浮选结果

图4 正交试验浮选试验流程

表4 正交试验因素水平表

试验时，碳酸钠和水玻璃时全部加入粗选当中，捕收剂JZQ-F7是按比例加入粗选和两次扫选当中的。当捕收剂用量为1 200 g/t时，粗选加入700 g/t，扫选一加入300 g/t，扫选二加入200 g/t；当捕收剂用量为1 800 g/t时，粗选加入1 000 g/t，扫选一加入500 g/t，扫选二加入300 g/t；当捕收剂用量为2 400 g/t时，粗选加入1 300 g/t，扫选一加入800 g/t，扫选二加入300 g/t。

由表5和表6正交试验数据可知，R品位C>R品位B>R品位A且R回收率C>R回收率B>R回收率A, 说明影响试验指标因素的主次因素为C>B>A，试验精矿回收率和品位越高越好，所以对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ数值越高越好，对品位而言水平A2B3C1最好，对回收率而言水平A3B1C3最好。对于A2B3C1水平而言，碳酸钠用量1 500 g/t，水玻璃用量2 400 g/t，捕收剂用量1 200 g/t时可以获得精矿P2O5品位12.19%，回收率95.64%；对于A3B1C3水平而言，碳酸钠用量2 000 g/t，水玻璃用量1 200 g/t，捕收剂用量2 400 g/t时可以获得精矿P2O5品位8.09%，回收率97.26%。比较两组指标，A2B3C1水平精矿P2O5品位明显高于A3B1C3水平精矿P2O5品位，高4.10个百分点；A2B3C1水平精矿P2O5回收率略低于A3B1C3水平精矿P2O5回收率，低1.62个百分点，而且A3B1C3水平是在大幅度增加捕收剂用量的条件下使得精矿的产率增加，导致精矿回收率有所提高。为了保证后续浮选的粗精矿P2O5品位，需要控制粗选精矿的产率，捕收剂用量不宜过大，因此选定A2B3C1水平，即碳酸钠用量1 500 g/t，水玻璃用量2 400 g/t，捕收剂用量1 200 g/t。

表6 浮选试验结果极差分析

2.4 精选次数试验

为了考察精选次数对精矿产品的影响，试验设计四次精选试验，以精选次数为变量，采用一次粗选，不同精选次数的试验流程，粗选试验条件相同，碳酸钠用量1 500 g/t，水玻璃用量2400 g/t，JZQ-F7用量1 200 g/t。试验结果如图5所示。

由图5可知，随着精选次数的增加，精矿品位P2O5品位逐渐升高，精矿品位P2O5回收率逐渐降低，符合一般浮选规律。当精选四次时，精矿P2O5品位达到31.42%，达到磷精矿产品标准。因此，以下闭路试验精选次数设计为四次。

图5 精选次数浮选试验结果

2.5 浮选闭路试验

为了考察中矿产品进入选矿系统对浮选指标的影响，进而进行闭路试验，通常闭路试验精矿产品品位会有所降低，回收率会有所提高。根据浮选粗选条件和精选条件，设计闭路试验，试验流程见图6，试验结果如表7所示。

图6 选矿闭路试验流程

表7 闭路浮选试验结果

由表7可知，通过一次粗选、二次扫选、四次精选、中矿顺序返回的闭路浮选流程试验，可获得磷精矿P2O5品位30.85%，回收率70.70%的闭路浮选指标。

3 结论

1)矿样性质分析表明，矿石中主要有用成分为磷和铁，有可能回收的成分为钛，主要脉石矿物成分为硅铝酸盐和碱性的钙镁化合物。有可能利用的有用矿物成分P2O5、Fe2O3、TiO2；主要的脉石成分SiO2、Al2O3、CaO、MgO。

2)浮选试验研究表明，当磨矿细度为-200目占55%时，粗选碳酸钠作为pH调整剂，用量1 500 g/t，水玻璃为抑制剂，用量2 400 g/t，JZQ-F7为捕收剂，粗选用量700 g/t。通过四次精选可以获得磷精矿P2O5品位31.42%、回收率68.46%的开路指标和磷精矿P2O5品位30.85%，回收率70.70%的闭路指标。

由工艺矿物学研究可知，矿样中有用矿物元素除了磷还有铁，铁主要以磁铁矿形式存在。针对磷铁矿石中分别回收磷和铁的研究较多，可在浮选尾矿中，采用磁选方法回收尾矿中的磁铁矿。因此，将从浮选尾矿中回收磁铁矿作为下一步研究对象。