云南某地磷精矿絮凝沉降研究

姜 威，何宾宾，聂鹏飞，龚 丽，彭 桦，朱桂华，欧志兵，方竹堃

（1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 昆明 650600；2.云南省磷化工节能与新材料重点实验室，云南 昆明 650600；3.云南三环新盛化肥有限公司，云南 昆明 650600）

磷精矿输送过程中需要浓密矿浆以提高输送效率。自然沉降浓密速率较慢，因此根据磷精矿矿浆沉降特点，添加絮凝剂使微小粒子凝聚成絮团，促使其沉降。絮凝沉降过程受悬浮液pH、絮凝剂种类和用量、搅拌时间和搅拌速度以及温度等因素的影响［1-5］。常用絮凝剂分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂主要是聚合氯化铁、聚合氯化铝等，对于磷精矿而言，使用无机絮凝剂会引入铁、铝等杂质，进而增加后续处理难度。有机絮凝剂主要是聚丙烯酰胺，具有分子量大、沉降效果好、用量小等优点，广泛应用于选矿行业浓密系统作业。

随着磷矿资源贫化，为保证浮选效果，通常将磷矿破碎至粒径≤0.074 mm颗粒占比达到85%以上，磷矿浆调配至w（固）为20%～25%，因而磷精矿颗粒越来越细。为减少细粒级磷精矿颗粒在溢流水中的损失和提高底流矿浆浓度以提高磷精矿输送效率，对矿浆浓密、沉降要求越来越高［6］。针对上述情况，以磷精矿浆为原料，研究矿浆浓度，絮凝剂种类、质量分数及投加量对沉降速率的影响，并进行工业试验。

1 实验部分

1.1 实验药剂

采用CXY-1、CXY-2、AS-1、AS-2型聚丙烯酰胺絮凝剂，详细分析结果见表1。磷精矿1#、磷精矿2#筛分结果见表2。

表1 聚丙烯酰胺分析结果

表2 磷精矿筛分结果

1.2 实验设备

秒表，1 000 mL量筒，刻度吸管，洗耳球，HJ-6A数显恒温磁力搅拌器（江苏金怡仪器科技有限公司），搅拌子，烧杯，天平。

1.3 实验步骤

将1 000 mL量筒放在天平上，加入磷精矿浆到1 000 mL刻度处，加入一定量絮凝剂，记录时间与磷精矿浆沉降刻度。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂选择

1#磷精矿浆按照50 g/t加入量加入质量分数为0.1%的4种絮凝剂，不同絮凝剂条件下磷精矿浆沉降曲线见图1。从图1可知，采用AS-1、CXY-2型聚丙烯酰胺絮凝剂的沉降曲线重合，沉降效果最好。AS-1型聚丙烯酰胺高分子量提供足够多的接触基团，CXY-2型聚丙烯酰胺溶解快速，两者都能快速与颗粒物结合，从而达到絮凝沉降效果。

图1 不同絮凝剂条件下1#磷精矿浆沉降曲线

2#磷精矿浆为直磨磷精矿浆，生产量大，沉降困难，按照50 g/t加入量分别加入质量分数为0.1%的AS-1、CXY-2型聚丙烯酰胺絮凝剂，磷精矿浆沉降曲线见图2。从图2可知，加入AS-1型聚丙烯酰胺絮凝剂的沉降速率相对较快。故选择AS-1型聚丙烯酰胺絮凝剂进行后续实验。

图2 不同絮凝剂条件下2#磷精矿浆沉降曲线

生产中1#、2#磷精矿浆共用一个浓密系统，为确保生产不出事故，将两种矿浆按质量比1∶1混合，按照50 g/t加入量分别加入质量分数为0.1%的AS-1、CXY-2型聚丙烯酰胺絮凝剂进行沉降实验，沉降曲线见图3。

图3 混合矿浆沉降曲线

从图3可知，加入AS-1型聚丙烯酰胺的矿浆沉降速率相对较快，从而侧面推出分子量对聚丙烯酰胺絮凝剂沉降效果的影响高于水解度因素。

2.2 磷精矿浆浓度对沉浆速率的影响

以AS-1型聚丙烯酰胺（质量分数为0.1%）为絮凝剂，加入量50 g/t，1#磷精矿浆不同浓度沉降曲线见图4。从图4可知，加入相同量的同种絮凝剂，矿浆浓度越小，沉降速率越快。生产企业必须保证一定的矿浆浓度，因而一般选择矿浆w（固）在20%～25%，结合浓密机自由稀释保证矿浆沉降速率。

图4 不同矿浆浓度条件下1#磷精矿浆沉降曲线

2.3 絮凝剂质量分数对沉降速率的影响

以1#磷精矿浆为实验对象，以AS-1型聚丙烯酰胺为絮凝剂，加入量50 g/t，絮凝剂质量分数对沉降速率的影响见图5。

图5 不同质量分数AS-1型聚丙烯酰胺条件下1#磷精矿浆沉降曲线

从图5可知，低浓度AS-1型聚丙烯酰胺沉降效果优于高浓度，因为AS-1型聚丙烯酰胺分子量大，水解度低，浓度越高越难分散，与矿浆结合效果不如低浓度条件。

2.4 AS-1型聚丙烯酰胺加入量对沉降速率的影响

以1#磷精矿浆为研究对象，以AS-1型聚丙烯酰胺为絮凝剂，絮凝剂质量分数为0.1%，不同AS-1型聚丙烯酰胺加入量对沉降速率的影响见图6。

图6 不同AS-1加入量下1#磷精矿浆沉降曲线

由图6可知，AS-1型聚丙烯酰胺加入量越大，磷矿浆沉降速率越快。但生产企业都有成本控制线，公司磷矿浆絮凝剂添加量为50 g/t，若絮凝剂用量需要超过55 g/t，絮凝剂价格减半；超过60 g/t时，公司不进行结算，由絮凝剂厂家将不合格絮凝剂替换为合格品。因此，絮凝剂加入量一般控制在40～50 g/t。

3 工业试验

根据实验室实验结果选择适合该磷精矿浆的絮凝剂AS-1型聚丙烯酰胺进行工业试验。因AS-1型聚丙烯酰胺分子量大，溶液黏度大，与矿浆接触不充分，因而改造絮凝剂加药系统，新的加药系统见图7。

图7 改造后絮凝剂加药系统

改造后絮凝剂加药系统更为合理。首先，通过鼓风机将絮凝剂送至药剂配制槽，鼓风机保证絮凝剂分散；其次，配制好的絮凝剂多点加入磷矿浆管道，保证絮凝剂与磷矿浆充分接触，提高絮凝效果；最后，浓密机增加自稀释系统，将矿浆浓度降低。通过改造，絮凝剂使用效果得到较大提升，磷矿浆底流w（固）在50%～60%，150 h内的底流w（固）平均为55.44%，达到了浮选厂要求的磷精矿浓度。

4 结论

（1）阴离子AS-1型聚丙烯酰胺絮凝剂比较适用于该磷精矿浆沉降。（2）随着磷精矿浆浓度的增大，沉降速率逐渐减慢。工业生产中磷精矿浆稀释到w（固）20%～25%进行沉降。（3）絮凝剂加入量增大，沉降速率迅速提高，该磷精矿絮凝剂加入量为40～50 g/t，可以满足要求。（4）聚丙烯酰胺絮凝剂最佳使用质量分数为0.1%～0.2%。（5）按照磷精矿浆流向多点加入絮凝剂，磷精矿浓密效果好。