晋宁堆存难选胶磷矿低温正反浮选试验研究*

赵 军,刘宇桐,张正虎,闫雅雯,国亚非,罗惠华,易良坤

(武汉工程大学 资源与安全工程学院，湖北 武汉 430074)

0 引言

近年来，胶磷矿选矿技术研究虽已取得重大进展[1-2]，但仍面临一些难以突破的难题，如磷矿的低温浮选。光谱分析发现，磷矿正浮选采用的脂肪酸类捕收剂在磷矿界面发生作用时，随着温度的升高，化学吸附增多，物理吸附减少，浮选指标较好[3]。因此，为了实现磷矿的低温浮选，需要在较低的浮选温度下促进捕收剂对磷矿物的吸附，已有的研究表明，常用的乳化方法或加入少量表面活性剂可以提高捕收剂的捕收性能。国内外学者对磷矿低温浮选进行了大量研究，研究方向包括寻找在较低浮选温度下对磷矿捕收性强的捕收剂替代脂肪酸类捕收剂[4-8]，但实践证明，此法成本极高。而当使用少量增效剂与脂肪酸类捕收剂复配时，磷矿的可浮性明显增强。在胶磷矿浮选中，阴离子型和非离子型表面活性剂均可作为低温浮选增效剂，李冬莲等[9-10]在研究宜昌磷矿低温浮选时，选择价廉的十二烷基硫酸钠(SDS)作为增效剂与棉油皂脚复配，精矿P2O5回收率提高了30%；此外还将SDS和十二醇作为增效剂与棉油皂脚复配，获得了P2O5品位为30.40%、P2O5回收率为81.36%的较好精矿指标[10]。机理研究发现，复配捕收剂有效降低了矿浆表面张力，有利于药剂分散。在相对接触角、吸附量的测定中发现，复配捕收剂在磷矿表面的吸附量增大，吸附后接触角增大，疏水性提高，强化了磷矿的可浮性。电位研究显示，复配捕收剂在磷矿物表面的吸附是化学吸附，有利于低温浮选[11]。罗惠华等[12]对海州式磷矿进行低温浮选时，利用表面活性剂改善了捕收剂在磷灰石表面的吸附，经1粗1精流程，获得了P2O5品位高于34%、P2O5回收率达80%的较好选别指标。为了探讨云南晋宁堆存难选胶磷矿低温浮选的可行性，采用脂肪酸为原料通过改性、复配获得一种捕收剂，在低温(15 ℃)下进行了浮选试验。

1 原矿性质

试样的多元素分析结果见表1。

表1 试样的多元素分析结果 单位：%

采用MLA矿物分析仪对试样的矿石成分进行了测定，结果见表2。

表2 试样的矿石成分 单位：%

由表1和表2可知，试样属于低品位硅钙质磷矿，有用矿物以胶磷矿为主，主要的脉石矿物有石英、白云石和高岭石等。

2 试验设备与药剂

2.1 试验设备

XMB-67型200×240棒磨机， XFD-63型0.5 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 主要试验药剂

碳酸钠、水玻璃：工业级，配成质量分数为10%的水溶液；捕收剂Don-142：工业级，配成质量分数为2%的水溶液；硫酸：工业级，质量分数为98%，配成质量分数为10%的水溶液；反浮选捕收剂LAA-11:工业级，配成质量分数为2%的水溶液；试验用水：自来水。

2.3 低温捕收剂FRON的制备

以豆油脂肪酸(碘值为120～140)为原料，将其与催化剂一起加入反应罐内，升温至100 ℃左右，加热搅拌数小时，同时通入氯气氯化；将反应混合物转入氧化反应器内氧化， 控温100 ℃左右，搅拌数小时后停止氧化；加入液碱皂化；加入含有聚氧乙烯醚基团的复合非离子表面活性剂进行改性[13]；获得低温捕收剂FRON，配成质量分数为2%的水溶液。

3 试验结果与分析

3.1 磨矿细度试验

在常温(20 ℃)，碳酸钠、水玻璃、捕收剂Don-142 用量分别为5.0、5.0、1.5 kg/t的条件下进行了磨矿细度[14]试验，结果见图1。

由图1可知，随着磨矿细度的增加，精矿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最终趋于稳定。在磨矿细度为-0.074 mm 质量分数占84.5%时：精矿P2O5回收率最高，为87.26%；精矿P2O5品位也最高，为25.01%；选矿效率也最高，为19.59%。因此确定磨矿细度为-0.074 mm 质量分数占84.5%。

图1 磨矿细度对浮选指标的影响

3.2 正浮选药剂制度

3.2.1 碳酸钠用量试验

碳酸钠是磷矿正浮选常用的pH调整剂，不仅能调整矿浆的pH，同时可以改变矿浆的离子组成，对矿物的浮选产生不同的效应。为了考查碳酸钠用量对胶磷矿低温浮选指标的影响，在15 ℃下进行了试验，工艺流程及药剂制度见图2，结果见图3。

图2 碳酸钠用量试验流程

图3 碳酸钠用量对P2O5回收率及选矿效率的影响

由图3可知：随着碳酸钠用量的增加，选矿效率上下波动，在碳酸钠用量为2.0 kg/t时最大，为14.39%，之后虽有波动，但总体呈下降趋势；P2O5回收率则随着碳酸钠用量的增加先降低后升高，当碳酸钠用量为1.0 kg/t时，精矿的P2O5回收率最高，为92.30%。综合考虑选矿效率和P2O5回收率，确定碳酸钠用量为2.0 kg/t。

3.2.2 正浮选捕收剂FRON用量试验

在碳酸钠用量为2.0 kg/t、浮选温度为15 ℃的条件下，研究了低温捕收剂FRON用量对浮选指标的影响，试验结果见图4。

图4 正浮选捕收剂FRON用量与P2O5回收率及选矿效率的关系

由图4可知：随着FRON用量的增加，P2O5回收率呈上升趋势，当FRON用量为2.0 kg/t时，P2O5回收率达到92.25%；选矿效率则是随着FRON用量的增加先逐渐下降后略有上升，当FRON用量为1.2 kg/t时，选矿效率为16.33%，此时测得粗选精矿的P2O5品位为21.67%，比其他用量时高，但P2O5回收率较低，需要增加扫选作业提高P2O5回收率。因此选择选矿效率较高时的捕收剂用量，即确定FRON用量为1.2 kg/t。

3.2.3 精选水玻璃用量与扫选FRON用量试验

由于粗选精矿的P2O5品位仅为21.67%，而粗选尾矿的P2O5品位高达7.97%，为了提高精矿P2O5品位、降低尾矿P2O5品位，在15 ℃下进行了精选及扫选试验，研究了水玻璃用量对精选P2O5品位的影响，以及捕收剂FRON用量对降低扫选尾矿P2O5品位的影响。试验流程及药剂制度见图5，试验结果见表3。

图5 正浮选1粗1精1扫流程

由表3可以看出：在精选中加入用量为1.0 kg/t的水玻璃后，精矿的产率、P2O5品位、选矿效率、P2O5回收率比不添加水玻璃分别下降了2.23、0.50、1.42、3.65个百分点，说明在精选中添加水玻璃不利于精矿指标的提高，因此精选过程中不再添加抑制剂水玻璃；当扫选捕收剂FRON用量为0.5 kg/t时，尾矿的P2O5品位、P2O5损失率略有增加，分别高于扫选捕收剂FRON用量为0.6 kg/t时0.19、1.32个百分点，在考虑选矿成本的情况下，确定扫选捕收剂FRON用量为0.5 kg/t。

表3 精选水玻璃用量与扫选FRON用量试验结果 单位：%

3.3 反浮选试验

正浮选工艺中，经过1次粗选1次精选后，精矿的P2O5品位仅为23.90%，无法满足酸法用矿的质量要求。由于原矿中碳酸盐脉石矿物含量较高，MgO的质量分数为2.74%，同时正浮选之后，在精矿中碳酸盐脉石矿物有所富集，导致MgO的质量分数进一步上升，降低了精矿的P2O5品位。为了提高精矿的P2O5品位，需要采用反浮选工艺脱除碳酸盐脉石矿物，因此在正浮选的基础上进行了反浮选试验。

3.3.1 硫酸用量试验

硫酸在磷矿物反浮选中的作用是使矿浆达到白云石可浮性较好的pH范围,并优先溶解碳酸盐脉石矿物表面的CO32-，使该矿物表面具有较多的阳离子活化质点，以利于脂肪酸类捕收剂的吸附[15]。在硫酸用量分别为6、9、12、15 kg/t，反浮选捕收剂LAA-11用量为0.3 kg/t的条件下进行硫酸用量试验，结果见图6。由图6可知：随着硫酸用量的增加，P2O5回收率不断上升，在硫酸用量为15 kg/t时，P2O5回收率最高，为88.84%，选矿效率则波动较大；在硫酸用量为12 kg/t时，与硫酸用量为15 kg/t时相比，P2O5回收率降低了3.59个百分点，但选矿效率提高了0.75个百分点。综合考虑，确定反浮选硫酸用量为12 kg/t。

图6 硫酸用量与P2O5回收率及选矿效率的关系

3.3.2 反浮选捕收剂LAA-11用量试验

在硫酸用量为12 kg/t的条件下，以脂肪酸类的阴离子药剂LAA-11为捕收剂进行了其用量分别为0.30、0.45、0.60、0.75 kg/t的试验，结果见图7。

图7 LAA-11用量与P2O5回收率及选矿效率的关系

由图7可知，随着LAA-11用量的增加，P2O5回收率呈现降低的趋势，选矿效率的波动幅度不大。综合考虑选矿效率和P2O5回收率，确定反浮选捕收剂LAA-11用量为0.45 kg/t。

3.4 流程试验

根据上述试验结果，在磨矿细度为-0.074 mm质量分数占84.5%，浮选温度为15 ℃，粗选碳酸钠、水玻璃、低温捕收剂FRON的用量分别为2.0、5.0、1.2 kg/t，扫选捕收剂FRON用量为0.5 kg/t，反浮选粗选硫酸、捕收剂LAA-11用量分别为12、0.45 kg/t，扫选硫酸用量为5.0 kg/t的条件下，采用正浮选1粗2精1扫反浮选1粗1扫的工艺流程进行了开路试验，得到的最终精矿P2O5品位为30.56%、P2O5回收率为61.03%。以此为基础进行了正浮选1粗2精1扫反浮选1粗1扫中矿顺序返回的闭路流程试验，由于捕收剂在低温下的选择性下降，导致精矿P2O5品位较低，因此在正浮选中增加了1次精选，同时将粗选捕收剂FRON的用量增加至1.4 kg/t，进行了正浮选1粗3精1扫反浮选1粗1扫中矿顺序返回的闭路流程(见图8)试验，试验得到的数质量流程见图9。

图8 闭路试验流程及工艺条件

图9 闭路试验数质量流程

4 结论

a.晋宁堆存磷矿的性质表明，该磷矿为低品位硅钙质磷矿，组分复杂，有用矿物以胶磷矿为主，主要的脉石矿物有石英、白云石和高岭石等，属于难选胶磷矿。

b.豆油脂肪酸经氯化、氧化、皂化、改性后制得的捕收剂FRON可以用于低温浮选。

c.在浮选温度为15 ℃、磨矿细度为-0.074 mm 质量分数占84.5%的条件下及探索试验所得的最佳药剂制度下，采用1粗3精1扫的正浮选工艺联合反浮选1粗1扫中矿顺序返回的闭路流程选别P2O5品位为18.22%的晋宁堆存低品位胶磷矿，获得了P2O5品位为28.33%、P2O5回收率为83.21%的低温浮选精矿指标，实现了对该低品位胶磷矿的有效低温浮选。