胶磷矿选矿工艺类型

1浮选工艺

中低品位的磷矿石中脉石矿物含量普遍较高, 且磷矿物和脉石矿物紧密共生, 矿物嵌布粒度细, 浮选法通常是有效的分选方法^[4]。

磷矿物的浮选法包括直接正浮选、单一反浮选、反-正浮选、正-反浮选、双反浮选工艺^[5,6]。针对极细粒嵌布的胶磷矿, 可以采用分级浮选工艺

2 擦洗脱泥工艺

该工艺主要应用于风化型或含泥多的磷矿石富矿 (一般w (P₂O₅) 27%) 的选矿。其流程是:将采场原矿破碎至一定粒度, 用叶轮式洗矿机洗矿、分级, 再用水力旋流器浓缩, 最后用离心机或过滤机脱水。其工艺简单, 可以露天生产, 且不消耗化学药剂, 因此对环境不会造成污染^[19,20]。此技术是一种物理选矿方法, 利用被风化杂质矿物易破易磨, 粒径小, 能够水洗除去。

国外磷矿选矿广泛采用这种技术, 例如摩洛哥的胡里卜加选矿厂, 采用擦洗脱泥进行选矿, 年处理能力达到100万t^[21]。国内早在20世纪60年代中期就开始了磷矿擦洗脱泥选矿的研究, 并取得了一定成果。21世纪初, 在云南滇池周边的晋宁磷矿、昆阳磷矿和海口磷矿都相继建成了年处理能力60万t以上的擦洗装置。

擦洗脱泥处理的风化矿品位高, 导致擦洗尾矿品位较高, 为了提高资源的利用率, 必须回收利用其尾矿。近年来一些选矿工作者在这方面已有研究。罗惠华等^[22]对云南海口磷矿擦洗尾矿进行了浮选研究, 在入选原矿w (P₂O₅) 25%的情况下, 通过一次粗选一次精选, 获得磷精矿w (P₂O₅) 32.19%、P₂O₅回收率为81.16%的指标;周杰强等^[23]对云南某地钙质擦洗尾矿进行浮选, 也获得w (P₂O₅) 31.05%、P₂O₅回收率为86.08%的精矿指标。

擦洗尾矿的选矿研究仍在进行, 期待进一步工业化应用。

3 焙烧-消化工艺

焙烧-消化工艺主要适用于碳酸盐型磷块岩。其基本原理是碳酸盐在900℃高温焙烧, 热分解释放出CO₂, 然后加水消化使Ca O、Mg O水化, 生成细粒状的Ca (OH) ₂和Mg (OH) ₂, 再利用脱泥、分级作业脱除钙、镁的氢氧化物, 使磷矿得到富集^[24]。

在国外, 该工艺已有成熟的应用并获得较好的指标。而我国也早在20世纪80年代初由化工部化工矿山设计院对瓮福磷矿进行了煅烧-消化-分级试验, 在入选原矿w (P₂O₅) 30.38%、w (Mg O) 3.83%的条件下, 获得精矿w (P₂O₅) 37.48%、w (Mg O) 1.27%、磷收率为95.14%的指标, 同时在窑气中回收了元素碘, 碘的回收率为70%左右^[25]。

采用该工艺处理碳酸盐磷块岩时, 原矿中硅质矿物质量分数越低越好, 最高不宜超过5%。焙烧-消化工艺虽然过程简单, 但对操作技术要求高, 且焙烧能耗高, 脱除的石灰乳处理困难, 所以推广应用难度较大。

.4 重介质选矿工艺

重介质选矿是重力选矿的一种, 是利用有用矿物和脉石矿物的密度差异进行选矿。

磷矿石中有用矿物成分为磷酸盐, 脉石矿物有碳酸盐 (白云石、方解石等) 、石英、长石、黏土矿物、绢云母、黄铁矿、褐铁矿等。通常磷酸盐精矿的密度为2.8~2.9 g/cm³, 硅质矿为主的脉石矿物密度为2.4 g/cm³, 碳酸盐型脉石矿物的密度约为2.7 g/cm³。硅质脉石矿物与磷酸盐精矿的密度差为0.4 g/cm³, 属于易于分选的组分, 通过重介质选矿可以被完全分离;碳酸盐脉石与磷酸盐精矿的密度差只有0.1 g/cm³, 属于难分选组分, 只有一部分能够被分离^[26]。因此, 对于硅质或者钙-硅质磷块岩, 通过重介质选矿工艺能够取得比较好的选矿指标。

重介质选矿工艺由于流程简单、成本低廉、易操作管理和无污染等优点而备受青睐。我国在20世纪80年代就进行过磷矿选矿的重介质工艺研究, 由于当时的材料技术的原因, 没有被推广应用^[27]。随着材料科学的进步, 近年来磷矿重介质选矿又成为了研究热点。邵涛等^[28]对分选磷矿用重介质旋流器进行了研究, 将传统的筒式三产品旋流器改成锥形的三产品旋流器, 提高了分选精度和选矿效果, 在原矿w (P₂O₅) 21.77%的情况下, 获得精矿w (P₂O₅) 为29.59%, 分选精度为0.06。李冬莲等^[29]采用重介质选矿对宜昌丁东中低品位磷矿进行了研究, 在原矿w (P₂O₅) 16.83%情况下, 当分选密度为2.96 g/cm³时, 能获得w (P₂O₅) 30.86%的磷精矿。

5 联合选矿工艺

随着磷矿的不断开采, 磷矿资源日益趋向贫、细、杂, 采用单一选矿工艺, 很难获得优质的精矿产品, 而联合选矿工艺可成为解决此类磷矿选矿的一条新途径。

杨茂椿^[30]对滇池地区 (主要是晋宁磷矿、昆阳磷矿和海口磷矿矿区) 中低品位胶磷矿进行了试验研究, 根据其各自的矿物特性, 确定采用重-浮联合流程。结果表明, 重-浮联合工艺利用重选预选可以减少进入浮选作业的矿量, 不仅可以获得较好的磷精矿指标, 还一定程度上降低了选矿成本, 为滇池地区中低品位胶磷矿的开发利用提供了一条切实可行的技术路线。

柏少军等^[31]对某高磷褐铁矿进行了联合选矿试验研究, 其中进行了磁-浮联合、焙烧-磁选联合以及焙烧-磁絮凝等工艺探索, 最终采用反浮选-磁化还原焙烧-磁絮凝工艺, 能够将尾矿中的w (P₂O₅) 由0.92%降到0.29%。

6 化学选矿工艺

化学选矿是应用化学方法降低杂质含量、提高有用矿物纯度的一种选矿方法。该法主要适用于碳酸盐含量不高且嵌布粒度较细的钙质磷矿石和分离浮选精矿中的杂质, 浸取剂可用氯化铁、硫酸或者二氧化硫等, 其中常用硫酸。余静等^[32]采用逆流浸取技术处理低品位磷矿, 使得w (P₂O₅) 15.62%的原矿, 不经过富集就能直接获得w (P₂O₅) 20%的磷酸。武汉化工学院研制了一种新的硫酸氢盐浸取降镁技术, 对湖北大峪口浮选磷精矿进行化学处理, 原矿w (P₂O₅) 32.83%、w (Mg O) 1.90%, 用该技术浸取后可获得w (P₂O₅) 32.70%、w (Mg O) 0.39%的磷精矿产品, 浸取阶段P₂O₅回收率达99.25%。

硫酸浸取技术有较大缺陷。用硫酸浸取时, 磷矿物损失率高达15%~30%, 在经济上很难接受, 且设备要求高, 加工成本贵。

7 光电选矿工艺

光选是利用矿物中有用矿物与脉石矿物之间的色差来进行选矿, 是近年来电子技术发展的产物;电选是根据各种矿物具有不同的电学性质, 在矿物经过电场时利用作用在这些矿物上的电性及机械力的差异来分选矿物的一种选矿方法^[33]。比较起来, 电选更容易实现。

矿物要实现电选, 首先必须是矿物与脉石矿物有电性差异, 从而在电场的作用下产生轨迹差异实现分离。矿物荷电的方式主要有传导带电、感应带电、电晕电场带电、复合电场带电和矿粒摩擦带电。前4种荷电方式主要适应于导体矿物与非导体矿物分离时矿物的荷电, 只有摩擦带电适用于非导体矿物与非导体矿物分离时的荷电。磷矿物与主要脉石均为非导体矿物, 但这些矿物间的介电常数存在差异, 因此, 通过适当的摩擦方式就可使磷矿物与脉石矿物带上不同的电荷, 从而进入电场时就可实现分离。阿尔及利亚Diebelonk磷矿采用电选法分离, 当原矿w (P₂O₅) 为24.9%时, 经一粗两精一扫, 获得w (P₂O₅) 为29.4%、P₂O₅回收率为83.4%的磷精矿^[34]。段希祥等^[35]在实验室用电选法选别江川清水沟磷矿, 取得了良好的选别指标。

磷矿石的电选为干式作业, 不产生废水和环境污染, 设备结构简单, 易操作维护, 生产成本低, 分选效果好, 是中低品位磷矿选矿研究的新方向。