沉积型钙质磷块岩矿选矿工艺实例

一、何家岩磷矿选矿中间试验

何家岩磷矿位于陕西省略阳县。1965～1975年间，曾先后对该矿进行过浮选法和焙烧法的试验室试验以及焙烧法的中间试验。

该区磷矿呈层状产于泥盆纪地层下部，属沉积型钙质磷块岩矿石。矿体分东、西两矿段，平均含量为P₂O₅21%。

矿石自然类型分为条带状灰质磷矿岩和假鲕状碎屑灰质磷块岩两种。呈隐晶质和假鲕状结构、板状及块状构造。有用矿物为胶磷矿、磷灰石；脉石矿物有白云石、方解石、石英、绢云母、炭质、泥质和黄铁矿等。

胶磷矿  多为隐晶质结构，大多组成条带状集合体赋存于矿石中，有时呈胶结物充填于假鲕粒和碎屑之间。

白云石  呈粒状或条带状，常与方解石伴生，且含泥质，炭质等。

方解石  常呈单独条带出现，在晚生裂隙中也有其细脉充填。

根据x射线衍射图谱，得知原矿主要为氟磷灰石、白云石；次要相位α－石英和少量方解石。单体磷矿物P₂O₅理论含量为41%～42%。

矿石的化学组分，列于表1。

表1  矿石的化学组分（%）

在此基础上，进行了规模为日处理原矿5t左右的焙烧法中间试验，其工艺设备联系图，见图1。工艺过程描述如下：

粒度介于12～0或25～0mm的矿石，装入称量桶，用行车运到加料斗，由皮带加料计量机给入回转窑尾部。物料在窑中与高温炉气（燃料为轻柴油）逆流接触，在窑内停留100～140min。焙烧后产品卸于地下出料桶，用小车送往储斗，再经皮带计量机送入卧式双轴消化器。消化用水由热水高位槽经PCT转子流量计从斜螺旋运输机中部给入，与焙烧矿成逆流方向流入双轴消化器进行消化（是指：使焙烧后的熟料中的氧化镁、氧化钙转变成氢氧化物的过程），生成的石灰乳从溢流器流出，最终到尾矿池。磷精矿以推车运到堆场。从窑尾逸出的高温炉气经多段除尘降温后放空。

图1  何家岩磷矿焙烧法富集中间试验工艺设备联系

1－加料斗；2－皮带加料计量机；3－下料管；4－烟箱；5－ф600×9000回转窑；6－地下出料装置；7－熟料车；8－熟料储斗；9－皮带加料计量机；10－尾桨槽；11－卧式双轴消化器（L×h＝3000×305mm）；12－砂泵；13－斜螺旋输送机（ф200×3200mm）；14－热水测量及计量器；15－热水高位水槽；16－旁式除尘器；17－龙卷风除尘器；18－冲击式降温洗涤器；19－喷射型吸收器；

20－泡沫吸收塔；21－离心排风机

主要设备回转窑，进料端内径0.6m，长9m，出料端内径0.75m，长5m。总长即为14m。有效容积4.79m³。卧式双轴消化器的底部呈弧形，搅拌双轴各装有与轴成30°的桨叶38片。

各作业的优惠条件为：

焙烧：原矿品位含P₂O₅ 20.31%、粒度25～0mm。焙烧温度1050～1100℃，焙烧时间138～105min。焙烧炉残烧量0.3～0.6%。

消化：矿石温度300±50℃、水温50～60℃。消化时间5～10min，消化时液固比为5∶1～3∶1。

按照上述条件，得磷精矿含P₂O₅大于31%、MgO小于2.5%；对原矿计回收率大于90%，对焙烧矿计回收率大于95%。脱钙率大于80%。

以1000公斤原矿计，全系统物料平衡示于图2。

图2  何家岩磷矿焙烧法富集中间试验全系统物料平衡

因故图表不清，需要者可来电免费索取

以每吨原矿计，主要原材料及动力消耗为：重油0.05t、水10m³、电15°，蒸汽0.22t。富集（选矿）比∶1.47。

二、瓮福磷矿英坪矿段选矿中间试验

瓮福磷矿位于瓮南苗族、布依族自治州瓮安、福泉两县境内，是中国一特大型优质海相化学沉积磷块岩矿床。1976年起，曾对其不同矿区、矿段和矿层的磷矿石进行了浮选法和焙烧法的试验室试验和中间试验，均获得良好结果。

该矿产于上震旦纪底部陡山沱组，露头北起瓮安玉华地区，南至福泉高坪地区，长约17.5km，面积58km²。按照矿层分布的地质、地理特点，划分为白岩、高坪两大矿区，共计九个矿段。其中英坪矿段平均含P₂O₅29%左右。

英坪矿段具有工业意义的矿层为“b”层矿，矿体露头长2700～3000m。自下而上可分为沙砾状白云质磷块岩、团块状白云质磷块岩和致密块状磷块岩三种自然类型。直接顶板为白云岩、硅质白云岩或硅质岩；底板为含磷团块硅质岩或硅质岩，全矿段矿石平均含P₂O₅为29.09%，且普遍含碘（约0.006%～0.011%、平均为0.0076%），碘主要赋存于致密块状磷块岩中。

矿石矿物组成为：磷矿物70%、碳酸盐矿物（白云石）21%，其次为石英3%、水云母和炭泥质合计4%、铁质物1%。

磷矿物主要是“胶磷矿”，属碳氟磷灰石系列。一般为晶质，较少杂质混入。胶磷矿鲕粒呈圆形、椭圆形等，常吸附一些炭泥质及铁质物。胶结胶磷矿鲕粒的胶结物为碳酸盐，一般呈基底式接触。其次为隐晶质磷灰石，多呈细小微粒集合体出现。

碳酸盐矿物一般呈粒状个体或集合体形式存在，粒度大小不一，微粒者常与炭泥质物等混杂。

石英一般呈碎屑状个体，零散分布于磷矿物或碳酸盐中。

矿石的化学组分，利于表2。

表2  矿石化学组分

对英坪矿段的矿石，曾以硫酸作抑制剂的反浮选法和传统的焙烧－消化－分级法进行过试验室试验研究。当采用前者，可由含P₂O₅ 29.31%、MgO 4.41%的原矿，获得含P₂O₅ 35.3%、MgO 1.59%的综合精矿，回收率94.18%；当采用后者，可由同一组成的原矿，获得含P₂O₅ 37.43%、MgO 1.23%的磷精矿，回收率96.89%。且可由炉气中回收碘，碘的总回收率约为70%。

在此基础上，又进行了规模为日处理原矿1.5t的反浮选法以及3～5t的焙烧法中间试验。现分别简述如下：

单一反浮选法中间试验

单一反浮选法中间试验的工艺过程和主要设备，示于图3。浮选工艺条件列于表3。按此条件所得回水试验（回水量占总用水量的36.88%）的数、质量流程，示于图4。

图3  瓮福磷矿英坪矿段单一反浮选法中间试验设备联系

1－给矿机；2－ф600×600球磨机；3－ф200×1650分级机；

4－30升搅拌桶；5－12升环射式浮选机；6－ф750浓缩机；7－立式砂泵

图4 瓮福磷矿英坪矿段单一反浮选法中间试验数、质量流程

因故图表不清，需要者可来电免费索取

表3  浮选工艺条件

回水水质分析，以1984年5月13～14日为例，其结果是（mg／L）：H₃PO₄ 330～350、Ca^2＋ 1034～1205、Mg^2＋ 194～263、P₂O_5液相 224～226、含固量729～955，pH值4.70～5.20。

按图4所得磷精矿（精矿1和精矿2）以及尾矿（碳酸盐）的主要化学组分，列于表4。

表4  磷精矿和尾矿的主要化学组成

焙烧－消化－分级法（兼回收碘）中间试验

焙烧－消化－分级法的原则工艺流程。示于图5。其工艺设备联系图，示于图6。简单的工艺过程为：破碎到10～0mm的原矿，经圆盘给矿机给入回转窑内，在焙烧温度1050℃、物料在窑内停留时间80～100min的条件下焙烧，其产品随之在卧室双搅消化器中消化，消化时间3～5min，消化时的液固比为1∶1。继而用双轴擦洗分级机分级，得最终磷精矿和石灰乳。炉气送去进行碘的回收；石灰乳经碳化后或作为尾矿排放、或制取碳酸氢镁。

图5  焙烧法原则工艺流程

图6  瓮福磷矿英坪矿段焙烧法（兼回收碘）中间试验设备联系

1－原矿；2－斗式提升机；3－矿仓、圆盘给料机；

4－ф450×8000回转窑；5－ф136×2000卧式双搅消化器；6－ф136×2400双轴擦洗机；7－旋风除尘器；8－ф200－4000喷淋塔；9－ф200×5000筛板塔；10－水循环泵压缩机；11－ф250×5750碳化塔；12－浓缩机；13－鼓式过滤机；14－冷却器；15－耐酸泵；16－碘液槽；17－旋涡泵

由于所用燃料不同，所得磷精矿质量有别，但对碘回收工艺过程无甚影响。用轻柴油为燃料，磷精矿品位为含P₂O₅ 37.48%、MgO 1.27%、回收率95.14%；以煤作燃料，磷精矿品位含P₂O₅ 35.87%、MgO 2.31%、回收率95.77%。因磷精矿中混有未燃烧好的煤粉和灰分，所以质量降低。现以轻柴油作燃料为例，其焙烧－消化－分级过程的物料平衡结果，列于表5。所得磷精矿和尾矿（石灰乳）的主要化学组分，见表6。

表5  焙烧－消化－分级过程物料平衡

表6  磷精矿和尾矿（石灰乳）主要化学组分

碘回收工艺的原则流程，示于图7。稳定运转试验结果表明：碘的实际吸收率，若以轻柴油为燃料可达83.24%，若以煤粉为燃料仅为74.55%。后者之所以较低，是因为碘被部分具有活性炭性质的、燃烧不完全的煤粉吸附，而被烟尘带走所致。

图7  从吸收液提取碘原则工艺流程

当吸收液浓度较低时（浓度小于1g／L）、以油为燃料回收碘的物料平衡，示于图8。在获得精碘纯度99.5%以上时，碘的最终总回收率为68.92%。此外，当吸收液浓度较高时（大于10 g／L），碘的总回收率可提高5%左右，且可简化流程，但要求焙烧工艺中收尘效率较高。

图8  以轻柴油为燃料时，从低浓度（浓度小于1g／L）

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吸收液提取碘的物料平衡