2021
引用本文 |
| 组合捕收剂回收某铁尾矿中的磷 |  [PDF全文] |
2. 河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司, 河北 唐山 063000
2. Hebei Iron and Steel Group Luanxian Sijiaying Iron Mine Co., Ltd, Tangshan 063000, China
磷是一种重要的化工原料，可用于制备磷肥、磷酸及其磷酸盐类等化工制品，同时也广泛应用于医药、食品及陶瓷等工业领域。随着矿物资源的不断开发利用，现有的矿产资源“贫、细、杂”的特点越来越突出。
河北承德地区基性超基型岩中赋存超贫磁铁矿并伴生磷灰石，由于P2O5品位较低，通常随选铁尾矿排出，造成磷矿产资源的浪费[1-2]。近年来对于承德地区选铁尾矿中回收磷的研究也逐渐增加，霍松洋等[3]人以AW-01为捕收剂，采用一次粗选三次精选浮选工艺流程，可获得磷精矿P2O5品位为31.36%；聂轶苗等[4]人在矿浆质量分数为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P2O5品位为32.74%的磷精矿、回收率为86.11%；刘健[5]以油酸钠作为捕收剂，经过一次粗选两次精选两次扫选浮选闭路试验，获得了磷精矿P2O5品位39.28%、回收率86.89%的良好浮选指标。本文在系统的工艺矿物学研究基础上利用组合捕收剂进行流程试验，最终实现磷矿物的有效回收，减少矿产资源的流失，促进了尾矿的综合利用[7-9]。
1 原矿性质选铁尾矿化学多元素分析结果如表 1所示。
| 表 1 选铁尾矿化学成分分析结果 Table 1 Analysis results of chemical composition of iron ore tailings |
|
选铁尾矿中磷的化学物相分析结果见表 2所示，选铁尾矿中的磷物相主要为磷灰石，占99.30%。
| 表 2 尾矿中的磷物相分析结果 Table 2 Phosphate phase analysis of tailings |
|
选铁尾矿中的可回收的磷矿物为磷灰石，如图 1所示，从SEM镜下可看出磷灰石在尾矿中嵌布粒度较粗，粒状不规则，单体解离度较好，已经具备一定的分选条件。
 |
| 图 1 选铁尾矿SEM分析 Fig.1 SEM analysis of iron tailings |
2 试验药剂和方法 2.1 试验药剂
试验中用到的捕收剂包括MES-1(脂肪酸甲酯磺酸钠)、MES-2(主要成分为脂肪酸甲酯磺酸钠，添加一定比例十二胺，增强对磷灰石的捕收性)和氧化石蜡皂，水玻璃为抑制剂。
2.2 试验方法取承德某铁选厂现场的尾矿过滤、烘干、混匀、缩分制取试验样。测定矿样-0.074 mm含量为21.67%。称取矿样200 g于0.5 L浮选槽中按照药剂制度进行浮选试验，药剂初步探索试验流程如图 2所示，浮选得到的产品进行称重、烘干制样并进行化验分析。
 |
| 图 2 条件试验流程图 Fig.2 Flowchart of conditional test |
3 试验结果与讨论 3.1 单一捕收剂试验结果
单一捕收剂试验考察MES-1、MES-2和氧化石蜡皂三种不同的捕收剂对选铁尾矿中的磷回收效果，试验采用捕收剂用量为300、400、500、600、700 g/t，水玻璃用量为300 g/t，试验结果见图 3至图 5。
 |
| 图 3 MES-1用量对浮选指标影响 Fig.3 Effect of MES-1 dosage on flotation index |
 |
| 图 4 MES-2用量对浮选指标影响 Fig.4 Effect of MES-2 dosage on flotation index |
 |
| 图 5 氧化石蜡皂用量对浮选指标影响 Fig.5 Effect of the dosage of wax oxide soap on flotation index |
由图 3可知MES-1对磷的回收率影响较大，随着捕收剂MES-1用量的增加，精矿P2O5品位和回收率不断增加，当捕收剂用量为600 g/t时可获得精矿P2O5品位为20.40%、回收率为68.59%的较好指标；再增加捕收剂用量，精矿P2O5品位反而降低，回收率增加幅度变缓。
由图 4可知随着捕收剂用量的增加，精矿品位逐渐降低，捕收剂MES-2对于磷精矿P2O5品位影响较大，回收率表现出先增加后降低的趋势；当捕收剂用量为400 g/t时，可得到较好的浮选指标，精矿P2O5品位为16.30%，回收率为70.71%。
由图 5可知随着捕收剂氧化石蜡皂用量的增加，磷精矿回收率提高显著，但是精矿品位同时也降低较多。综合考虑浮选结果，氧化石蜡皂最佳用量为500 g/t时，精矿品位为11.10%，回收率为77.55%，浮选指标较好。
综合对比三种捕收剂效果发现，捕收剂MES-1用量为600 g/t便可获得较好的磷精矿P2O5品位为20.40%，说明MES-1捕收剂对于尾矿中的磷具有良好的选择性，但是捕收性稍弱；捕收剂MES-2在用量为400 g/t时综合浮选指标较好，精矿品位为16.3%，回收率为70.71%；氧化石蜡皂对于精矿回收率影响较大，当氧化石蜡皂用量为300 g/t时，回收率即可达到72.42%，氧化石蜡皂用量为700 g/t时，回收率达到83.22%，说明氧化石蜡皂对于尾矿中磷的捕收性较好，但是选择性较差。
3.2 组合捕收剂配比试验为了得到更好的浮选技术指标，将MES-1、MES-2和氧化石蜡皂按照一定的配比组成组合捕收剂进行试验，进一步考察不同捕收剂间的协同效应对浮选指标的影响，试验中组合捕收剂用量为400 g/t，水玻璃用量为300 g/t，采用一次粗选工艺流程，试验结果见表 3所示。
| 表 3 捕收剂质量配比试验结果 Table 3 Results of collector Agent Ratio Test |
|
组合捕收剂试验结果表明，组合捕收剂质量比例为m(MES-1) : m(MES-2) : m(氧化石蜡皂)=7 : 2 : 1时，用量为400 g/t时通过一次粗选得到的浮选指标最佳，精矿P2O5品位为20.3%，回收率为85.41%。
3.3 组合捕收剂用量试验捕收剂的用量对于浮选指标有较大的影响。将捕收剂按照质量比m(MES-1) : m(MES-2) : m(氧化石蜡皂)=7 : 2 : 1进行配比制备，组合捕收剂用量试验结果如图 6所示。
 |
| 图 6 组合捕收剂用量对浮选指标影响 Fig.6 Effect of combined collector amount on flotation index |
如图 6所示，随着捕收剂用量的不断增加，浮选精矿品位不断降低，当捕收剂用量为400~500 g/t时精矿回收率增加的缓慢，而精矿P2O5品位从20.30%降低至19.72%，当捕收剂用量超过500 g/t，回收率呈现下降较快的趋势。综合考虑精矿品位和回收率指标，选择组合捕收剂最佳用量为400 g/t，此时得到的精矿P2O5品位为20.30%，回收率为85.41%。
3.4 闭路试验选铁尾矿中的磷回收闭路试验采用一次粗选、三次精选和一次扫选的工艺流程，如图 7所示。药剂制度为粗选组合捕收剂用量为400 g/t，水玻璃用量为300 g/t，精选Ⅰ添加水玻璃200 g/t，精选Ⅱ添加水玻璃100 g/t，试验结果如表 4所示。
 |
| 图 7 浮选闭路流程图 Fig.7 Closed circut flow chart |
| 表 4 浮选闭路试验结果 Table 4 Closed-circuit flotation test results |
|
由表 4可知原矿中磷品位为2.87%，采用一次粗选、一次扫选和三次精选的试验条件下，可以获得磷精矿产率为7.29%、品位为34.60%、回收率为87.91%的良好指标。
3.5 尾矿镜下分析取闭路浮选试验得到的尾矿制样后在SEM镜下分析后的结果如图 8所示。
 |
| 图 8 选磷后尾矿SEM分析 Fig.8 SEM analysis of tailings after phosphorus separation |
从图 8可以看出，选磷后的尾矿中的磷灰石与脉石连生，以脉石包体的形式损失于尾矿中。磷灰石的嵌布粒度较集中于0.01~0.06 mm范围，最粗磷灰石颗粒粒径可达0.12 mm。因此在后续的研究中可通过磨矿使得脉石与磷灰石连生体实现单体解离，进而达到提高磷回收率的目的。
4 结论(1) 由选铁尾矿中的磷矿物物相分析发现，磷物相主要为磷灰石，占99.30%。SEM镜下分析发现，磷灰石在选铁尾矿中嵌布粒度较粗，嵌布粒状不规则，单体解离度较好。
(2) 单一捕收剂试验表明，MES-1捕收剂对于尾矿中的磷具有良好的选择性，氧化石蜡皂对尾矿中的磷的捕收性较好；组合捕收剂试验表明，在质量比m(MES-1) : m(MES-2) : m(氧化石蜡皂)=7 : 2 : 1时可获得较好的浮选指标。
(3) 闭路试验结果表明组合捕收剂用量为400 g/t、水玻璃用量为600 g/t时，采用一次粗选、一次扫选和三次精选的试验条件下可以获得磷精矿产率为7.29%，P2O5品位为34.60%、回收率为87.91%的良好指标。
(4) 由选磷后的尾矿进行SEM分析可知，选磷后的尾矿中的磷灰石与脉石连生，以脉石包体的形式损失于尾矿中，可通过磨矿使得脉石与磷灰石连生体实现单体解离。
| [1] |
张苏江, 夏浩东, 唐文龙, 等. 中国磷矿资源现状分析及可持续发展建议[J]. 中国矿业, 2014, 23(S2): 8-13. |
| [2] |
李维, 高辉, 罗英杰, 等. 国内外磷矿资源利用现状、趋势分析及对策建议[J]. 中国矿业, 2015, 24(6): 6-10. |
| [3] |
汤家焰, 张静茹, 罗惠华, 等. 柠檬酸在磷矿反浮选中的应用及机理分析[J]. 非金属矿, 2020, 43(5): 55-58. |
| [4] |
霍松洋, 宋瑞杰, 罗世勇, 等. 承德某铁尾矿回收磷、钛的试验研究[J]. 世界有色金属, 2017(1): 35-36. |
| [5] |
聂轶苗, 刘淑贤, 牛福生, 等. 回收承德某铁尾矿中低品位磷矿的试验研究[J]. 化工矿物与加工, 2015, 44(8): 4-7. |
| [6] |
刘健. 承德某磁铁矿尾矿浮选回收磷试验[J]. 现代矿业, 2014, 30(11): 79-80+84. |
| [7] |
李中念, 张振芳, 严国栋. 河北省超贫磁铁矿资源与开发利用分析[J]. 河北冶金, 2006(3): 1-4. |
| [8] |
夏学惠, 魏祥松. 河北丰宁招兵沟铁磷矿床地质及综合利用前景[J]. 化工矿产地质, 2005(1): 1-5. |
| [9] |
李宇新, 田孟杰, 瞿定军, 等. X射线拣选-反浮选工艺在宜昌中磷层磷矿选矿中的应用[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(6): 52-57. |