涂恩照 呂 良 戴帥軍

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，鄭州 450016；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，鄭州 450010)

河南省舞陽(yáng)鐵礦是我國(guó)重要的鐵礦基地，趙案莊型鐵礦是其重要礦床類型，為與超基性巖有關(guān)的巖漿礦床，磷灰石作為巖漿巖和變質(zhì)巖中的副礦物存在[1]，該類型鐵石中伴生P2O5含量較高，并大量存置于選礦尾礦中[2]，目前沒(méi)有對(duì)P2O5的可選性進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，大量P2O5還沒(méi)有被利用，造成資源的浪費(fèi)。本文采集了舞陽(yáng)趙案莊型鐵礦石，以選鐵實(shí)驗(yàn)后的尾礦為原料，針對(duì)常規(guī)磁選選鐵尾礦，開(kāi)展了伴生磷灰石綜合利用選礦試驗(yàn)研究。通過(guò)磨礦細(xì)度、藥劑用量等條件試驗(yàn)[3]，獲得了粗選較佳的選別工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了開(kāi)、閉路試驗(yàn)，獲得了磷灰石最終的選別指標(biāo)，為選廠綜合利用P2O5提供了有效途徑。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石化學(xué)成分

為了確定礦石中元素組成特征，本次研究對(duì)原礦進(jìn)行了XRF熒光半定量全分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原礦熒光光譜全分析結(jié)果Table 1 Results full spectrum analysis of ore /%

分析結(jié)果顯示，樣品中P2O5含量達(dá)3.08%，達(dá)到鐵礦石中伴生組分的要求。

1.2 尾礦化學(xué)成份含量

對(duì)選鐵尾礦進(jìn)行化學(xué)多項(xiàng)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

分析結(jié)果顯示，趙案莊鐵礦選礦尾礦中P2O5為2.34%，達(dá)到伴生有益組分指標(biāo)[3]，可考慮綜合回收利用。

表2 尾礦化學(xué)元素分析結(jié)果Table 2 Chemical element analysis results of tailings /%

1.3 磷灰石工藝礦物學(xué)特征

選鐵尾礦石中P2O5主要以磷灰石形式存在，磷灰石呈灰白色、肉紅色、淺綠色至無(wú)色透明，半自形至他形粒狀集合體，粒徑0.1～1.5 mm。因受動(dòng)力變質(zhì)作用，裂紋發(fā)育。鏡下常呈波消光，多以不規(guī)則狀或浸染狀與磁鈦鐵礦共生(圖1a、b)，次與鎂-貴橄欖石、斜硅鎂石及白云石共生。

本次研究采用MLA分析等方法檢測(cè)了礦石中主要磷灰石的嵌布粒度。分析結(jié)果見(jiàn)表3。

圖1 磷灰石背散射照片F(xiàn)ig.1 Back scattering photos of apatite

表3 磷灰石嵌布粒度表Table 3 Results of apatite embed grain size

分析結(jié)果顯示，礦石中磷灰石等礦物粒度較粗，主要分布在38～150 μm，單體解離難度不大，有利于其選礦富集。

2 磷灰石綜合回收試驗(yàn)

2.1 原則工藝流程的選擇與制定

目前，磷灰石的選礦方法主要有浮選法、重選法、重—浮聯(lián)合流程、磁—浮聯(lián)合流程、擦洗脫泥—浮選聯(lián)合流程以及焙燒—消化工藝[4]，分析前人研究成果，并結(jié)合工藝礦物學(xué)該礦石中主要的脈石礦物為蛇紋石、角閃石等硅鋁酸鹽礦物，磷灰石結(jié)晶粒度中細(xì)的結(jié)論，試驗(yàn)采用磨礦-正浮選的原則工藝進(jìn)行磷灰石綜合回收[5-6]。回收探索試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 磷灰石回收探索試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of recycling apatite explore test /%

由表4可知，通過(guò)二次粗選、一次掃選、一次精選的正浮選工藝，尾礦P2O5品位降至較低水平，粗選回收率較高，達(dá)到93.43%，表明采用正浮選工藝回收樣品中的磷灰石較為適宜。

2.2 選磷條件試驗(yàn)

在探索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別開(kāi)展磨礦細(xì)度、藥劑制度條件試驗(yàn)以確定最佳的粗選選別條件。

2.2.1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

根據(jù)巖礦鑒定結(jié)論，磷灰石嵌布粒度中細(xì)，其適合解離度是影響選別指標(biāo)的重要因素[7]。

為查明細(xì)度對(duì)磷灰石選別的影響，針對(duì)前期不同細(xì)度原礦經(jīng)磁選后的尾礦開(kāi)展磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 選磷磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of grinding fineness conditions in phosphorite floatation

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著原礦磨礦細(xì)度增加，尾礦P2O5呈逐漸降低，粗精礦P2O5回收率呈逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)細(xì)度達(dá)到-0.074 mm占比65%時(shí)，此時(shí)粗精礦品位和回收率均達(dá)到較高水平，在此細(xì)度下回收磷灰石較為適宜。

2.2.2 藥劑選擇

為獲取選別磷灰石最佳的藥劑制度及粗選指標(biāo)，對(duì)前期選鐵礦尾礦在-0.074 mm60%的磨礦細(xì)度下，采用陰離子正浮選流程(圖2)，按照三因素三水平正交試驗(yàn)表安排試驗(yàn)，以粗精礦P2O5品位和回收率作為評(píng)價(jià)選別效果的依據(jù)。三因素分別是pH調(diào)整劑碳酸鈉(A)、脈石抑制劑水玻璃(B)、陰離子捕收劑油酸鈉(C)，各水平取值隨機(jī)化后見(jiàn)表 6，按正交表 L9(33)進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，表7中數(shù)據(jù)的極差分析結(jié)果見(jiàn)表8。

圖2 鐵尾礦選磷正交試驗(yàn)工藝流程Fig.2 Flowsheet of pick phosphorus orthogonal test for iron tailings

表6 藥劑用量范圍Table 6 Range of pharmaceutical dosages /(g·t-1)

表7 試驗(yàn)計(jì)劃正交表Table 7 Experimental plan orthogonal table

表8 產(chǎn)品方差分析表Table 8 Products variance analysis table

試驗(yàn)結(jié)果和分析數(shù)據(jù)表明FC在F0.05和F0.1之間，說(shuō)明捕收劑用量對(duì)磷灰石分選效果影響一般顯著，而碳酸鈉和水玻璃F值低于F0.1，說(shuō)明其影響不顯著。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，碳酸鈉在高用量時(shí)，磷回收率較高，因此選擇A1，水玻璃較高用量時(shí)，磷尾礦品位較高，因此選擇B2，捕收劑用量在此變化范圍內(nèi)均較高，從節(jié)約藥劑成本角度考慮，選擇C1，因此藥劑條件選用A1B2C1，即碳酸鈉用量2 500 g/t，水玻璃用量1 000 g/t，油酸鈉用量75 g/t。這一組試驗(yàn)在正交試驗(yàn)表中沒(méi)有做，但包括在三因素三水平的全部排列組合中，所以可以肯定A1B2C1為27種組合中的最優(yōu)配方。

2.3 開(kāi)路試驗(yàn)

在確定粗選最佳的工藝參數(shù)后，為確定適合的精掃選段數(shù)，得到合格的磷精礦，開(kāi)展磷綜合回收開(kāi)路試驗(yàn)，根據(jù)巖礦鑒定結(jié)論，由于此時(shí)磷灰石單體解離度已經(jīng)達(dá)到90%以上，因此精選過(guò)程中不再設(shè)置再磨作業(yè)，工藝流程見(jiàn)圖3，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 磷灰石回收開(kāi)路試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of opened circuit test for apatite

圖3 磷灰石回收開(kāi)路試驗(yàn)流程Fig.3 Flowsheet of opened circuit test for apatite

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)一次粗選、一次掃選、三次精選的開(kāi)路流程，磷精礦品位可以達(dá)到30%以上，且尾礦品位較低。

2.4 閉路試驗(yàn)

閉路試驗(yàn)按照開(kāi)路試驗(yàn)確定的工藝流程進(jìn)行，以獲取最終的磷灰石綜合回收指標(biāo)，工藝流程見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 磷灰石回收閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Results of closed circuit test for apatite /%

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)一次粗選、一次掃選、三次精選的開(kāi)路流程，磷精礦品位可以達(dá)到30%以上，P2O5作業(yè)回收率較高，說(shuō)明回收選鐵尾礦中的磷灰石技術(shù)上可行，按目前磷精礦價(jià)格，具有綜合回收價(jià)值。

圖4 磷灰石回收閉路試驗(yàn)流程Fig.4 Flowsheet of closed circuit test for apatite

3 結(jié)論

1)通過(guò)巖礦分析，趙案莊鐵礦礦石中P2O5含量為3.08%，經(jīng)選鐵后的尾礦中的P2O5含量為2.34%，其主要以磷灰石形式存在，是尾礦中的主要有用礦物。磷在石主要呈半自形至他形粒狀集合體，粒徑0.1～1.5 mm。因受動(dòng)力變質(zhì)作用，裂紋發(fā)育。鏡下常呈波消光，多以不規(guī)則狀及浸染狀與磁鐵礦共生，次與鎂-硅橄欖石、斜硅鎂石及白云石共生。單體解離難度不大，有利于其選礦富集。

2)通過(guò)條件試驗(yàn)確定了磷灰石粗選的最佳工藝條件：磨礦細(xì)度-0.074 mm 60%，碳酸鈉用量 2 500 g/t，水玻璃用量1 000 g/t，油酸鈉用量75 g/t。

3)經(jīng)閉路浮選試驗(yàn)，可獲得品位30.43%，作業(yè)回收率91.30%，對(duì)原礦回收率90.05%，選礦指標(biāo)顯著，可利用性強(qiáng)。建議當(dāng)?shù)仄髽I(yè)對(duì)該鐵礦中的磷資源盡早綜合回收，避免資源浪費(fèi)，可顯著降低企業(yè)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。