《武汉工程大学学报》 2014年02期
25-30
出版日期：2014-02-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
颗粒尺寸与药剂性质对胶磷矿浮选过程的影响
0引言我国磷矿资源80%以上都属于中低品位，当前采富弃贫现象仍然严重，造成磷矿资源的浪费［1］.中低品位磷矿要实现资源化利用，必须进行选矿富集，只有达到30%以上的品位方能进行工业化利用.浮选法是中低品位矿富集最有效的方法之一.根据磷矿的组成不同，浮选法可分为正浮选、反浮选、正反浮选和双反浮选工艺流程［23］.我国磷矿石组成复杂，按其化学成分划分为钙质磷块岩、硅质磷块岩和硅钙质磷块岩［4］.浮选工艺通常是由磷矿石的性质来决定的，对于钙质磷矿石一般采用反浮选工艺，硅质磷矿石采用正浮选工艺，硅钙质磷矿石则采取正反浮选或双反浮选工艺［57］.但浮选效果还与浮选药剂、磷矿石颗粒性质以及浮选条件有关.对于浮选药剂和浮选条件的影响，文献报道的较多［89］，但对浮选过程的机理研究得不够.本文通过研究磷矿石颗粒尺寸、脂肪酸等浮选药剂的亲水亲油平衡值（HLB值）以及表面张力、浮选药剂对磷矿石颗粒电动电位（Zeta电位）的影响，来揭示浮选过程机理，最终提出浮选过程机理示意图.1实验部分1.1原料实验所用磷矿分别为湖北保康磷矿、湖北大峪口兔子岭磷矿和黑山磷矿.磷矿组成如表1所示.从表1可知，3种磷矿品位都低于20%，属中低品位磷矿.保康磷矿为钙质胶磷矿，大峪口兔子岭和黑山矿物组成相似，属硅钙质胶磷矿.表1原矿主要化学组分Table 1Main chemical component of raw ore矿样w/%P2O5MgOSiO2CaO保康矿18.2110.687.5240.00大峪口兔子岭矿15.744.7427.0435.06大峪口黑山矿13.985.0430.2234.351.2试剂浮选药剂分别为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基硫酸钠（SDS）、自制油酸钠（NaOL）、吐温80（Tween80）.浮选助剂有硫酸、磷酸、草酸、苯磺酸、乙酸和氟硅酸.1.3实验方法1.3.1油酸钠制备称取50 g地沟油加入250 mL三颈烧瓶中，量取60 mL配置好的30% NaOH溶液，先加15 mL的碱量进入烧瓶中，然后用油浴加热1 h后加入30 mL的碱量，继续反应2 h后再加入剩余15 mL碱量，继续反应1h，最后盐析、过滤、干燥.1.3.2 磷矿球磨及分级称取200 g矿样放入XMQ（B）球磨机中，加入400 mL水，球磨13 min后，将矿浆倒出，再进行脱水干燥处理.取一份磨细干燥后的矿样过孔径125 μm (120目)标准筛，取过125 μm标准筛的矿样进行原矿化学组分含量测定.其余磨细干燥好的矿样先过孔径70 μm（220目）标准筛，再过孔径65 μm（240目）标准筛，得到三个粒级区间的磷矿样，再分别置于密封袋中备用.1.3.3 磷矿浮选采用RK/FD 0.5L单槽浮选机进行浮选，用混酸（硫酸与磷酸质量比4∶3.5，配成10%溶液）调节矿浆pH，搅拌速率1 700 r/min，浮选温度设为35 ℃，采取反浮选流程.浮选流程如图1.图1浮选流程示意图Fig.1Sketch map of flotation process1.3.4仪器检测方法浮选药剂表面张力采用jk99B型全自动张力仪检测，磷矿Zeta电位采用马尔文激光粒度仪检测.2结果与讨论2.1磷矿硬度特性磷矿石是由多种矿物盐嵌布而成，通过磨矿使它们彼此分离.由于这些矿物质的硬度不同，它们的磨细难易程度不同，结果导致不同颗粒粒级中矿物质含量不同.不同矿物的硬度值如表2所示，可以看出它们硬度顺序关系为：方解石<白云石<磷灰石<石英，即硬度越小的矿物组分越容易磨碎，分级后在较小粒级中富集的越多.反之，硬度较大的矿物质由于较难磨，在粗粒级中富集较多.表2磷矿石不同矿物成分的硬度值Table 2Hardness number of different mineral composition of phosphate ore成分方解石白云石磷灰石石英硬度33.5~4.5572.2磨矿对矿样分级的影响磨矿分级后各粒级矿样组分含量结果见表3.从表3可以看出，对保康矿磨矿分级后，随着颗粒粒度变小，P2O5含量逐渐减小，MgO含量逐渐增加，而SiO2、CaO含量变化规律不是很明显.这是因为保康矿属钙质胶磷矿，以云质条带状磷块岩为主，硅质核形石磷块岩最少，且白云石（MgO）本身硬度较低，所以白云石比较容易解离出来，并在细粒级中富集.磷灰石（P2O5）相对白云石硬度大，在细粒级矿石中富集较少.其石英（SiO2）含量少且嵌布粒度小，包裹于矿石内层，磨矿分级后含量出现了不规律的变化.第2期刘少文，等：颗粒尺寸与药剂性质对胶磷矿浮选过程的影响 武汉工程大学学报第36卷表3磨矿对矿样分级的影响Table 3Effect of grinding on ore sample classification矿样粒度/μmw/%P2O5MgOSiO2CaO保康矿+7021.809.446.5841.25-70+6519.4510.705.7042.71-6518.4211.117.3040.07大峪口兔子岭矿+7015.104.6544.0724.06-70+6516.944.1935.4626.18-6516.126.0830.5330.63大峪口黑山矿+7012.186.5635.0624.44-70+6514.165.6336.1326.40-6514.826.6426.9528.17大峪口兔子岭矿和黑山矿磨矿都属于硅钙质胶磷矿，磨矿对矿粒分级的影响类似.随着粒度变小，P2O5和CaO含量逐渐增加，SiO2含量逐渐减小.由于大峪口磷矿表层次生石英与玉髓比较多，且石英硬度很大，磨矿后粗粒级中含量较高.而胶磷矿是与白云石在粒屑胶结物中赋存，因此在较细粒级中P2O5含量较高.2.3磷矿颗粒尺寸对浮选过程的影响磷矿颗粒尺寸对浮选过程的影响如图2、图3所示.从图2可以看出，随着保康矿样粒度的增大，无论用浮选药剂是NaOL还是SDBS浮选，精矿中五氧化二磷的含量都是呈现降低的趋势，即浮选效果降低.在矿物粒度小于65 μm和在65~70 μm区间内时，精矿含磷高达30%以上.图2保康磷矿颗粒尺寸对浮选效果的影响Fig.2Effect of Baokang phosphate ore particle size on flotation result对于大峪口硅钙质胶磷矿而言，情况就不一样了.如图3所示，当矿物粒度小于65 μm时，无论采用NaOL还是SDBS进行浮选，精矿中五氧化二磷只是略有富集，即反浮选效果不明显.当矿物粒度等于或大于65~70 μm时，精矿中五氧化二磷的含量低于原矿品位，即不具反浮选效果.图3大峪口兔子岭及黑山磷矿颗粒尺寸对浮选效果的影响Fig.3Effect of Dayukou Tuziling and Heishan phosphate ore particle size on flotation result注：（1）大峪口兔子岭原矿；（2）大峪口兔子岭NaOL；（3）大峪口兔子岭SDBS；（4）大峪口黑山原矿；（5）大峪口黑山NaOL；（6）大峪口黑山SDBS2.4药剂物化性质对浮选过程的影响浮选药剂物化性质包括HLB值、表面张力及其对磷矿颗粒Zeta电位的影响.药剂HLB值如表4所示，HLB值大小次序是SDBS