磷矿浮选尾矿矿石特性研究

1、#试验研究#IM & P 化工矿物与加工2009 年第 6 期文章编号: 1008- 7524( 2009) 06- 0001- 04X磷矿浮选尾矿矿石特性研究芳1, 2, 王华1, 李军旗2,黄2( 1. 昆明理工大学 材料与冶金工程学院, 云南 昆明 650093 ;2. 贵州大学 材料科学与冶金工程学院, 贵州 贵阳 550003)摘要: 以贵州瓮福磷矿浮选后的尾矿资源为研究对象, 研究了其反应活性、抗阻缓性及酸解反应工艺特性。得出, 尾矿主要物相是白云石, 其反应活性为 99. 65% , 抗阻缓系数为 12. 87, 最佳酸解反应工艺条件为: 反应时间 90 min, 液 固比 3,

2、 浸出温度80 e , 酸过量系数1. 05, M gO 的浸出率高于 P2O 5的浸出率( 均高于 95% ) 。研究表明: 瓮福磷矿浮选尾矿反应活性好, 有一定的抗阻缓性, M gO 和P 2O 5在酸解过程中近乎是同时浸出, 只是前者略高于后者。本研究可为综合利用浮选尾矿中的镁、磷提供必要的基础理论依据, 对低品位磷矿的利用有一定借鉴作用。 关键词: 磷矿浮选尾矿; 反应活性; 抗阻缓性; 工艺特性 中图分类号: TD 912文献标识码: A0 引 言磷矿资源属不可再生资源, 我国的磷矿资源主要集中在云南、贵州、湖北、湖南、四川五省, 是世界磷矿资源大国之一。贵州省丰富的磷矿资源 主成及

3、其酸解反应特性进行了研究, 为其综合利用提供了必要的基础理论依据。 1实验部分1. 1实验原料瓮福磷矿浮选尾矿。 仪器与试剂仪器: INCA - 450 X 射线能谱仪, X 射线衍要分布在开阳、福泉和织金四个矿区, 中低品位磷矿( P2O 5 25%) 占全省的 80% 多, 主要集中在瓮福磷矿和织金磷矿。由于磷矿形成机理 及选矿方法的不同, 各磷矿生产所产生的尾矿组成、特性也不尽相同。目前, 瓮福磷矿主要采用反浮选工艺选别磷矿, 每年原矿入选后产生的大量浮选磷尾矿尚未得到综合利用。对此尾矿进行物 相及化学全分析后发现, 该尾矿的主要物相为CaMg( CO3) 2及 Ca5 F( PO4)

4、3, 其中P 2O5 质量分数为 7% 9% , MgO 质量分数高达 16% 19% , 属高镁低品位磷矿。我国镁资源匮乏, 如果能以此磷尾矿为原料综合回收其中的镁和磷, 不仅能产生一定的经济效益, 而且对实施可持续发展战略有重大的社会意义。 曾有不少人对中低品位磷矿的物性进行过研 1. 2射仪, 恒温干燥箱, 马弗炉, 恒温水浴锅等。 试剂: 工业H2SO4( 98%) , 85% 热法磷酸, 均为分析纯。 1. 3 实验方法1. 3. 1 尾矿物化性质的确定 用INCA- 450 X 射线能谱仪测定各元素组成情况, 用X- 射线衍射仪分析其物相和多元素分析其化学组成。 1. 3. 2 尾

5、矿反应活性与抗阻缓性的测定 磷矿反应活性和抗阻缓性的实验测定方法是 4 : 将一定质量、粒度的磷矿颗粒在恒定的反应温度下, 在一定质量分数的纯磷酸中分解一定时间, 测定其转化率; 抗阻缓性的测定则是将同样 的磷矿颗粒在与反应活性测定时相同质量的究 1,2 , 而对磷尾矿的物性测试与研究报道甚 少 3 。本项目对磷矿浮选尾矿的物相和化学组 X 收稿日期: 2008- 012- 27基金项目: 贵州省科学技术基金资助项目( 合同号: 黔科合 J 字、 2007 182 号) 。 作者简介: 黄芳( 1975- ) , 女, 贵州贵阳人, 博士生, 研究方向为冶金物理化学、冶金环保, E- mail

6、: hfcy215 163. com。 1 #试验研究#IM & P 化工矿物与加工2009 年第 6 期混酸溶液( 其中磷酸质量分数相同, 而硫酸质量分数不同) 中分解, 测定硫酸质量分数变化对尾矿分解率的影响, 并将实验数据与函数式关联。磷矿的分解率与硫酸质量分数存在以下关系:y = a - bxGP O部元素 为 O ( 61. 52%) 、 Ca ( 23. 33%) 、 Mg( 10. 49%) 、P( 2. 59%) 、A l( 0. 32%) 、C( 0. 55% ) 、Si( 0. 89%) 、Fe( 0. 31%) 。因此镁主要集中在尾矿颗粒内部。 为了确定尾矿中磷、镁的物质

7、赋存形态, 进行 了 X- 射线衍射分析。尾矿的X- 射线衍射图谱如图 1, 据此可分析出该尾矿的主要物相为白云石 CaMg ( CO3 ) 2 , 其次是氟磷灰石 Ca5 F( PO 4) 3 , 此外还有Al、Fe、Si 等物相。 式中: y 为磷矿在混酸中的分解率( 用 表2 5征) , %; x 为混酸中硫酸的质量分数, %; a 为磷矿在磷酸中的分解率, 即反应活性; b 为磷矿的抗阻缓系数。 实验选用磷酸质量分数为 25% P2 O5, 混酸质量分数分别为 25% P 2O 5 + 2% H 2 SO 4、25%P2O5+ 4% H2SO4 、 25% P2 O5+ 6% H2 S

8、O4 。 实验时, 将 2 g 矿样加入 250 g 磷酸或混酸溶液中, 在 65 e 下反应 2 min, 迅速过滤、洗涤, 在 105? 5 e 下烘 2 h, 测定其质量及 P2O5含量, 即可求得其分解率。 1. 3. 3尾矿酸解反应工艺特性研究 图 1 磷尾矿X- 射线衍射图谱尾矿的化学分析结果见表 1。 将加有硫酸溶液( 不同酸过量系数、液固比) 的反应器置于恒温水浴锅中加热到指定反应温度 后, 把一定粒度的磷尾矿迅速倒入反应器中, 搅拌到指定反应时间, 取出反应器, 迅速减压抽滤, 洗涤, 所得磷石膏在 80 e 下烘干, 称质量, 取样分析。 1. 4分析方法用钼酸喹啉质量法分

9、析P2O 5的质量分数, 用 8- 羟基喹啉质量法分析M gO 的质量分数。 表 1尾矿的化学成分分析% 酸不灼烧P 2O5Fe2O 3 Al2O3CaOMgO溶物失量质量5. 7932. 29 18. 040. 630. 391. 8139. 25分数由表 1看出, 该磷尾矿 MgO 质量分数达 18. 04% , P2O5 质量分数为 5. 79% , 与其他原矿相比, 该尾矿可认为是高镁低品位磷矿。在湿法磷酸生产中 Mg O 是有害杂质, 而在综合回收磷尾矿中的M gO 时, Mg 就不再是一个有害杂质而是一个有益元素了。 2. 2 磷尾矿的反应活性及抗阻缓性磷矿的反应活性和抗阻缓特性是

10、磷矿的重要加工特性。磷尾矿的反应活性表示磷尾矿被酸分 解的难易及分解速度的快慢, 测定反应活性可为选择适宜的反应时间提供参考; 抗阻缓性是指磷矿在分解时抵抗/ 钝化膜0包裹的特性, 如果磷尾矿的抗阻缓性较差, 必须严格控制液相SO42- 质 量分数。 1. 5尾矿中P2O5、Mg O 浸出率的计算方法GP O( X1- X 2) / X 1=100%2 5( Y 1 - Y 2) / Y 1 100%GMgO =式中: X 1 为尾矿中 P2O 5 的量; X 2 为磷石膏中P2O5 的量; Y 1 为尾矿中M gO 的量; Y 2 为磷石膏中MgO 的量。 2实验结果与讨论2. 1尾矿的物化

11、性质为了掌握尾矿颗粒表面及内部化学组成情况, 采用能谱仪对尾矿颗粒表面及内部进行了扫描, 发现表面元素为 C( 36. 2%) 、O ( 38. 7%) 、Ca ( 6. 4%) 、P ( 3%) 、A l( 15. 7%) , 未见到M g; 而内 2 #试验研究#IM & P 化工矿物与加工2009 年第 6 期表 2 为该浮选磷尾矿在磷酸及分解率数据及数据处理结果。 混酸中的 表 2尾矿的反应活性和抗阻缓性混酸中不同硫酸质量分数 反应磷矿中 P2O 5质量分数/ %抗阻缓的分解率 / %活性 系数 2%4%6%/ %5. 7998. 3662. 3648. 1799. 6512. 87图

12、 4液固比的影响( 温度: 80 e , 酸过量系数: 1. 05, 反应时间: 90 min)由表 2 可见, 该尾矿的反应活性较好, 易于被酸分解。与文献 1 报道的相比: 开阳磷矿的反应活性为99.缓系数为13. 57; 金河磷矿 62%, 抗阻的反应活性为 98. 18%, 抗阻缓系数为 12. 54, 可知该磷矿浮选尾矿的反应活性优于开阳磷矿及金 河磷矿, 而抗阻缓系数介于两者之间, 说明该尾矿对硫酸质量分数的敏感性、抗阻缓性较开阳磷矿 好, 但不及金河磷矿, 更进一步说明可以将此高镁磷矿尾矿当作高镁低品位磷矿来处理。 2. 3影响磷尾矿酸解反应工艺特性的因素磷尾矿酸解反应受反应时间

13、、酸过量系数、液 固比、温度的影响见图 2 图 5。 图 5温度的影响( 酸过量系数: 1. 05, 液固比: 3B1, 反应时间: 90 min)硫酸酸解磷尾矿的化学反应是一个多相反应过程。反应结果使磷尾矿中的磷、镁进入溶液, 钙进入磷石膏, 解决了浮选尾矿因粒度细造成钙镁分离困难的问题, 酸解液中镁可通过净化、除杂、沉淀等制取镁产品, 磷可通过循环富集到一定质量分数后萃取出来。 反应时间的选择对获得高的磷尾矿分解率影响较大。反应初期P2 O5 较M gO 浸出率高, 表明反应首先在尾矿颗粒表面进行, 这和前面对磷尾矿颗粒组成情况的分析/ 镁主要集中于尾矿颗粒内部0相一致, 随着颗粒表面的不

14、断溶解, 表现出内部的 MgO 浸出活跃。反应后期磷几乎未溶出, 说明磷石膏的生成趋于致密, 阻碍了磷的进一步溶出。 除了上述反应的用酸外, 还要考虑矿粉中Al2O3、F e2O3等也将消耗少量的酸, 因此在按以上反应式算出理论加酸量后, 需要取一定的酸过量系数( 酸过量系数= 实际加酸量/ 理论加酸量) 。酸过量系数对磷尾矿中M gO 和P2O 5的浸出影响相差不大。M gO 的浸出率略高于 P2 O5 的, 这是因为 CaMg( CO3) 2被酸分解时由于有大量的CO2 气体产生, 所以被/ 包裹0的现象没有 Ca5 F( PO4) 3 严重。 3 #图 2反应时间的影响( 温度: 80

15、e , 液固比: 3B1, 酸过量系数: 1. 05)图 3酸过量系数的影响( 温度: 80 e , 液固比: 3B1, 反应时间: 90 min)#试验研究#IM & P 化工矿物与加工2009 年第 6 期 2 杨, 张允湘, 钟本和. 湖北磷矿的特性研究 J . 磷肥与复液固比是影响磷尾矿酸解的另一重要因素, 料浆中液相增加, 液体的湍流加强, 从动力学角度而言, 磷矿颗粒表面离子扩散的速率加快, 进而加速磷矿的分解结晶。过高的液固比, 不仅会降低反应器的生产能力, 增加过滤强度, 且浸出液中磷酸质量分数降低, 加大后续工作量; 但液固比过低, 则液相粘度过大, 不利于矿粉分解。适当提高

16、液固比, 降低液相粘度, 有利于提高转化率和促进工艺的顺利进行。 比较图 2 图 5, 可以看出温度对磷尾矿的分解影响很大。反应中期, 温度的升高增大体系中离子的运动速度, 提高固态膜包裹层的可透性, 为此阶段尾矿的分解创造了有利的条件; 但超过 80肥, 2001, 16( 4) : 9- 11. 3 谭志斗, 谭小红, 胡远芳. 等, 某高镁磷尾矿矿石工艺特性研究 J . 矿产综合利用, 2005, ( 2) : 26- 30. 4 化学工业部化肥司, 中国磷肥工业生产工艺 M . 成都: 成都科技大学编写组. 磷酸磷铵的 , 1991, 2- 14.Study on characteri

17、stics of tailings from phosphate flotationHUANG Fang1, 2, WANG Hua1,LI Jun- qi2, WANG Zheng 2( 1. Faculty of M aterials and M etallurg ical Engineer ing of Kunming U niversity of Science and T echnolog y, Kunming Yunnan 650093, China; 2. M aterials Science and M etallur- gical Eng ineering Colleg e

18、of Guizhou U niversity, G uiyang Guizhou 550003, China)Abstract: Study w as conducted on th e tailings f rom f lot at ion ofphosphate rocks in W engfu Phosphate M ine , in respect of chemical and physical properties of reactivit y - resist ance to retardancy and acidolysis reaction process w it h it

19、 s result show ing that th e primary mineralogical phase in the tailings w as dolomite w ith th e reactivity of99. 65% and coeff icient of resistance to retardancy 12. 87 and the op-timal technological conditions of acidolysis react ion process being re- act ion t ime of 90 minutes, liquid- solid ra

20、t io of 3B1, leaching t emper- ature of 80 e , acid excess coefficient of 1. 05 and leaching rate of M gO high er than the one of P 2O5, ( both higher than 95 percent) . The study indicated that th e tailings f rom the flotation of W engfu phosphate rocks have good reactivity an d some resistance to

21、 retardan-cy and the leaching of M gO and P 2O5 tak es place almost simultane- ously in the process of acidolysis reaction, only the form er is litt le higher than the lat ter. The study may provide the necessary th eory basis for comprehensive utilizat ion of phosphate flotation tailings and serve as reference to the development of low grade phosphate re- sources.Keywords: phosphate flotat ion tailings; reactivity; r