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选矿技术
选铁尾矿回收低品位磷、钛、钴技术
来源:中化地质矿山总局地质研究院 魏祥松2017-04-129860

中国北方河北丰宁三赢公司的丰宁招兵沟低品位磷矿属变质型矿床,磁铁矿(含钛磁铁矿)-磷灰石型矿石。其特点为中品位磁铁矿、低品位磷矿与低品位钛铁矿、超低品位硫钴等共生。为使招兵沟铁磷矿中的磷、钛、硫钴等资源得到合理的综合回收利用,开展了从磁选尾矿中选矿回收磷、钛、硫钴的实验室选矿试验研究,确定了合理的综合回收选矿工艺流程。

根据实验室选矿试验研究成果,改扩建了原矿处理能力为30万t/a老选厂,新建了原矿处理能力为300万t/a的新选厂,综合回收招兵沟铁磷矿中的磁铁、磷、钛铁、硫钴矿物。确定了常温无碱浮选回收磷矿物、合理的重-磁选联合工艺回收钛铁矿物、浮选工艺回收硫钴矿物的选矿工艺路线。

一、矿石性质

河北省丰宁县招兵沟铁磷矿矿石类型较为简单,主要矿石矿物为磁铁矿、钛铁矿、磷灰石等。脉石矿物主要有辉石、角闪石、黑云母、斜长石等。

矿石结构主要为中粒半自形粒状结构、花岗变晶结构,其次有片柱状变晶结构、陨铁结构、平行连晶结构、固溶体结构。矿石构造主要为块状构造、片麻状、条带状、网状构造。矿石自然类型一般为斑杂状钛磁铁矿石、斑杂状磁铁矿矿石、块状钛磁铁矿矿石、块状磁铁矿矿石、片麻状磁铁磷灰石矿石和片麻状钛磁铁磷灰石矿石。

矿石工业类型可分为钛磁铁磷灰石矿石、磁铁矿矿石、钛磁铁矿矿石和磁铁磷灰石矿石。

矿石中含TFe 10%~20%、含P2O5品位平均为3%±,含TiO2 5%±;铁与钛及磷的含量一般成正比关系。磷、钛、硫钴品位较低。

该矿一直以选铁为主,对选铁尾矿中的其他有用组分未能综合回收,可回收利用的低品位磷、钛、钴等作为尾矿抛弃。由于该矿矿石结晶较好,适宜采用阶段磨矿阶段选矿的综合回收工艺,其选铁尾矿中的主要元素含量见表1。

表1  选铁尾矿多项分析结果

二、磷的综合回收

磷矿浮选采用的AW-10捕收剂,该药剂不仅无毒、无污染,而且还有很好的生物降解性能,有利于环境保护。该成果解决了浮选矿浆需要加入大量的碳酸钠调整矿浆pH值的问题;降低了浮选温度,实现了常温浮选,对节约能源、降低选矿成本做出了很大贡献。依据试验确定的工艺流程,设计建成了处理能力30万t/a原矿的磷浮选车间,并于2005年9月投产,生产出了高品质的磷精矿。工业调试改造后确定了磁选尾矿经旋流器脱水,一段开路磨矿,磨细度.074mm(-200目)含量50%±5,一次粗选一次扫选二次精选、中矿顺序返回的常温浮选工艺流程(图1)。

图1  磷回收生产数质量流程

工业生产采用常温浮选工艺回收磷矿物,浮选矿浆不需要加温、加碱。浮选药剂均为常规、无毒、无污染的产品。浮选药剂制度简单,仅加入了水玻璃调整剂和浮选捕收剂。

流程考查指标为:入选原矿品位P2O5 3.84%,磷精矿品位P2O5 37.88%、Fe2O3 1.50%、MgO 0.96%,磷精矿回收率95.49%。

采用的选磷捕收剂AW-10,是合理开发利用招兵沟磷矿这一易选磷灰石,提高企业经济效益的关键。该捕收剂必须具备原料来源广、价廉、无毒、选择性及捕收能力好等特点,并能克服使用氧化石腊皂类的捕收剂价高,泡沫粘、精矿不易后处理等缺陷。捕收剂主要由两部分组成,第一部分(占80%)采用化工、油脂厂废料作原料,变废料为有用产品,因此也减少了相关行业造成的环境污染。但单独作为捕收剂用量较高,矿浆粘性大。第二部分(占20%)是一种阴离子型活性助剂,具有增溶、分散、乳化、发泡和润湿渗透作用,能显著促进脂肪酸类捕收剂的高度分散溶解,从而增加主体捕收剂被目的矿物吸附的浓度,降低选择性好的捕收剂为达到浮选必须的临界胶束浓度而需要的用量,使得主体捕收剂在较宽的介质中和较低的温度下具有良好的分散溶解性。该助剂还具有发泡性能好、泡沫性脆的特点。因而采用AW-10捕收剂能够实现招兵沟磷矿常温、无碱浮选,并且精矿沉淀浓缩性能好。另外,该活性助剂有很好的生物降解性能,对矿山实际产生尾矿水的分析结果(表2)表明:尾矿水中的COD含量较上一生产工序磁选尾矿水,降低了将近一半。在捕收剂中引入该助剂后,极大减轻了水质污染,有利于环境保护。

表2  尾矿水水质主要分析结果(mg/L)

三、钛的综合回收

丰宁铁磷矿中的伴生钛铁矿,结晶程度较好、粒度较粗大。根据其矿石性质、选矿规模、设备投资、选矿成本以及环境保护等因素,确定采用重-磁选工艺综合回收该矿中的钛铁矿。工艺路线为:螺旋溜槽抛尾→摇床粗选→钛铁粗精矿→磨矿[磨矿细度为<0.074mm(-200目)含量25%~40%]→摇床精选→中强磁精选→钛铁精矿。

工业生产流程考查指标为:入选品位TiO2 7.02%、磨矿细度<0.074mm(-200目)含量39.65%,高品位精矿产率2.94%、品位TiO2 43.41%、回收率18.18%;低品位精矿产率9.97%、品位TiO2 23.61%、回收率33.53%,流程考查的数质量流程见图2。

图2  钛回收生产数质量流程

该选矿工艺流程及设备简单、动力消耗少,综合回收利用有很好的经济效益,符合国家矿产资源利用和发展循环经济的政策。

四、钴的综合回收

丰宁招兵沟磷铁矿中的钴,主要和硫铁矿共生在一起。黄铁矿结晶较好、粒度较粗大、可选性较好,属易选矿石。硫钴选矿的技术路线为浮选,工艺流程为一次粗选三次精选,中矿顺序返回(图3)。采用选硫化矿常规选矿药剂:硫酸、丁基黄药、2#油。

图3  钴回收生产数质量流程

该工艺工业生产流程指标为:选铁、磷、钛后的尾矿品位为Co 0.0073%、S有效0.20%,精矿品位Co 0.3691%、S有效39.31%,尾矿品位Co 0.0051%、S有效0.053%;精矿产率按Co计算0.60%、按S有效计算0.37%;Co回收率30.34%、S有效回收率72.72%。

五、结论

通过对研究成果在招兵沟铁磷矿选矿厂的实施,综合回收了国家有限的磷、钛铁、钴等资源,减少了全选厂的尾矿排放量10%以上,选矿过程无环境污染,符合我国可持续发展战略对磷矿和磷肥工业立足国内资源的要求;符合国家资源与环境及循环经济政策。

丰宁县招兵沟铁磷矿采用浮选工艺回收磷矿物,采用重—磁选工艺回收钛矿物,浮选回收钴,企业经济效益显著。对资源综合回收利用,有效扩展资源储量,发展循环经济起到了行业科技示范作用。

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