承德地区有丰富的铁磷资源，铁矿石(含磷)储量大，但品位较低，其中磷品位约2%～3%[1-3]。一般，含磷铁矿选铁后用浮选法回收其中的磷[4-6]。选铁尾矿的粒度较粗，-0.074mm仅有25%左右，而+0.25mm则占50%。由于粒度较粗使浮选设备易发生沉积问题[7, 8]。出于经济因素考虑，增加磨矿细度来提高磷的回收性能是困难的。所以，为实现磷的综合回收，需研制适合粗粒矿物分选的浮选设备[9-11]。本文优化研究了北京矿冶研究总院(BGRIMM)的自吸气浮选机，使其具备粗粒磷灰石回收的性能。优化的160m3大型自吸气浮选机开展了工业试验研究，研究表明，新浮选装备可以有效解决承德地区粗粒磷矿石回收难题。
1、试验系统
粗粒磷矿石回收的难点在于颗粒粒度粗，而精矿中+0.25mm的粗粒虽品位高，但是设备的选别性能不足。综合考虑上述问题优化了160m3JJF浮选机使其满足粗粒回收的要求。工业试验系统一台为粗选，一台为扫选，精选系统仍采用选矿厂原9台40 m3 XCF/KYF型浮选机。图1给出了试验系统的浮选流程情况。
图1 工艺流程
160m3大型自吸气浮选机进行了2个月的试验研究。试验期间，浮选给矿浆粒度组成有一定波动，其中+0.25mm颗粒约43.47%，-0.074mm颗粒约29.11%。给矿浓度35%-40%，磷品位2.29%，矿浆比重1.30t/m3，磷矿石密度2.65t/m3，给矿量约为16m3/min，粗选浮选时间约10min。图2为工业试验的现象情况。在工业试验中进行了浮选机的清水动力学测试和浮选动力学测试，论证了设备的性能。在工业试验过程中对设备进行了进一步的优化改进，使得设备在试验中能够稳定可靠运行，以实现较好的选别效果。
图2工业试验
2.结果与讨论
2.1 清水动力学测试
清水动力学性能是重要方面的设备性能[12]。对于自吸气浮选机而言，吸气量受叶轮浸没深度和叶轮转速的影响较大。工业试验期间采用排水取气法对浮选机的吸气量进行测试研究。图3反映了叶轮浸没深度和主轴转速对吸气量的影响。随着叶轮浸没深度增加，浮选机的吸气量逐渐减小。而叶轮浸没深度一样时，主轴转速越高，吸气量更大。空气分散度是评价浮选机性能的另一重要指标。如图5所示是叶轮浸没深度和主轴转速与空气分散度的关系。不难发现，空气分散度在不同测试条件下出现了一个极大值的拐点。在主轴转速99.3 rpm时，拐点出现在叶轮浸没深度350 mm处。当主轴转速108.7 rpm时，极大值的拐点出现在位置425 mm处。总体而言，浮选机的空气分散度基于在2以上，这说明大型自吸气JJF浮选机具有有优异的空气弥散效果。
图3 叶轮浸没深度和主轴转速对吸气量的影响
图4 叶轮浸没深度和主轴转速对空气分散度的影响
2.2 矿浆悬浮特性测试
磷矿物综合回收的重点是浮选机能否悬浮和粗重颗粒能否有效回收[13]。因此，本文采用深槽取样的方法来研究设备内的浮选能力。深槽取样是一种测试槽内矿浆悬浮特性的有效手段，可以实现工业浮选设备的在线测试。图5给出了深槽取样的基本方法。我们在距溢流堰以下0.5m、1.0m、1.5 m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m取8个深度，采用虹吸方法得到不同深度位置的矿浆。图6给出了大型自吸气浮选机在不同溢流堰高度的矿浆浓度变化。距溢流堰高度增加，矿浆浓度变大。在0.5 -3.5 m浓度变化仅5%，矿浆悬浮能力很好。在4.0 m以下浓度增加相对较多，符合对于160 m3浮选机的设计理念。
图5矿浆悬浮能力测试原理图
图6 160m3JJF浮选机不同溢流堰高度的矿浆浓度变化
表1列出了JJF浮选机不同溢流堰高度的筛析结果。可以发现，不同位置，相同粒级的产率差异大。例如+0.3mm颗粒在4m处产率很高，而在0.5m处仅有2.88%，反差显著。对于-0.037mm颗粒而言，在4m处产率为28.34%，而在0.5m处则高达55.03%。对表1的数据分析可以说明粗颗粒集中位于浮选机的中下部区域，而细粒级矿物的搅拌混合非常好。因此，浮选机仍有必要进一步改善对于有价粗颗粒的分选性能。
表1浮选机距溢流堰不同高度时粒度组成
2.3分选指标
工业试验期间，P2O5给矿品位2.29%，细度+0.25mm占43.37%，-0.074mm仅占29.11%。图7给出了工业试验期间分选指标。可以看出总体指标平稳，相对于精矿品位和产率，回收率的波动相对较大。对试验期间的分选指标进行统计平均，总精30.68%，扫尾1.14%，回收率47.97%，总精产率3.35%，整体而言，浮选机能达到选矿厂的要求。由于设备可以较长时间稳定运行，可以有效降低浮选流程的运行维护成本。
图7 工业试验期间班样指标变化曲线
3.结论
承德地区储有丰富的低品位铁磷资源，磷矿石的综合回收十分关键。粗粒磷矿石导致常规浮选设备沉积是存在的主要难题。本文针对粗粒磷灰石的特点，优化设计了大型自吸气浮选机，以实现了粗粒磷的有效分选。研究表明，大型浮选设备具备优异的清水动力学性能，浮选机的空气分散度基于在2以上。研究表明，该大型浮选设备具有优异的浮选动力学性能。工业试验期间，总精品位30.68%，扫尾品位1.14%，整体回收率47.97%，总精产率3.35%，上述分选本指标满足选矿厂的能够要求。大型浮选对粗粒磷灰石回收工业试验研究能够指导承德地区选铁尾矿中磷的有效回收，具有显著的经济和社会效益。
参考文献
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“粗颗粒磷矿物大型浮选机工业试验研究” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京矿冶研究总院 矿物加工科学与技术国家重点实验室、北京市高效节能矿冶技术装备工程技术研究中心
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