磷礦重介選領(lǐng)域磁選機(jī)的應(yīng)用初探

磷礦是重要的化學(xué)原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。磷礦資源主要分布在磨洛哥、南非、美國(guó)、中國(guó)和俄羅斯等國(guó)家，其中，摩洛哥占第一位。摩洛哥的石品位高、雜質(zhì)少，精礦雜質(zhì)指數(shù)小于0.05，氧化鎂含量低于0.5%，其磷礦石出口量占世界磷礦石貿(mào)易總量的35%以上。我國(guó)的磷礦資源雖然在儲(chǔ)量上占世界第四位，但90%以上為中低品位的沉積型磷礦石。礦石中鎂、鐵、鋁氧化物含量高，需要經(jīng)過(guò)較多復(fù)雜的分選加工才能得到合格的磷精礦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)探明磷礦儲(chǔ)量151.98億t，P2O5含量大于30%的富礦僅為11.2億t，占探明儲(chǔ)量的7%；P2O5為26%以下的中低品位磷礦約占90%，其中低于18%的中低品位磷礦約占總儲(chǔ)量的一半。磷礦作為我國(guó)的稀缺礦種，近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)該資源開(kāi)發(fā)的整合力度。

我國(guó)高品位磷礦石主要分布在云南、貴州和湖北，約占全國(guó)高位磷礦石的89%。如果選擇性地開(kāi)采這部分富礦，將會(huì)導(dǎo)致大量貧礦礦體的永久性破壞。數(shù)年前，我國(guó)不少企業(yè)在采礦中存在棄貧采富、資源利用率低的現(xiàn)象，在使用上存在著高礦低用的問(wèn)題。照此下去，富礦將在20年左右逐漸枯竭，磷礦的資源面臨貧化，2000年國(guó)土資源部已將磷礦列為2010年后不能滿(mǎn)足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的20個(gè)礦種之一。因此，深入開(kāi)展對(duì)中低品位磷礦分選技術(shù)的研究，對(duì)不同礦源的中低品位磷礦進(jìn)行選礦技術(shù)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)，不僅能為磷化工工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的磷精礦，而且還能大幅提高磷礦資源利用率，實(shí)現(xiàn)磷礦資源的最大化利用。

長(zhǎng)期以來(lái)，中低品位硅—鈣質(zhì)型磷礦石是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的難選礦石。在世界磷礦選礦實(shí)踐中，這類(lèi)礦石的選礦方法主要有三種：即重選、浮選和焙燒。上世紀(jì)八、九十年代，各國(guó)（美國(guó)、法國(guó)、中國(guó)等）對(duì)這類(lèi)磷礦石的分選方法進(jìn)行了大量研究工作。在國(guó)外，由于近期內(nèi)尚不缺乏富礦、易選礦和風(fēng)化礦山資源，所以對(duì)難選的中低品位磷礦分選方法的研究缺乏深度和廣度，受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的制約尚無(wú)工業(yè)應(yīng)用。

上世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)中低品位磷礦的分選主要采用單一的浮選法。1985年，原化工部組織了比較系統(tǒng)和全面的磷礦選礦技術(shù)研究，研究的內(nèi)容涉及光電選礦、化學(xué)選礦、浮選和重介質(zhì)選礦。光電選礦和化學(xué)選礦流程比較復(fù)雜，產(chǎn)率低，浮選要求磨礦細(xì)、藥劑用量大，故上述三種選礦方法的綜合經(jīng)濟(jì)效果均不理想。

有鑒于此，為尋找更好的中低品位磷礦加工利用途徑，國(guó)家開(kāi)展了中低品位磷礦重介選工藝的研究。1986年，“宜昌磷礦重介質(zhì)選礦聯(lián)合流程試驗(yàn)研究”列為“七五”攻關(guān)項(xiàng)目，開(kāi)始探索重介質(zhì)選礦聯(lián)合工藝，并于1990年在花果樹(shù)礦建成一座磷礦重介選礦廠(chǎng)。但由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)耐磨技術(shù)和重介質(zhì)分選技術(shù)尚不成熟，選礦廠(chǎng)的運(yùn)行效果不理想。而在選煤領(lǐng)域，煤炭科學(xué)研究總院唐山研究院在重介質(zhì)選煤技術(shù)及耐磨技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，將該技術(shù)移植到磷礦選礦業(yè)的條件已經(jīng)成熟，目前所開(kāi)發(fā)的磷礦重介質(zhì)分選工藝和裝備已經(jīng)在多家選礦廠(chǎng)成功應(yīng)用。

在磷礦重介選工藝中，進(jìn)入磁選機(jī)的礦物密度>4×10(3)kg/m3，而在重介質(zhì)選煤工藝中磁選機(jī)的入料密度上限為2×10(3)kg/m3。顯然，將傳統(tǒng)煤用磁選機(jī)用于磷礦分選領(lǐng)域，高密度的物料由于自重等原因沉降過(guò)快將堆積在磁選機(jī)內(nèi)造成堵塞，必將導(dǎo)致磁選機(jī)不能正常工作，進(jìn)而影響整個(gè)重介選工藝的可靠性。因此，必須設(shè)計(jì)專(zhuān)用磁選機(jī)，以滿(mǎn)足高密度非金屬礦物重介選工藝的要求。

在磷礦重介選工藝中進(jìn)入旋流器的合格重介質(zhì)懸浮液密度多在2.0kg/L以上，而在選煤工藝中其密度多在1.6kg/L以下。工業(yè)應(yīng)用的實(shí)踐表明，進(jìn)入磁選機(jī)的磷礦漿質(zhì)量濃度在40%以上（而在選煤領(lǐng)域，該指標(biāo)在25%左右）。磷礦選礦工藝的要求使得磁選機(jī)的處理能力需要提高80%以上。

1、適應(yīng)高密度礦漿入料

在重介質(zhì)選煤工藝中廣泛應(yīng)用的濕式筒式磁選機(jī)是用于重介質(zhì)回收的關(guān)鍵設(shè)備。該種磁選機(jī)適用的入料密度上限為2×10(3)kg/m3。在磷礦重介選工藝中，進(jìn)入磁選的礦物密度大于4×10(3)kg/m3。顯然，機(jī)械照搬傳統(tǒng)煤用磁選機(jī)是行不通的。因此，必須設(shè)計(jì)專(zhuān)用磁選機(jī)，以滿(mǎn)足高密度礦物重介選工藝的要求。

礦漿在磁選機(jī)內(nèi)流動(dòng)和分選的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的固液兩相流問(wèn)題。若不考慮強(qiáng)磁性礦物在整個(gè)過(guò)程中的吸引、輸送、脫水問(wèn)題，則該問(wèn)題可簡(jiǎn)化為磷礦礦漿在具有自由液面邊界條件下的類(lèi)似明渠兩相流輸送問(wèn)題。在選礦工程中，帶有自由邊界的流動(dòng)是極為普遍的。對(duì)于不可壓縮液體的流動(dòng)，在無(wú)壓流的前提下都具有自由表面。例如明渠水流、礦漿和篩機(jī)和磁選機(jī)內(nèi)的流動(dòng)等。工程中，自由表而實(shí)際上是流動(dòng)的水體和在水體之上的空氣介質(zhì)的交界面，空氣介質(zhì)對(duì)流動(dòng)水體的壓力通常是一個(gè)常數(shù)。在流體力學(xué)的研究領(lǐng)域中，含自由液面的流動(dòng)問(wèn)題是流體力學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

2、適應(yīng)高濃度礦漿入料

用于分選高密度的非磁性磷礦石的主選設(shè)備是無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介旋流器，其結(jié)構(gòu)和工況與選煤用無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器有很大不同。在選煤工藝中進(jìn)入三產(chǎn)品重介旋流器的重介質(zhì)懸浮液密度多在1.6kg/L以下，而在磷礦分選工藝中進(jìn)入旋流器的重介質(zhì)懸浮液密度多在2.0kg/L以上。這就導(dǎo)致進(jìn)入磁選機(jī)的礦漿質(zhì)量濃度在40%以上（而選煤領(lǐng)域中，該指標(biāo)在25%左右）。以上特點(diǎn)要求處理磷礦的磁選機(jī)其處理能力需提高80%以上。

3、應(yīng)用與展望

TDC1030P型磷礦專(zhuān)用磁選機(jī)已在國(guó)內(nèi)多家選礦廠(chǎng)投入生產(chǎn)，取得了良好的效果?；赩OF方法的專(zhuān)利技術(shù)不僅解決了高密度礦漿在磁選機(jī)槽體內(nèi)堵塞的難題，同時(shí)大大提高了磁選機(jī)處理能力。

適應(yīng)高密度礦漿入料的大處理能力重介選工藝用磁選機(jī)在國(guó)際上都是新生事物，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐也比較欠缺，但其必將隨著國(guó)內(nèi)磷礦重介選工程實(shí)踐而不斷進(jìn)步，在發(fā)展中解決其不足之處。

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