磷矿重介选领域磁选机的应用初探

磷矿是重要的化学原料，在国民经济中占有重要的地位。磷矿资源主要分布在磨洛哥、南非、美国、中国和俄罗斯等国家，其中，摩洛哥占第一位。摩洛哥的石品位高、杂质少，精矿杂质指数小于0.05，氧化镁含量低于0.5%，其磷矿石出口量占世界磷矿石贸易总量的35%以上。我国的磷矿资源虽然在储量上占世界第四位，但90%以上为中低品位的沉积型磷矿石。矿石中镁、铁、铝氧化物含量高，需要经过较多复杂的分选加工才能得到合格的磷精矿。据统计，我国现探明磷矿储量151.98亿t，P2O5含量大于30%的富矿仅为11.2亿t，占探明储量的7%；P2O5为26%以下的中低品位磷矿约占90%，其中低于18%的中低品位磷矿约占总储量的一半。磷矿作为我国的稀缺矿种，近年来，国家加大了对该资源开发的整合力度。

我国高品位磷矿石主要分布在云南、贵州和湖北，约占全国高位磷矿石的89%。如果选择性地开采这部分富矿，将会导致大量贫矿矿体的永久性破坏。数年前，我国不少企业在采矿中存在弃贫采富、资源利用率低的现象，在使用上存在着高矿低用的问题。照此下去，富矿将在20年左右逐渐枯竭，磷矿的资源面临贫化，2000年国土资源部已将磷矿列为2010年后不能满足我国国民经济发展需求的20个矿种之一。因此，深入开展对中低品位磷矿分选技术的研究，对不同矿源的中低品位磷矿进行选矿技术试验开发，不仅能为磷化工工业提供优质的磷精矿，而且还能大幅提高磷矿资源利用率，实现磷矿资源的最大化利用。

长期以来，中低品位硅—钙质型磷矿石是国内外公认的难选矿石。在世界磷矿选矿实践中，这类矿石的选矿方法主要有三种：即重选、浮选和焙烧。上世纪八、九十年代，各国（美国、法国、中国等）对这类磷矿石的分选方法进行了大量研究工作。在国外，由于近期内尚不缺乏富矿、易选矿和风化矿山资源，所以对难选的中低品位磷矿分选方法的研究缺乏深度和广度，受技术和经济效益的制约尚无工业应用。

上世纪70年代以来，国内对中低品位磷矿的分选主要采用单一的浮选法。1985年，原化工部组织了比较系统和全面的磷矿选矿技术研究，研究的内容涉及光电选矿、化学选矿、浮选和重介质选矿。光电选矿和化学选矿流程比较复杂，产率低，浮选要求磨矿细、药剂用量大，故上述三种选矿方法的综合经济效果均不理想。

有鉴于此，为寻找更好的中低品位磷矿加工利用途径，国家开展了中低品位磷矿重介选工艺的研究。1986年，“宜昌磷矿重介质选矿联合流程试验研究”列为“七五”攻关项目，开始探索重介质选矿联合工艺，并于1990年在花果树矿建成一座磷矿重介选矿厂。但由于当时国内耐磨技术和重介质分选技术尚不成熟，选矿厂的运行效果不理想。而在选煤领域，煤炭科学研究总院唐山研究院在重介质选煤技术及耐磨技术的研究和应用领域已达到国际领先水平，将该技术移植到磷矿选矿业的条件已经成熟，目前所开发的磷矿重介质分选工艺和装备已经在多家选矿厂成功应用。

在磷矿重介选工艺中，进入磁选机的矿物密度>4×10(3)kg/m3，而在重介质选煤工艺中磁选机的入料密度上限为2×10(3)kg/m3。显然，将传统煤用磁选机用于磷矿分选领域，高密度的物料由于自重等原因沉降过快将堆积在磁选机内造成堵塞，必将导致磁选机不能正常工作，进而影响整个重介选工艺的可靠性。因此，必须设计专用磁选机，以满足高密度非金属矿物重介选工艺的要求。

在磷矿重介选工艺中进入旋流器的合格重介质悬浮液密度多在2.0kg/L以上，而在选煤工艺中其密度多在1.6kg/L以下。工业应用的实践表明，进入磁选机的磷矿浆质量浓度在40%以上（而在选煤领域，该指标在25%左右）。磷矿选矿工艺的要求使得磁选机的处理能力需要提高80%以上。

1、适应高密度矿浆入料

在重介质选煤工艺中广泛应用的湿式筒式磁选机是用于重介质回收的关键设备。该种磁选机适用的入料密度上限为2×10(3)kg/m3。在磷矿重介选工艺中，进入磁选的矿物密度大于4×10(3)kg/m3。显然，机械照搬传统煤用磁选机是行不通的。因此，必须设计专用磁选机，以满足高密度矿物重介选工艺的要求。

矿浆在磁选机内流动和分选的过程是一个复杂的固液两相流问题。若不考虑强磁性矿物在整个过程中的吸引、输送、脱水问题，则该问题可简化为磷矿矿浆在具有自由液面边界条件下的类似明渠两相流输送问题。在选矿工程中，带有自由边界的流动是极为普遍的。对于不可压缩液体的流动，在无压流的前提下都具有自由表面。例如明渠水流、矿浆和筛机和磁选机内的流动等。工程中，自由表而实际上是流动的水体和在水体之上的空气介质的交界面，空气介质对流动水体的压力通常是一个常数。在流体力学的研究领域中，含自由液面的流动问题是流体力学中的一个难点和热点。

2、适应高浓度矿浆入料

用于分选高密度的非磁性磷矿石的主选设备是无压给料三产品重介旋流器，其结构和工况与选煤用无压给料三产品重介质旋流器有很大不同。在选煤工艺中进入三产品重介旋流器的重介质悬浮液密度多在1.6kg/L以下，而在磷矿分选工艺中进入旋流器的重介质悬浮液密度多在2.0kg/L以上。这就导致进入磁选机的矿浆质量浓度在40%以上（而选煤领域中，该指标在25%左右）。以上特点要求处理磷矿的磁选机其处理能力需提高80%以上。

3、应用与展望

TDC1030P型磷矿专用磁选机已在国内多家选矿厂投入生产，取得了良好的效果。基于VOF方法的专利技术不仅解决了高密度矿浆在磁选机槽体内堵塞的难题，同时大大提高了磁选机处理能力。

适应高密度矿浆入料的大处理能力重介选工艺用磁选机在国际上都是新生事物，设计经验和工程实践也比较欠缺，但其必将随着国内磷矿重介选工程实践而不断进步，在发展中解决其不足之处。

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