选矿废水回用对磷矿浮选的影响研究  

选矿废水回用对磷矿浮选的影响研究  

李鹏飞  杨帆  王政豪  李自强  徐发伟

云南磷化集团有限公司昆阳磷矿

摘要：磷矿是重要的非金属矿产资源，其浮选过程中产生的废水回用对环境保护和资源节约具有重要意义。本文旨在研究选矿废水回用对磷矿浮选的影响。

关键词：磷矿；浮选；选矿废水；回用

伴随着环境保护意识的不断增强以及资源节约型社会的构建，选矿废水的回收利用技术受到了广泛的关注，磷矿浮选作为一种常见的磷矿的提纯方式，它的效率和效果会直接影响到磷矿的综合利用率和产品的品质，所以研究选矿废水的回收利用意义重大。现在研究的方向主要集中在选矿废水的处理和排放标准上，而关于废水回用对浮选影响的研究相对较少。废水中的各种离子成分，尤其是钙、镁等离子，可能会与磷矿浮选过程中的药剂发生反应，影响浮选效果。废水中的悬浮物和有机物含量也可能对浮选过程产生影响，探究这些因素如何影响磷矿浮选过程，对于提高磷矿选矿效率、降低环境污染具有重要的理论和实践价值。

一、磷矿浮选技术概述

（一）磷矿资源概述

磷矿是是一种非常重要的化学原料，它广泛的应用于农业、工业和食品行业，磷矿资源主要包括磷灰石、磷脂页岩和磷块岩等等。在全球的范围内，磷矿资源分布十分的广泛，但是缺点是质量和开采成本差异较大。由于磷矿石中常伴随有多种杂质如铁、铝、镁等，因此，提纯过程对技术要求较高。近年来，随着磷矿资源的不断开发，磷矿石的品位逐渐降低，使得选矿工艺的重要性愈加凸显。

（二）磷矿浮选工艺流程

磷矿的浮选工作是一种利用矿物表面性质的差异通过加入一些特定的药剂是的有价矿物与无价矿物分离的方法。磷矿浮选工艺通常包括破碎、磨矿、分级、浮选和浓缩几个阶段。首先，将原矿经过破碎和磨矿处理，使矿物达到合适的粒度。然后，通过分级去除过细颗粒，提高浮选效率。接下来，在浮选过程中加入药剂，使磷矿颗粒表面产生选择性吸附，从而实现与其他杂质的分离。最后，通过浓缩和干燥步骤得到高品位的磷精矿【1】。

图1 利用磷矿反浮选尾矿浆处理磷化工酸水

（三）磷矿浮选常用药剂介绍

磷矿浮选过程中常用的药剂包括捕收剂、起泡剂和调整剂。捕收剂的作用是使磷矿颗粒表面产生选择性吸附，常用的捕收剂有脂肪酸、脂肪酸酯等。脂肪酸类捕收剂对低品位磷矿有较好的浮选效果，但对浮选环境pH值较敏感。起泡剂则用于生成稳定的泡沫，以便于磷矿颗粒的上浮，常用的起泡剂包括松香油、松节油等。调整剂的作用是调整矿浆的pH值和离子浓度，改善浮选条件，常用的调整剂有石灰、硫酸等。此外，还会根据具体矿石特性和工艺要求，选择适合的抑制剂和活化剂，以优化浮选效果。

二、选矿废水特性分析

（一）选矿废水成分

选矿废水主要的来源于矿物的浮选、洗选和脱水，它的主要成份包括悬浮固体、溶解的无机物和有机物等。悬浮固体主要是由一些未反应的矿物颗粒和浮选泡沫组成，而溶解性无机物则包括很多种金属离子和非金属离子，比如说钙、镁、硫酸根等。有机物主要来自于浮选过程中使用的各类药剂，如捕收剂、起泡剂等。这些废水成分的种类和浓度直接影响着其对环境的危害程度及处理难度。

（二）选矿废水中有害离子的影响

选矿废水中的有害离子对环境和人体健康具有潜在的负面影响。例如，高浓度的钙、镁离子会导致水体硬化，影响水质，并可能对水生生物造成压力。铁、铜等重金属离子的存在可能导致水体污染，对生态系统产生毒性效应。此外，某些金属离子如铅、镉等还具有潜在的致癌风险。因此，对选矿废水中有害离子的监测和控制是环境保护的重要环节。

（三）废水中悬浮物和有机物含量分析

废水中的悬浮物主要由矿物颗粒、未反应的药剂和浮选泡沫组成，这些悬浮物在水中的分散会造成水体浑浊，影响水体的透明度和美观，同时也会对水生生物的生长造成不利影响。有机物的存在则主要来自于浮选过程中使用的药剂，如脂肪酸类捕收剂和松香油类起泡剂。这些有机物在水体中的积累可能导致水质恶化，诱发藻类等微生物的大量繁殖，引起水华等环境问题【2】。同时，某些有机物在微生物作用下可能产生有毒有害的降解产物，对水体生态安全构成威胁。

三、选矿废水回用对磷矿浮选的影响

（一）理论分析

1.废水中有害离子对浮选药剂的影响

选矿废水中的有害离子，如钙、镁离子等，可能会与浮选过程中使用的药剂发生复杂的化学反应。这些反应可能导致药剂的活性降低或产生新的化合物，从而影响浮选效果。例如，高浓度的钙和镁离子可能与脂肪酸类捕收剂反应形成不溶性的脂肪酸盐，降低药剂的有效浓度，进而影响磷矿的浮选效率。此外，这些离子还可能改变矿浆的pH值和电解质平衡，进一步影响浮选过程。

2.悬浮物和有机物对浮选效果的影响

废水中的悬浮物和有机物也会对磷矿的浮选过程产生影响。悬浮物可能会增加矿浆的浑浊度，干扰矿物的浮选分离，降低浮选精度和效率。有机物，尤其是浮选过程中残留的药剂，可能会在矿物表面形成覆盖层，影响矿物与新加入药剂的作用，从而降低浮选的选择性和回收率。因此，对废水中的悬浮物和有机物进行有效控制和处理，对提高浮选效果至关重要。

（二）实验研究

1.实验设计

本实验旨在探究选矿废水回用对磷矿浮选的具体影响。实验选取不同成分和浓度的选矿废水作为研究对象，通过设置对照组（使用新鲜水）和实验组（使用不同废水）来比较浮选效果的差异。主要考察指标包括浮选速率、精矿品位和回收率等。实验中还将调整废水中的离子浓度、悬浮物含量以及pH值等，以模拟不同的废水回用条件。

2.实验结果与分析

实验结果显示，使用含有高浓度有害离子的废水进行浮选时，磷矿的回收率和品位均低于使用新鲜水的对照组。特别是当废水中钙、镁离子浓度较高时，其对浮选效果的负面影响更为显著、废水中悬浮物和有机物的存在也对浮选效果产生了不利影响，尤其是对浮选速率和精矿品位的降低更为明显。这些实验结果表明，选矿废水中的有害成分对磷矿浮选过程具有显著影响，需要通过适当的预处理和工艺调整来减少这些负面影响。

四、选矿废水回用的优化措施

（一）废水预处理技术

为了有效地回用选矿废水，首先需要对废水进行预处理，以去除或减少有害成分的含量。预处理技术主要包括物理法、化学法和生物法等。主要通过物理手段来去除废水中的悬浮固体和部分有机物。常用的物理处理方法包括沉淀、过滤、离心等。例如，使用沉淀池可以让废水中的大颗粒固体沉降下来，而过滤则能去除更细小的悬浮颗粒。在更为精细的处理中，微滤或超滤技术能有效地去除悬浮物和某些大分子有机物，这些方法的优势在于可以针对性地去除特定大小的颗粒，从而提高废水的处理效果。化学法则是使用化学药剂对废水进行处理，主要针对废水中的溶解性物质。这类方法包括化学沉淀、中和和氧化还原等。例如，通过加入石灰乳进行中和作用，可以调节废水的pH值助于去除某些溶解性重金属离子。使用硫酸铝等絮凝剂可以使废水中的悬浮物和部分有机物凝聚成较大的颗粒，然后通过沉淀或过滤去除。化学法的优点是处理速度快，去除效率高，但可能会产生二次污染，因此需要妥善处理化学处理的副产品【3】。生物法利用微生物的代谢活动去除或转化废水中的有机物和部分无机物。这种方法主要包括活性污泥法、生物膜法等。微生物能够利用废水中的有机物作为营养源，通过其生长繁殖过程中的代谢作用来降解这些有机物。生物法对某些难以通过物理或化学方法去除的有机污染物特别有效。此外，某些微生物还能将废水中的无机物转化成无害或可回收的形式。生物法的优点在于环境友好、运行成本相对较低，但其处理效率易受到水质和环境因素的影响，且处理时间相对较长。

（二）浮选药剂的选择与调整

在选矿废水回用过程中，合理选择和调整浮选药剂对提高浮选效率至关重要。由于废水的化学性质可能与磷矿的浮选过程发生复杂的相互作用，因此，根据废水的特性和磷矿的性质来选择合适的捕收剂、起泡剂和调整剂是提升浮选效率的关键。捕收剂的选择应考虑废水中特定离子的影响。在含有高浓度钙、镁等离子的废水中，传统的捕收剂可能会失效【4】。因此，选择具有较强耐离子干扰能力的捕收剂，或者通过化学修饰提高捕收剂的选择性和稳定性，将有助于提高浮选效率。例如，可以选择特定的脂肪酸类捕收剂，这类捕收剂在特定pH值和离子浓度下具有较好的性能，起泡剂的选择和调整也至关重要。废水中的某些有机物质或悬浮固体可能会抑制泡沫的生成或稳定性，从而影响浮选效果。选择适应性强、能生成稳定泡沫的起泡剂的相互作用。剂的应用也不容忽视。适当使用调整剂以维持矿浆的pH值和离子强度，对于改善浮选条件至关重要。pH值的调整不仅影响矿物的表面特性，也影响药剂的性能。例如，通过加入石灰或硫酸调节pH值，以适应不同废水条件下的浮选过程。此外，还可以考虑使用其他调整剂，如磷酸盐或硅酸盐，以调节矿浆的化学环境，提高浮选过程的选择性和效率。

（三）综合利用与循环利用策略

除了对废水进行预处理和调整浮选药剂外，还应探索废水的综合利用和循环利用策略，以实现资源的最大化利用和环境影响的最小化。将废水中的某些有价成分回收利用，例如从废水中回收重金属或稀有金属，不仅可以减少废水处理成本，还可以获得经济效益。建立废水循环利用系统，通过连续循环使用废水，减少新鲜水的使用量和废水排放量。需要结合废水处理技术和浮选工艺的特点，设计合理的循环利用方案。

结语

总体来说，本文的研究不仅为磷矿选矿废水的回用提供了科学的理论支持和实践指导，而且对于推动矿业的环境友好型发展和资源的可持续利用具有重要的意义。在未来的工作中，还需进一步深化对选矿废水处理技术的研究，并在实际生产中不断优化和改进，以期达到更加理想的环保和经济效益。

参考文献

[1]杨玮,曹欢,张凯,等.新疆某铜锌矿选矿废水回用对浮选指标的影响研究[J].有色金属工程, 2019, 9(12):8.

[2]王海涛.分析磷矿选矿废水处理与回用技术[J].中国化工贸易, 2020.67.

[3]陆红羽,刘润清,朱阳戈,等.风化钨矿选矿废水回用对钨浮选影响研究[J].有色金属:选矿部分, 2021.DOI:10.

[4]何新建,傅克文,孙立田,等.胶磷矿选矿废水净化处理与回用的工业应用研究[J].化工矿物与加工, 2016, 45(4):3.