磷矿粉化学浸提法脱镁工艺研究

陈彬，吴有丽，项双龙，廖吉星

（贵州开磷集团股份有限公司，贵州贵阳551109）

摘要：以贵州开阳磷矿粉为原料，研究了磷矿粉化学浸提法脱镁工艺。通过正交试验及极差分析获得磷矿粉脱镁最佳工艺条件：脱镁剂硫酸溶液浓度为2．O mol/L，pH为1.0~2.0，反应时间为3.0 h，反应温度为45℃，液固比为3.0:1，同时得到脱镁后磷矿粉的镁磷比数学模型为y= 15 570 522 604. 536×T-5.296[pH] 7.540×r-2…×G-1.370×c-0.683  +1. 475。在最佳工艺条件下，磷矿浆Mg0脱除率为89. 2%，P2 05损失率为2.8%，镁磷比为0.86%，达到HC/T 2673 -1995湿法磷酸用矿优等品Ⅱ类标准。采用脱镁后磷矿粉模拟生产重过磷酸钙，所得产品质量达到HG 2219-1991优等品标准。磷矿粉脱镁液经NH4 HC03溶液处理后可得到MgNH4 P04.  6H20肥料副产物。

关键词：磷矿粉；化学浸提法；脱镁工艺；脱镁液

    磷矿伴生有害杂质中镁对湿法磷酸及磷复肥的生产危害尤为明显，当磷矿中镁质量分数过高，将影响磷酸钙晶体成长和转化过程，降低磷酸萃取槽生产能力，增加磷酸黏度，增加磷酸浓缩过程阻力等。同时，在磷铵生产中生成难溶的MgNH4P04，降低产品水溶磷和有效磷含量，在重过磷酸钙生产中降低磷矿转化率，产品易吸湿结块。

    磷矿中镁质量分数已成为湿法磷酸生产中评价磷矿质量的主要指标之一。贵州开阳磷矿资源虽然品位较高，可不经选矿即可用于磷肥等生产，但伴随其中的镁质量分数亦明显偏高，给实际生产过程带来诸多不利影响。目前，磷矿脱镁方法主要有擦洗脱泥法、磁选法、重介质分选法、光电拣选法、高温煅烧法、浮选法及化学浸提法。其中化学浸提法操作简单，除杂效率高，但当前所报道的磷矿化学浸提法脱镁工艺Mg0脱除率较低，P205损失率较高，脱镁液无法有效处理，由于各自的缺陷都难于满足工业生产要求，因此，研究磷矿浆化学浸提法脱镁新工艺尤为重要。

1  实验原理

天然磷矿石分为磷灰石和磷块岩2类，其主要成份均为氟磷酸钙[Ca5F(P04)3]，磷矿中镁基本都以白云石( CaCO，．MgC03)形式存在。利用弱硫酸介质下CaCO，和MgC03的反应活性远大于氟磷酸钙的特性，使H+通过磷矿颗粒微细孔隙渗透至白云石微粒表面参加反应，以达到分解CaCO，．MgC03及脱除Mg2+的目的。同时，稀酸中的H+还会和Fe20，及Al2 03反应，其反应如下：

  氟磷酸钙在稀酸脱镁过程中也会有少量分解，其反应如下：

2实验部分

2.1实验原料

  磷矿粉（贵州开阳磷矿生产），其主要化学组成如表1所示；硫酸，质量分数为98%，成都市科龙化工试剂厂生产；蒸馏水。

2.2工艺流程

  磷矿粉化学浸提法脱镁工艺流程如图1所示。一定液固比的磷矿浆在一定温度及搅拌强度下，逐滴滴加脱镁剂稀硫酸溶液，控制料浆pH，反应一定时间，反应结束后过滤，固相经洗涤干燥后得脱镁后磷矿粉，脱镁后磷矿粉用作重过磷酸钙生产原料。过滤和洗涤后液相可循环使用调配磷矿浆原料液固比，当过滤和洗涤液相中镁和磷富集一定程度后，以NaOH溶液处理生产副产物MgHP04·3H20优质化肥。

2.3分析方法

  磷矿粉及脱镁液中P2 05质量分数采用磷钼酸喹啉质量法( GB/T 1871. 1-1995)进行测定；Mg0质量分数采用EDTA容量法(GB/T  1871.  1-1995)进行测定。

3结果与讨论

3.1正交试验设计

  本实验中，主要探讨反应温度、pH、反应时间、液固比及脱镁剂稀硫酸溶液浓度对磷矿粉脱镁效果的影响，设计五因素四水平正交试验表L16 (45)，以确定磷矿粉最佳脱镁工艺条件。正交试验因素水平如表2所示。

    实验中测定的指标为脱镁后磷矿粉w( Mg0)／W( P205)值。

3.2正交试验结果与讨论

根据五因素四水平正交试验表L16 (45)，进行磷矿粉脱镁试验，正交试验结果如表3所示。

为获得最优化工艺条件，对表3实验结果进行极差分析及方差分析，结果如表4及表5所示。

    由极差分析及方差分析结果可知：影响磷矿粉脱镁效果的各因素顺序为：B>C>A>E>D。即因素B和C的水平变化对指标的影响最大，显著性强，因素D对指标的影响最小，显著性弱。因此，最佳磷矿粉脱镁工艺条件为A2BIC4D4El，即反应温度为45℃，pH为1.0~2.0，反应时间为3.0 h，液固比为3. 0:1及脱镁剂浓度为2.0 mol/L。按照上述工艺条件进行磷矿粉脱镁实验，脱镁后磷矿粉w( MgO)/w(P205)为0.86%，磷矿浆Mg0脱除率为89. 2%，P205损失率为2.8%，脱镁效果甚好。

贵州开阳磷矿粉脱镁效果的数学模型描述为：

式中，y为脱镁后贵州开阳磷矿粉镁磷比，%；r为反应温度，K；pH为反应料浆pH；丁为反应时间，h；G为反应料浆液固比；c为脱镁剂硫酸溶液浓度，mol/L；o，6，c，d，e,f，g为待定常数。

根据正交试验结果，经拟合得到的数学模型为：

    该数学模型相关系数R =0. 86。

3.3重过磷酸钙的制备

利用脱镁前后的磷矿粉模拟生产重过磷酸钙，生产工艺条件为：湿法磷酸w( P205)≥45. 5%，w（含固）≤5 010，酸温≥75cc，酸矿比为2.5:1，熟化时间为14 d，熟化后造粒、干燥、筛分、冷却及包装得产品。对比分析产品质量，结果如表6所示。结果表明，脱镁后磷矿粉用以生产重过磷酸钙，质量远优于脱镁前磷矿粉生产的重过磷酸钙，产品质量达到HG 2219-1991优等品标准。

3.4磷矿粉脱镁液的处理

    在最佳工艺条件下进行磷矿粉脱镁反应，反应结束后料浆过滤，脱镁滤液成分分析结果发现，脱镁液中P2 05质量分数为0.31%，Mg0质量分数为0. 99%，具有一定的回收利用价值。研究发现，以NH。HC03溶液调节脱镁液pH为5.5~5.7，反应温度为25℃，反应时间为30 min，搅拌转速为150 r/min，此后陈化处理120 min，制得MgNH4P04 -6H20肥料副产物，脱镁液中P205回收率达96%以上。

4结论

以贵州开阳磷矿粉为原料，研究了磷矿粉化学浸提法脱镁工艺，获得磷矿粉脱镁最佳工艺条件为：脱镁剂硫酸溶液浓度为2.0  mol/L，pH为1.0~2.0，反应时间为3.0 h，反应温度为45℃，液固比为3. 0:1，同时得到脱镁后磷矿粉的镁磷比数学模型为

最佳工艺条件下，磷矿浆Mg0脱除率为89. 2%，P2 05损失率为2. 8%，镁磷比为0.86%。相较于当前工业应用较为广泛的浮选法脱镁工艺，硫酸化学浸提法脱镁工艺可避免浮选设备的巨大投资、化学药剂的大量使用及其对环境造成的严重破坏。同时扩大了集团公司使用磷矿的范围，减少了资源对企业发展的制约，该研究为中低品位磷矿特别是高镁磷矿的综合利用及规模化生产提供了理论依据。采用脱镁后磷矿粉模拟生产重过磷酸钙，所得产品质量达到HG2219-1991优等品标准。此外，脱镁液经处理后制得的副产物MgNH4P04 -6H20优质化肥具有潜在的经济价值。