中小磷肥厂降低高镁磷矿矿浆含水率的研究

汪志涛 李茜

摘要：普通过磷酸钙（简称磷肥）的国家标准中规定一级品的水分小于15%。但由于每种磷矿的成因、化学组成及物理性质的不同，采用湿法工艺时，高镁磷矿矿浆的流动“起点水分”往往偏高，导致磷肥成品水分随之超标。本文通过对高镁磷矿的物理性质测定和对比多种消除镁元素干扰方法，提出采用稀硫酸替代纯水进入磨浆工艺，从而达到降低矿浆含水率的目的。

关键词：磷肥厂；高镁磷矿；降低；矿浆；含水率

中图分类号： P575-18 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.13.049

1磷矿概述

由于每种磷矿的成因、化学组成及物理性质的不同，当采用湿法工艺时，会导致生产出的普钙产品水分，超过国家规定中一级品水分小于15%的标准。影响普钙含水率主要来自磨浆工序。要使磷矿在磨浆、输送过程中有一定的流动性，就必须加入适量的水分形成矿浆，达到让矿浆具有流动性的“起点水分”。

随着磷矿资源的不断消耗，目前可以直接利用的优质磷矿已濒临枯竭。虽然我国磷矿资源较丰富，但大多为难选的胶磷矿，属于高镁亲水性的矿质，因而矿浆的流动“起点水分”往往偏高，一般矿浆水分达到 30%左右才能获得一定的流动性。生产表明，使普钙产品水分小于15%，应保持矿浆水分在27%以下，显然这在高镁磷矿生产中是很难办到的。

2高镁磷矿物理性质测定

选取是某地磷肥厂所使用的磷矿矿粉，磷矿石经过破碎机、球磨机粉碎后成为矿浆，从矿浆中取回样本，经烘箱烘干后进行测定。

2.1磷矿各成分含量测定

磷矿样品P2O5为23.54%，CaO为37.90%，MgO为3.89%，Fe2O3为1.32%，A12O3为0.97%，从样品成分可以看出镁元素的含量非常高，远高于铁、铝元素，已经属于高镁磷矿的范畴。

2.2矿浆含水率与粘度的关系测定

从图1可以看出，折线为磷矿矿浆含水率和粘度相关曲线，曲线为多项式回归分析曲线，30%的含水率作为水分起点是比较合适的，2000mpa.s左右的粘度矿浆流动性较好，能实现自流动，符合生产实际，但导致矿浆含水率偏离湿法磷肥生产指标。

2.3矿浆含水率与pH的关系测定

在27%、28%、29%、30%含水率下，矿浆pH值为7.29、7.18、7.14、7.13，都呈现出一定的弱碱性，容易产生氢氧根金属胶体，必须降低矿浆的碱性。

3磷矿中镁元素对磷肥生产的危害

高镁磷矿本身含有大量的杂质，主要成分为石英、粘土、方解石、白云石以及少量的有机组分。绝大部分的镁杂质以白云石（MgCO3·CaCO3）的形式存在，如果磷矿中的 w（Mg）超过 1%，将对磷矿的湿法加工会带来一系列极为不利的影响。

在磨浆阶段，磷矿中含有碳酸盐、含水硅酸盐及天然氢氧化物等，在进行磨浆时与水作用的结果使矿浆体系呈弱碱性，磷矿中MgCO3在磨浆的过程中有生成Mg（OH）2胶体的倾向。随着磨浆的时间增加，磷矿颗粒的变小，这种倾向加强。由于胶体的形成，使颗粒间相互作用加大，矿浆粘度增大，矿浆的流动性变小。

在化成阶段，由于磷矿中的镁杂质将全部溶解在硫酸溶液中，就必须增加硫酸的添加量，这样就造成硫酸钙结晶富集在磷矿石微粒表面，影响了磷肥的转化率。

在熟化阶段，氢氧化镁胶体转化为磷酸氢镁强烈吸水，使磷肥中的水分难以挥发，产品普钙的理化性能变差，延长了熟化时间，即使成堆熟化以保持较高的熟化温度，水分仍较高，包装、储运、使用都十分困难。

4磷矿脱镁的方法和评价

镁的含量高对磷肥生产影响很大，如何脱除磷矿中包括镁在内的杂质是研究的热点。目前，磷矿石的选矿工艺主要有物理法和化学法两大类。物理法是利用不同物质在物理性能和比重上的差异，采用擦洗、重介质选取和正反浮选等方法来使磷矿石和杂质分离，进而富集磷矿。但由于我国含镁磷矿属难选的“胶磷矿”，含镁的白云石与磷矿主体紧密相连，具有相同或相近的物理性质，仅采用物理选矿的方法选矿，其结果并不令人满意；化学法主要分为高温煅烧法和化学浸提法，目的是使白云石发生化学变化，使之与磷矿主体分离，以达到脱镁的效果。高温煅烧需要消耗大量能量，成本较高。化学浸提法利用有机酸或无机酸溶解镁杂质，但也会间接溶解部分磷矿石进入酸性溶液，造成磷元素损失，同时由于酸的加入会引入新的物质，影响后续磷肥的产品质量。

5针对中小磷肥厂消除镁元素影响研究

对于年产5万吨磷肥的中小磷肥厂，从成本和技术难度角度出发，不会选用成本较高的物理法或化学法选矿，转而采用传统的配矿方式，用适量比例外地低镁高磷优质矿配上本地高镁矿，降低镁的相对含量，但低镁高磷优质矿石价格较高，加之必须远距离开采，运输成本也较高，会增加磷肥的生产成本。或者采用高镁矿直接生产，但要增加熟肥仓库面积，延长熟肥堆放时间，并用机械设备进行翻堆或加热烘烤，提高水分的挥发率，降低磷肥的含水率，这增加了场地、人工、机械耗损和水电费，这同样会提高生产成本。

针对中小磷肥厂，不适合采用大型磷肥厂的物理法或化学法脱镁，作者认为，从降低成本角度和抓主要矛盾出发，转而研究如何抑制和降低镁元素对矿浆粘度的危害，提出采用改变矿浆的酸碱性，用稀硫酸替代纯水进入磨浆工艺，使矿浆体系呈弱酸性，破坏Mg（OH）2等胶体的形成，使矿浆粘度变小，从而能较少水分输入，保证磷肥成品含水率达标。

参考文献

[1] 张雪杰，等.高镁磷矿化学脱镁过程的工艺研究.[J].化工矿物与加工，2010（02）：1-3.

[2]刘荣，等.化学法脱除磷矿中镁杂质的研究进展[J].磷肥与复肥，2012（04）：11-13.

作者简介：汪志涛，硕士，襄阳职业技术学院，讲师，研究方向： 环保节水、废物再利用研究。