本发明涉及高镁磷矿选别技术领域，尤其涉及一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置及其选矿方法。
背景技术：
随着我国磷化工产业的快速发展，磷矿的开采及用量也急剧上升，但磷矿的品位却日益下降。开发中低品位磷矿石已成当务之急，对于中低品位胶磷矿，目前主要采用单一反浮选流程，脱除杂质，富集有用矿，在胶磷矿选别中相对简单。传统选矿采用的设备为浮选机，而浮选机存在作业流程长、占地面积大，电能消耗高、可浮粒度窄等问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置及其选矿方法，旨在简化高镁磷矿选别的设备，降低其电能消耗，减少其占地面积。
为实现上述目的，本发明提供一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置，包括变径浮选柱、矿浆进料装置、喷淋水管道、压缩空气管道以及补水管道，其中，
所述变径浮选柱包括由上到下依次设置的第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段的直径依次减小且之间均通过变径段连接，所述第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内均设置有填料装置，所述第一浮选段和第三浮选段上分别设置有泡沫排出口和矿浆排出口；
所述矿浆进料装置通过管道与第一浮选段和第二浮选段之间的变径段连接；所述喷淋水管道的喷淋水口位于第一浮选段上，所述压缩空气管道的进气口位于第三浮选段上，所述补水管道与第二浮选段和第三浮选段之间的变径段连接。
优选地，所述第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段之间变径段的母线与轴线夹角为1°～45°。
优选地，所述第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内的填料装置均设置有多层，填料装置的外径与对应的第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内径相差0～50mm。
优选地，所述填料装置采用波纹规整填料，该波纹规整填料由多片波纹片竖起叠成，波纹片的波峰为10mm～50mm。
优选地，相邻两层填料装置的平面夹角呈30°～150°布置，每层填料装置的厚度为50mm～500mm。
优选地，所述变径浮选柱的柱体高6～16米，第一浮选段直径为2.5～3.5米，第二浮选段直径为1.5～2.5米，第三浮选段直径为0.5～1.5米。
优选地，所述矿浆进料装置包括搅拌桶、药剂桶以及进料泵，药剂桶设置于搅拌桶上部，所述搅拌桶与原料矿浆管道连接，所述进料泵安装于搅拌桶与变径段之间的管道上，原料矿浆与药剂经过搅拌桶混匀，通过进料泵充入变径浮选柱。
优选地，所述喷淋水管道上设有第一流量计和阀门，所述压缩空气管道上设有第二流量计。
本发明进一步提出一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置的选矿方法，包括以下步骤：
将高镁磷矿的原矿破碎、磨矿和分级，控制磨矿细度为-200目50％～70％，加水至控制矿浆浓度为20％～60％；
将加水后的矿浆导入搅拌桶中，并加入反浮选药剂与矿浆充分混合；
压缩空气通过压缩空气管道进入第三浮选段，经过填料装置进行层层切割后，形成微泡并沿着通道上升，矿浆通过矿浆进料口进入变径浮选柱并沿着填料装置切割出的充有微泡的通道下行，矿浆与微泡发生碰撞或粘附使含镁的颗粒上升到第一浮选段，通过泡沫排出口排出以除去磷矿中杂质镁，下降到第三浮选段中的颗粒即为低镁磷精矿，通过矿浆排出口排出后，经浓缩沉降，得到成品磷精矿矿浆。
优选地，所述反浮选药剂包括浮选捕收剂和浮选抑制剂，浮选捕收剂为皂类或脂肪酸类捕收剂，浮选抑制剂为含磷酸废水，浮选捕收剂用量占矿浆总质量的0.2％～2％；浮选抑制剂用量占矿浆总质量的0.1％～1％。
本发明提出的基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置，采用变径浮选柱在一根柱子内实现了粗选、精选和扫选，加速了浮选效率，另外，矿浆品位沿柱垂直变化较大，从而实现了充填式浮选柱流程的简单化。本发明提出的基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置和传统浮选机相比，达到同样的选别效果，且不需要多个浮选槽组合连接，解决了现有设备作业流程长、占地面积大，电能消耗高、可浮粒度窄的问题，简化了磷矿选别设备，为实现中低品位磷矿的高效、低成本浮选提供了可能性。
附图说明
图1为本发明基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置优选实施例的结构示意图；
图2为本发明基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置中波纹片的结构示意图。
图中，1-原料矿浆管道；2-药剂桶；3-搅拌桶；4-进料泵；5-浮选柱；6-进料口；7-补水口；8-进气口；9-气源；10-喷淋水口；11-泡沫排出口；12-第一浮选段填料；13-第二浮选段填料；14-第三浮选段填料；15-矿浆排出口；16-排矿阀门。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提出一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置。
参照图1和图2，本优选实施例中，一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置，包括变径浮选柱、矿浆进料装置、喷淋水管道、压缩空气管道以及补水管道，其中，
变径浮选柱包括由上到下依次设置的第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段的直径依次减小且之间均通过变径段连接，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内均设置有填料装置，第一浮选段和第三浮选段上分别设置有泡沫排出口11和矿浆排出口15；
矿浆进料装置通过管道与第一浮选段和第二浮选段之间的变径段连接；喷淋水管道的喷淋水口10位于第一浮选段上，压缩空气管道的进气口8位于第三浮选段上，补水管道与第二浮选段和第三浮选段之间的变径段连接。
具体地，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段之间变径段的母线与轴线夹角为1°～45°。变径浮选柱的具体尺寸范围可设置如下：变径浮选柱的柱体高6～16米，第一浮选段直径为2.5～3.5米，第二浮选段直径为1.5～2.5米，第三浮选段直径为0.5～1.5米，每段高度均为2～6米；其中，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段中填料装置厚度为1～3米。
进一步地，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内的填料装置均设置有多层，填料装置的外径与对应的第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段内径相差0～50mm。参照图2，本实施例中，填料装置采用波纹规整填料，该波纹规整填料由多片波纹片竖起叠成，波纹片的波峰为10mm～50mm。波纹片表面光滑、或涂有防结垢材料、或涂有耐磨材料、或同时涂有耐磨材料和防结垢材料。相邻两层填料装置的平面夹角呈30°～150°布置(即相邻两层填料装置波纹片错开一定角度布置)，每层填料装置的厚度为50mm～500mm。各层填料装置下面有格栅支撑，上面有栅格压盘压紧填料装置。
具体地，矿浆进料装置包括搅拌桶3、药剂桶2以及进料泵4，药剂桶2设置于搅拌桶3上部，搅拌桶3与原料矿浆管道1连接，进料泵4安装于搅拌桶3与变径段之间的管道上，原料矿浆与药剂经过搅拌桶3混匀，通过进料泵4充入变径浮选柱。
进一步地，喷淋水管道上设有第一流量计和阀门，压缩空气管道上设有第二流量计。
浮选高镁磷矿采用的是反浮选工艺。本装置中，第一浮选段、第二浮选段和第三浮选段，对应不同的分选段。
第二浮选段对应粗选段：混合均匀的矿浆经过开设在第一浮选段、第二浮选段之间的变径段充入变径浮选柱内，在重力作用下向下运动，在填充有特定的充填填料、层层排列并各成一定的角度、以提供细小曲折的流通孔道中，与第三浮选段通入压缩空气形成的上升微泡逆流接触，形成第一次分选，也就是粗选。
第一浮选段对应扫选段：与微泡发生碰撞或粘附的含镁的颗粒将上升到更大直径的第一浮选段，含矿微泡更易分散，经过喷淋水调节矿浆浓度，消除易碎微泡，使附着其上的含磷颗粒重新落入更小直径的第二浮选段，而附着其上的含镁颗粒转移到其它未破微泡上，通过泡沫排出口11排出，从而达到除去磷矿中杂质镁的效果。
第三浮选段对应精选段：在第二浮选段未与微泡发生碰撞或粘附的颗粒将下降到更小直径的第三浮选段，颗粒密度上升，矿粒与上升微泡之间碰撞的概率大大增加，使含镁颗粒重新附着在微泡上，升入更大直径的第二浮选段，而不与微泡碰撞或粘附的含磷颗粒继续下降，即为低镁磷精矿，通过底部的矿浆排出口15排出后，经浓缩、沉降和过滤，得到成品磷精矿。
采用上述装置通过单段反浮选流程选别宜昌某白云石质高镁混合磷矿，对不同柱式浮选工艺试验的研究，考察浮选气量、喷淋水量、矿床高度及矿浆浓度等工艺条件对选别指标的影响。先将含镁磷矿的原矿破碎、磨矿和分级，控制磨矿细度为-200目为50％～70％，控制磷矿料浆浓度为30％；然后将原料矿浆导入搅拌桶3中，并加入反浮选药剂与矿浆充分混合；再将所得混合矿浆引入充填式浮选柱中，矿浆通过位于浮选柱柱身中上段给矿点进入浮选柱，并且沿着充填填料切割出的充有微泡的通道下行；与气泡发生碰撞或粘附的含镁的颗粒将上升到浮选柱的顶端，最终到达矿浆捕收区和矿沫清洁区之间的界面而排出柱外，从而达到除去磷矿中杂质镁的效果；下降到浮选柱下段的颗粒即为低镁磷精矿，排出柱后经浓缩沉降，得到成品磷精矿矿浆。其中，反浮选药剂包括浮选捕收剂及浮选抑制剂，浮选捕收剂占矿浆总质量的0.5％；浮选抑制剂占矿浆总质量的0.15％，其中，浮选捕收剂为脂肪酸类捕收剂，浮选抑制剂为含磷酸根离子的磷石膏废水。
经过前期大量的初步探索实验摸索出以下较好工艺条件，进行了三次平行实验，如表1所示，其中矿床高度指的是矿浆在浮选柱内的高度，充气量即压缩空气的流量，喷淋水即喷水架喷水的流量。
表1
在上述工艺条件下，向柱内注水至柱体1/3以上之后打开进矿泵，开启进矿泵的进出口闸阀，然后开启压缩空气管道的阀门，让空气进入控制柜，再开启喷淋水及plc控制器，控制柱内液面高度，调整各种参数，稳定30min后，同时取精矿、尾矿样品进行分析测试。分析测试所得结果如表2所示。
表2
由表2可知，将原矿磷品位大约在27％左右的磷矿，经过本装置浮选得出的浮选指标，精矿品位可达到29％以上，镁含量下降到1％以下，这些工艺指标基本可以满足工业生产磷酸的要求。另外，浮选柱能耗低于机械式搅拌浮选机80％，占地面积减少80％，投资减少20％。通过本装置可以摆脱传统作业中流程较长的束缚，通过缩短流程的选别作业，达到降低浮选车间投资和运行成本的目的。
本实施例提出的基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置，采用变径浮选柱在一根柱子内实现了粗选、精选和扫选，加速了浮选效率，另外，矿浆品位沿柱垂直变化较大，从而实现了充填式浮选柱流程的简单化。本发明提出的基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置和传统浮选机相比，达到同样的选别效果，且不需要多个浮选槽组合连接，解决了现有设备作业流程长、占地面积大，电能消耗高、可浮粒度窄的问题，简化了磷矿选别设备，为实现中低品位磷矿的高效、低成本浮选提供了可能性。
本发明进一步提出一种基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置的选矿方法。
本优选实施例中，一种基于上述的基于变径浮选柱选别高镁磷矿的装置的选矿方法，包括以下步骤：
将高镁磷矿的原矿破碎、磨矿和分级，控制磨矿细度为-200目50％～70％(优选55％)，加水至控制矿浆浓度为20％～60％；
将加水后的矿浆导入搅拌桶中，并加入反浮选药剂与矿浆充分混合；
压缩空气通过压缩空气管道进入第三浮选段，经过填料装置进行层层切割后，形成微泡并沿着通道上升，矿浆通过矿浆进料口进入变径浮选柱并沿着填料装置切割出的充有微泡的通道下行，矿浆与微泡发生碰撞或粘附使含镁的颗粒上升到第一浮选段，通过泡沫排出口排出以除去磷矿中杂质镁，下降到第三浮选段中的颗粒即为低镁磷精矿，通过矿浆排出口排出后，经浓缩沉降，得到成品磷精矿矿浆。
反浮选药剂包括浮选捕收剂和浮选抑制剂，浮选捕收剂为皂类或脂肪酸类捕收剂，浮选抑制剂为含磷酸废水，浮选捕收剂用量占矿浆总质量的0.2％～2％；浮选抑制剂用量占矿浆总质量的0.1％～1％。
具体地，混合矿浆引入变径浮选柱的流量在150～250m3/h范围内，压缩空气通过压缩空气管道进入变径浮选柱的流量在500～1500m3/h范围内。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。