柱高、粒度和药剂用量对磷矿浮选的影响机制研究

本研究针对磷矿浮选过程中柱高(h/d)、粒度(105–297?μm/44–105?μm/<44?μm)和药剂(collector/depressant)用量的协同效应展开系统实验，通过全因子设计发现中间粒度(44–105?μm)在h/d=25–50时能同步实现P2O5品位≥33%和回收率>60%，为复杂磷矿资源高效开发提供理论依据。

　　

磷作为植物生长三大营养元素之一，其不可替代性使得磷矿资源开发成为全球农业可持续发展的关键。随着高品位磷矿日益枯竭，如何高效处理低品位复杂磷矿成为行业痛点。传统浮选工艺面临细粒级(<44?μm)夹带严重、粗粒级(105–297?μm)气泡携带力不足等技术瓶颈，而设备设计参数（如柱高）与工艺条件的匹配机制长期缺乏系统研究。

巴西米纳斯吉拉斯联邦大学的研究团队在《Powder Technology》发表的研究，通过三因素五水平全因子实验设计，首次量化了柱高直径比(h/d)、粒度分级和药剂用量对火成岩型磷矿浮选的交互影响。研究采用工业级磷矿样本（巴西Araxá矿区），通过筛分获得粗(-48+150目)、中(-150+325目)、细(-325目)三个特征粒级，在1-4米浮选柱中系统测试不同collector（脂肪酸类）和depressant（淀粉）组合下的P₂O₅品位与回收率。

主要技术方法

1. 粒度分级：湿法筛分获得105–297?μm（粗）、44–105?μm（中）、<44?μm（细）三个特征粒级
2. 全因子实验设计：考察5种柱高(h/d=12.5–100)、collector(120–360?g/t)和depressant(100–300?g/t)组合
3. 响应面分析：建立P₂O₅品位与回收率的预测模型
4. 流体动力学模拟：验证气泡-颗粒碰撞概率与柱高的关系

Characterization of the apatitic ore sample
XRD分析显示矿石主要含氟磷灰石(Ca₅(PO₄)₃F)，伴生石英和赤铁矿。粒度分析表明中间粒级(44–105?μm)占总量的58%，其比表面积(1.2?m²/g)显著低于细粒级(3.5?m²/g)，有利于降低药剂消耗。

P₂O₅ grade/recovery curves
关键发现显示：中间粒级在h/d=25–50、collector≥240?g/t时出现拐点，实现P₂O₅品位33.7%与回收率63.2%的协同优化；粗粒级需超高collector(360?g/t)配合短柱(h/d=12.5)才能达到28%品位；细粒级因夹带效应回收率虽达75%但品位仅21%。

Conclusions
研究揭示粒度是主导因素，但需与柱高协同优化：粗粒级需要短柱增强气泡携带力，细粒级对柱高不敏感但需抑制夹带，中间粒级存在最佳h/d窗口。该成果为火成岩型磷矿的定制化浮选工艺开发提供了量化设计依据，尤其对巴西、俄罗斯等国的低品位磷矿开发具有重要指导价值。

讨论部分指出，传统柱高设计常受厂房高度等非技术因素限制，本研究证实h/d=25–50的流体动力学优势可补偿低collector用量的经济性。未来研究可结合CFD模拟进一步优化气泡尺寸分布与柱高的匹配关系。