低品位三水鋁石型鋁土礦選礦試驗(yàn)研究

艾光華，劉俊星

（1．江西理工大學(xué)，江西 贛州341000；2．太原理工大學(xué)，山西 太原030024）

隨著國(guó)內(nèi)低溫拜耳法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)能的迅速擴(kuò)大，對(duì)進(jìn)口三水鋁土礦的需求也越來(lái)越大。據(jù)中國(guó)海關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)進(jìn)口鋁礦石約1970萬(wàn)t，2010年上半年進(jìn)口鋁礦石約1400萬(wàn)t。與進(jìn)口鋁礦石數(shù)量不斷增長(zhǎng)不同的是，其質(zhì)量出現(xiàn)很大程度的下降。主要表現(xiàn)在礦石有效鋁硅比的降低，對(duì)低溫拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的經(jīng)濟(jì)性造成了很大的負(fù)面影響。

由于優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源日益減少，目前對(duì)中低品位三水鋁石型鋁土礦的開(kāi)發(fā)利用開(kāi)展了大量的研究，并已取得一定的成功。對(duì)易洗的三水鋁石型中低品位鋁土礦，采用工藝簡(jiǎn)單的洗礦方法進(jìn)行脫硅；而對(duì)于難洗的三水鋁石型鋁土礦的脫硅研究，主要以浮選的方法為主。楊小生、李艷軍等以氧化石蠟皂和塔爾油作捕收劑，碳酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉等作調(diào)整劑，磨礦細(xì)度75%－200目時(shí)，碳酸鈉用量4 000g／t、水玻璃2kg／t、六偏磷酸鈉250 g／t、捕收劑用量700 g／t、浮選礦漿濃度28．57%，精礦回收率達(dá)到63．49%，精礦鋁硅比達(dá)到11．18［1］。陳志友、李旺興等以斐濟(jì)的三水鋁石型鋁土礦洗礦精礦為原料，ZYY作為捕收劑，碳酸鈉和六偏磷酸鈉作調(diào)整劑，在磨礦細(xì)度86%－200目時(shí)，p H值為9．5，六偏磷酸鈉80g／t，捕收劑用量1200 g／t，精礦的鋁硅比9．06，回收率76．79%［2］。本試驗(yàn)以山東鋁業(yè)公司進(jìn)口的某三水鋁石型鋁土礦為原料，通過(guò)采用分級(jí)浮選流程，考察磨礦細(xì)度、捕收劑和調(diào)整劑用量等多因素條件試驗(yàn)，以提高此礦石的有效鋁硅比為目的，探索低鋁硅比三水鋁石型鋁土礦的有效脫硅途徑。

1 礦石性質(zhì)

此三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。原礦礦物含量和化學(xué)組成見(jiàn)表1和表2。原礦破碎到－2mm后的粒度組成見(jiàn)表3。

表1 原礦礦物含量／%

表2 原礦化學(xué)組成／%

表3 原礦粒度組成

2 試驗(yàn)方法

通過(guò)對(duì)原礦的篩分分析可以發(fā)現(xiàn)，如果原礦沒(méi)有經(jīng)過(guò)磨礦而直接進(jìn)行分級(jí)，其中鋁硅礦物很難實(shí)現(xiàn)有效分離，各粒級(jí)產(chǎn)品含硅仍然較高；而對(duì)原礦進(jìn)行一定程度的磨礦后發(fā)現(xiàn)，其中的鋁硅礦物分布隨粒度變化呈現(xiàn)出較好的規(guī)律性，尤其大于100目的粗顆粒含硅量得到了明顯降低，但同時(shí)，小于100目的細(xì)顆粒其中鋁硅礦物的含量隨粒級(jí)變化不大。因此，可以認(rèn)為，若不經(jīng)過(guò)磨礦而僅僅利用分級(jí)洗礦，很難實(shí)現(xiàn)礦物的有效脫硅。較好方案應(yīng)該是：原礦經(jīng)過(guò)一定程度的磨礦后，先通過(guò)分級(jí)，得到一部分粗顆粒直接作為粗粒精礦，而剩下的細(xì)顆粒再進(jìn)行浮選法脫硅，再得到細(xì)粒精礦，兩精礦合并成最終精礦。

3 選礦試驗(yàn)

3.1 選擇性磨礦試驗(yàn)研究

磨礦試驗(yàn)主要針對(duì)礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結(jié)晶特性和物理性質(zhì)的差異，在不同的磨礦條件下，使一部分易磨的高嶺石礦物優(yōu)先磨碎進(jìn)入細(xì)粒級(jí)礦物中，從而達(dá)到富集礦物的作用。詳細(xì)的磨礦試驗(yàn)結(jié)果，如表4所示。

通過(guò)選擇性磨礦試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，＋100目粒級(jí)的產(chǎn)品中，三水鋁石的含量隨著磨礦的加強(qiáng)先增加然后再降低，而高嶺石的相對(duì)含量卻隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低而后增加的趨勢(shì)；當(dāng)磨礦細(xì)度為＋100含量為27．67%時(shí)，粗粒級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量最好，其中三水鋁石含量為68．1%，高嶺石含量為8．90%。

表4 選擇性磨礦試驗(yàn)研究結(jié)果

3.2 細(xì)粒浮選條件試驗(yàn)

3．2．1 碳酸鈉用量試驗(yàn)研究

在p H調(diào)整劑篩選試驗(yàn)研究中，選擇了Na2CO3和NaOH進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明，采用Na2CO3作p H調(diào)整劑，浮選效果明顯優(yōu)于使用NaOH時(shí)，這主要由于Na2CO3除可調(diào)整礦漿酸堿度外，還能起到分散礦漿、不同程度的抑制硅酸鹽礦物的作用。因此，試驗(yàn)研究最后確定采用Na2CO3作為浮選p H調(diào)整劑。碳酸鈉在鋁土礦浮選中起重要的作用，它可調(diào)節(jié)鋁土礦浮選的適宜p H條件，對(duì)含鋁硅酸鹽礦物起分散作用，減少礦漿中鈣、鎂離子對(duì)鋁土礦浮選的影響。條件試驗(yàn)流程如圖1所示。Na2CO3用量確定試驗(yàn)研究結(jié)果見(jiàn)表5。

研究結(jié)果表明：堿性條件下，隨著Na2CO3用量的變化，浮選精礦的質(zhì)量變化不明顯，浮選精礦三氧化鋁的品位在53%左右；但是，精礦中三氧化鋁的回收率卻隨著捕收劑用量的增加呈下降趨勢(shì)。綜合考慮，最后確定Na2CO3用量為6000g／t。

圖1 條件試驗(yàn)流程

3．2．2 抑制劑種類的篩選及用量試驗(yàn)研究

浮選實(shí)踐表明，抑制劑用量對(duì)浮選過(guò)程有著重要的影響作用。首先，如果用量不夠，脈石礦物抑制效果差，實(shí)現(xiàn)礦物有效分離難；其二，若抑制劑用量太多，既會(huì)造成不必的藥劑浪費(fèi)，也會(huì)使目的礦物受到一定程度地抑制，從而影響浮選效果。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1，進(jìn)行了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同抑制劑的對(duì)比試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，使用抑制劑Ⅰ進(jìn)行浮選分離，無(wú)論是對(duì)精礦質(zhì)量，還是對(duì)產(chǎn)率都能獲得較好選別指標(biāo)。原礦經(jīng)一次粗選，可獲得Al2O3品位為55．98%、SiO2品位為7．19%、Al2O3作業(yè)回收率為69．26%的粗精礦。同時(shí)，進(jìn)行了抑制劑Ⅰ用量試驗(yàn)，條件試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。抑制劑Ⅰ用量試驗(yàn)研究結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 Na2 CO3用量試驗(yàn)條件及結(jié)果

表6 抑制劑Ⅰ用量試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，隨著抑制劑用量的增加，浮選粗精礦質(zhì)量不斷的提高，但浮選粗精礦產(chǎn)率卻先增加而后減少。當(dāng)抑制劑用量達(dá)1080g／t時(shí)，此時(shí)原礦篩去＋100顆粒，經(jīng)一次粗選后，浮選粗精礦中三氧化鋁含量高達(dá)56．10%，但此時(shí)浮選精礦的產(chǎn)率卻只有16．09%，浮選尾礦產(chǎn)率為52．80%，說(shuō)明在抑制高嶺石的同時(shí)，三水鋁石也被抑制了?？紤]到粗選既要確保較高的回收率，同時(shí)也要求粗精礦具有一定的品位，以便給后續(xù)精選作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。因此，綜合考慮，最后確定抑制劑最佳用量為600 g／t原礦。3．2．3 捕收劑用量試驗(yàn)研究

進(jìn)行了捕收劑種類篩選試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)過(guò)程中，固定p H調(diào)整劑Na2CO3用量6000g／t，抑制劑Ⅰ用量600g／t，磨礦細(xì)度約65%。捕收劑用量和試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。條件試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

研究結(jié)果表明，最初隨著捕收劑用量的增加，浮選精礦中Al2O3的品位略有下降，Al2O3回收率卻有較大的增加；但當(dāng)捕收劑用量達(dá)200g／t時(shí)，浮選精礦中Al2O3回收率和Al2O3品位變化趨向于平緩；但當(dāng)捕收劑用量繼續(xù)增大超過(guò)300g／t時(shí)，大量硅礦物開(kāi)始上浮，導(dǎo)致浮選精礦質(zhì)量明顯下降，其中浮選精礦Al2O3品位只有49．56%、而SiO2含量卻高達(dá)9．81%。因此，最后確定粗選最佳捕收劑用量為200g／t，此時(shí)浮選精礦產(chǎn)率36．19%、Al2O3品 位 55．14%、SiO2含 量為7．74%。

3．2．4 綜合開(kāi)路試驗(yàn)研究

我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，養(yǎng)老服務(wù)體系不斷完善、居民生活水平不斷提高，但我國(guó)各區(qū)域之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍不平衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間仍存在很大差異。本文對(duì)我國(guó)區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布及特征進(jìn)行深入實(shí)證分析研究，得出如下結(jié)論。

在前面一系列條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了各選別階段最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行綜合開(kāi)路試驗(yàn)研究，綜合開(kāi)路的試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。試驗(yàn)研究結(jié)果見(jiàn)表8。

綜合開(kāi)路試驗(yàn)研究結(jié)果表明：原礦磨至－100目占64．17%時(shí)，＋100目作為精礦1，而－100目產(chǎn)品再進(jìn)入浮選，通過(guò)一粗一掃一精的原則流程，可獲得Al2O3含量57．93%、含二氧化硅6．60%、產(chǎn)率為31．54%的浮選精礦，總精礦產(chǎn)率為67．37%，此時(shí)浮選尾礦中的二氧化硅含量已達(dá)40．17%，浮選脫硅效果良好。綜合開(kāi)路試驗(yàn)研究結(jié)果見(jiàn)表8。

3.3 閉路試驗(yàn)

在確定原則工藝流程和各種條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并增加一次精選，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室全流程閉路試驗(yàn)，閉路試驗(yàn)流程如圖3所示，各產(chǎn)品礦物組成分析見(jiàn)表9，閉路試驗(yàn)研究結(jié)果見(jiàn)表10。

表7 捕收劑用量試驗(yàn)條件及結(jié)果

表8 綜合開(kāi)路試驗(yàn)研究結(jié)果

圖2 綜合開(kāi)路試驗(yàn)流程

圖3 閉路試驗(yàn)流程

表9 閉路試驗(yàn)各產(chǎn)品礦物組成分析

O

尾礦 25．82 32．78 17．06 30．9 16．2 8．8 11．3 49．80 9．60

6．38 2．08

表10 閉路試驗(yàn)研究結(jié)果

閉路試驗(yàn)結(jié)果表明：精礦1中三水鋁石的品位為65．90%、高嶺石含量6．70%、有效鋁的回收率為40．11%；精礦2中三水鋁石的品位為70．90%、高嶺石含量12．40%、有效鋁的回收率為52．29%；最終精礦中三水鋁石的品位為68．64%、高嶺石含量9．82%、有效鋁的回收率為92．40%、有效鋁中＋100目含量為45．21%?？偩V的鋁硅比達(dá)5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%，閉路試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)良好。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）某地進(jìn)口的三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，少量的為一水軟鋁石；含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。

（2）針對(duì)礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結(jié)晶特性和物理性質(zhì)的差異，在不同的磨礦條件下，可以使一部分易磨的高嶺石礦物優(yōu)先磨碎進(jìn)入細(xì)粒級(jí)礦物中，從而達(dá)到含鋁礦物在粗粒級(jí)富集的目的。

（3）依據(jù)礦石性質(zhì)特點(diǎn)，采用分級(jí)浮選流程，獲得了總精礦的鋁硅比達(dá)5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%的良好試驗(yàn)效果。

［1］ 楊小生．浮選方法提高三水鋁石鋁硅比的研究 ［J］．金屬礦山，2006，31 （5）：14－17．

［2］ 陳志友．三水鋁石型鋁土礦的浮選脫硅試驗(yàn)研究 ［J］．輕金屬，2008 （7）：7－10．