山西某低品位鋁土礦浮選脫硅擴大連選試驗研究

張站云,張建強,魏兆斌,劉中原

(1.中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041;2.國家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 450041)

鋁土礦既是鋁工業(yè)原料,又是一種主要的化工原料,鋁產(chǎn)品在世界的消耗量僅次于鋼鐵。隨著鋁工業(yè)的高速發(fā)展,對鋁土礦需求量迅猛增加,導致優(yōu)質(zhì)資源逐漸減少,鋁土礦資源瓶頸制約加劇,對我國鋁工業(yè)的生存與發(fā)展構(gòu)成嚴峻威脅。我國的鋁土礦資源分布比較集中,山西省的保有資源儲量占全國的40%左右,其豐富的鋁土礦資源,為鋁工業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ),但鋁土礦普遍硅含量高,資源品位低,低品位資源占比80%以上,該部分資源不能直接開發(fā)利用,限制了鋁工業(yè)的發(fā)展[1-4]。

目前,鋁土礦的工業(yè)界定邊界品位為鋁硅比(A/S)≥2.6,但氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)要求鋁硅比(A/S)≥4.5,對于鋁硅比(A/S)處于2.6～4.5之間的礦石,直接進入氧化鋁生產(chǎn)流程,其生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟效益差,較可行的方法是通過選礦提高礦石鋁硅比(A/S)。正浮選脫硅的方法是將有用的含鋁礦物提出,含硅的礦物作為尾礦[5-8]。

1 礦樣性質(zhì)

試驗礦樣來源為山西某企業(yè)提供的低品位鋁土礦擴大連選試驗礦樣共約30 t,礦樣的化學多元素分析結(jié)果見表1,礦物組成分析結(jié)果見表2。

表1 礦樣的化學多元素分析

表2 礦樣的礦物組成分析

由分析結(jié)果可知,該礦樣Al2O3含量為51.13%,SiO2含量為20.28%,鋁硅比為2.52,Fe2O3含量為8.82%,屬于典型的低品位高鐵鋁土礦。有用鋁礦物主要為一水硬鋁石和三水鋁石,含硅脈石礦物有高嶺石、綠泥石、伊利石和石英,鐵礦物主要為赤鐵礦。

礦樣中硅礦物的組成種類較多,采用反浮選工藝進行脫硅,要求捕收劑能捕捉多種硅礦物,對捕收劑要求高,而采用正浮選工藝脫硅,則主要是捕捉一水硬鋁石礦物,捕收劑成熟,工藝已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2 正浮選脫硅試驗研究

鋁土礦正浮選脫硅的捕收劑主要是以脂肪酸為代表的陰離子型捕收劑,本次試驗研究使用的脫硅捕收劑是鄭州研究院自主研發(fā)的BKS型正浮選高效脫硅捕收劑。無機調(diào)整劑主要起調(diào)整礦漿pH值、改變礦物表面電位、分散礦物和活化目的礦物等作用,試驗采用的無機調(diào)整劑為碳酸鈉。

本次試驗研究的單因素參數(shù)試驗有磨礦細度及脫硅捕收劑用量試驗,浮選脫硅單因素參數(shù)試驗流程見圖1。

圖1 浮選脫硅單因素參數(shù)試驗流程圖

2.1 磨礦細度試驗研究

磨礦細度決定著礦物的單體解離程度,從而影響目的礦物浮出效果,磨礦細度的最佳值主要取決于有用礦物及脈石礦物的嵌布粒度。磨礦細度試驗研究流程見圖1,試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可知,浮選精礦鋁硅比隨著磨礦細度的增加呈現(xiàn)先穩(wěn)定后降低的趨勢, Al2O3回收率呈升高趨勢。隨著磨礦細度的提高,礦石解離充分,精礦鋁硅比微降,但其回收率增加較快,當磨礦細度過高時,礦石過磨現(xiàn)象嚴重,泡沫夾雜,鋁精礦鋁硅比急劇下降。在磨礦細度-0.074 mm占比93%時,浮選尾礦鋁硅比最低,鋁精礦鋁硅比較高,且回收率較高,因此綜合考慮磨礦細度為-0.074 mm占比93%時為最佳磨礦細度。

圖2 浮選脫硅磨礦細度與指標的關(guān)系

2.2 脫硅捕收劑用量試驗研究

捕收劑用量對于浮選產(chǎn)物的影響較大,捕收劑用量不足時,浮選鋁精礦的Al2O3回收率偏低;捕收劑用量過量時,浮選精礦鋁硅比降低。在磨礦細度-0.074 mm占93%時,考察捕收劑用量對于低品位鋁土礦浮選脫硅的影響,脫硅捕收劑用量試驗研究流程見圖1,試驗結(jié)果見圖3。

圖3 浮選脫硅捕收劑用量與指標的關(guān)系

由圖3可知,浮選鋁精礦鋁硅比隨著捕收劑用量的增加呈現(xiàn)降低的趨勢,Al2O3回收率隨著捕收劑用量的增加呈現(xiàn)上升趨勢,尾礦鋁硅比先降低后基本保持穩(wěn)定。在捕收劑用量為800 g/t時,其浮選鋁精礦鋁硅比和Al2O3回收率均較佳,因此綜合考慮最佳藥劑用量為800 g/t。

2.3 浮選脫硅開路試驗研究

在磨礦細度-0.074 mm占93%時,粗選捕收劑用量為800 g/t時,鋁精礦鋁硅比高于4.5,尾礦鋁硅比偏高,因此擬采用“一粗一精兩掃”正浮選脫硅開路流程進行試驗研究,試驗流程見圖4,試驗結(jié)果見表3。

圖4 開路試驗流程圖

表3 開路試驗結(jié)果

根據(jù)表3的開路試驗結(jié)果可知:試驗礦樣Al2O3含量為51.24%,A/S為2.58時,經(jīng)過“一粗一精兩掃”的開路流程試驗后,可以得到產(chǎn)率為55.17%,Al2O3含量為59.50%,A/S為4.78,回收率64.07%的鋁精礦;尾礦Al2O3含量為39.13%,A/S為1.26。浮選所得鋁精礦滿足了氧化鋁冶煉原料的要求,且尾礦Al2O3含量及A/S較低,該流程可以處理該礦石。

2.4 浮選脫硅閉路試驗研究

在磨礦細度-0.074 mm占93%時,進行“一粗一精兩掃”閉路試驗,試驗流程見圖5,試驗結(jié)果見表4。

圖5 閉路試驗流程圖

表4 閉路試驗結(jié)果

由表4閉路試驗結(jié)果可知:試驗原礦Al2O3含量為51.41%,鋁硅比為2.60時,通過“一粗一精兩掃”的閉路浮選試驗可得:浮選鋁精礦產(chǎn)率54.06%,Al2O3含量為59.83%,鋁硅比為4.87,Al2O3回收率為62.92%;尾礦鋁硅比為1.45。

3 擴大連選試驗研究

低品位鋁土礦浮選脫硅擴大連選試驗處理規(guī)模為4.8 t/d,試驗采用的是“一段磨礦兩段分級+一次粗選一次精選兩次掃選”的正浮選脫硅工藝流程。

原礦石經(jīng)過一段磨礦兩段分級,分級后合格產(chǎn)品進入粗選作業(yè),粗選泡沫進入精選作業(yè),精選泡沫為鋁精礦;精選底流進入粗選作業(yè),粗選底流進入掃選一作業(yè),掃選一底流進入掃選二作業(yè),掃選二底流為尾礦;掃選二泡沫返回掃選一作業(yè),掃選一泡沫返回粗選作業(yè)。浮選設(shè)備均為Φ800 mm無傳動浮選槽,共4臺,其工藝流程見圖6。

圖6 “一粗一精兩掃”正浮選脫硅擴大連選試驗流程圖

3.1 擴大連選試驗研究

連選試驗期間,通過工藝參數(shù)優(yōu)化試驗研究后,確定了各作業(yè)的最佳工作參數(shù),并進行連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達100 h,期間每隔4 h取一次原礦、鋁精礦、尾礦樣品進行分析化驗,連續(xù)運轉(zhuǎn)期間試驗指標見表5。

由表5連續(xù)調(diào)試指標結(jié)果可知:在低品位鋁土礦原礦Al2O3含量為51.32%,鋁硅比為2.60時,通過“一粗一精兩掃”正浮選脫硅工藝流程連續(xù)調(diào)試,可得浮選鋁精礦平均產(chǎn)率55.24%,Al2O3含量平均為59.10%,鋁硅比平均為4.92;尾礦平均產(chǎn)率44.76%,鋁硅比平均為1.45。

表5 “一粗一精兩掃”正浮選脫硅擴大連選試驗指標

3.2 擴大連選試驗流程考察計算

在連續(xù)調(diào)試期間取浮選脫硅全流程考察樣,進行了流程考察計算,全流程數(shù)質(zhì)量和礦漿流程見圖7。

圖7 “一粗一精兩掃”全流程數(shù)質(zhì)量和礦漿流程圖

由流程考察結(jié)果可知:原礦Al2O3含量為50.84%,鋁硅比為2.58,通過“一粗一精兩掃”正浮選脫硅工藝流程,所得鋁精礦產(chǎn)率55.99%,Al2O3含量為58.02%,鋁硅比為4.81;尾礦產(chǎn)率44.01%,鋁硅比為1.42。

4 結(jié) 論

低品位鋁土礦正浮選脫硅提質(zhì)是低品位鋁土礦開發(fā)利用的一種有效途徑。針對山西某低品位鋁土礦,通過實驗室試驗研究,確定了磨礦細度、藥劑制度及工藝流程,進行了“一粗一精兩掃”正浮選脫硅擴大連選試驗研究,得到浮選鋁精礦平均產(chǎn)率55.24%,Al2O3含量平均為59.10%,鋁硅比平均為4.92;尾礦平均產(chǎn)率44.76%,鋁硅比平均為1.45。并考察計算了全流程數(shù)質(zhì)量及礦漿流量,為該低品位鋁土礦的后續(xù)選廠設(shè)計提供了數(shù)據(jù)支撐。