西南某鋁土礦同步脫硫脫硅浮選試驗(yàn)研究

吳國亮,張建強(qiáng),杜五星

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

引言

鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁、耐火材料、研磨材料以及高鋁水泥的重要原材料，隨著國內(nèi)鋁土礦資源的逐步貧化和枯竭，以及開采方法的不科學(xué)，直接用于生產(chǎn)氧化鋁和高檔耐火材料的鋁土礦越來越少，而大量高硅高硫鋁土礦又不能得到合理利用[1-2]。低品質(zhì)鋁土礦選礦技術(shù)的開發(fā)對(duì)國內(nèi)越來越“貧細(xì)雜”化鋁土礦的利用，對(duì)我國氧化鋁行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展，以及減輕對(duì)國外鋁土礦礦石的依賴具有重大意義。目前，工業(yè)上對(duì)低A/S(鋁硅比)含硫鋁土礦提質(zhì)最為廣泛的方法為浮選法，比較成熟的工藝是先浮選脫硫后浮選脫硅的工藝流程，但是該工藝流程存在工藝復(fù)雜和流程較長等問題[3-6]。西南某地存在大量的高硫、低A/S的鋁土礦，為經(jīng)濟(jì)合理地開發(fā)利用該資源，本文采用同步脫硫脫硅新工藝對(duì)該高硫高硅鋁土礦進(jìn)行除雜提質(zhì)試驗(yàn)研究。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石組成

對(duì)取自西南某地的代表性原礦樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析、X-衍射分析和物相組成分析以了解原礦性質(zhì)，為后續(xù)的浮選提供指導(dǎo)，分析結(jié)果分別見表1、圖1和表2。

圖1 原礦的XRD圖Fig.1 The XRD pattern of raw ore

表2 原礦礦物組成分析結(jié)果 /%Table 2 The phase analysis results of raw ore

由表1分析結(jié)果可知，原礦中Al2O3的含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S僅為3.82，屬于中低品位鋁土礦，其中有害雜質(zhì)S含量為1.57%，屬于高硫鋁土礦。該鋁土礦必須經(jīng)選礦處理后才能用于氧化鋁冶煉。

由表2和圖1的分析結(jié)果可知，原礦中主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物是以綠泥石、高嶺石、伊利石等為主的硅酸鹽類礦物；還有少量的黃鐵礦，針鐵礦、菱鐵礦、金紅石等礦物；礦石中的有害雜質(zhì)S主要以黃鐵礦的形式在原礦中賦存。綜合來看，該礦石為高S、低A/S型鋁土礦，可以通過浮選脫硅提高礦石A/S和浮選脫硫降低有害雜質(zhì)S含量，以滿足氧化鋁冶煉要求。

1.2 試劑及設(shè)備

碳酸鈉(Na2CO3)、鹽酸(HCl)、硫酸銅(CuSO3·5H2O)、丁基黃藥(C4H9OCSSNa)、戊基黃藥(C5H11OCSSNa)均為分析純；自制陰離子混合脫硫捕收劑BA-1；自制陰離子混合脫硫捕收劑BA-2，抑制劑SNS分析純，自制陽離子混合脫硅捕收劑SW，自制陽離子混合脫硅捕收劑FWA，自制陽離子混合脫硅捕收劑EXA，松醇油工業(yè)品。

XMQφ240×90型錐形球磨機(jī)，Rex pHS-3C型pH計(jì)，BSA2202型電子天平，DL5C型真空抽濾機(jī)，XFG-63/1.5L/0.75L掛槽式浮選機(jī)，101A-1型鼓風(fēng)干燥箱。

2 試驗(yàn)研究

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

合理的磨礦細(xì)度不僅對(duì)鋁土礦選礦工藝和指標(biāo)具有重要影響，還影響到后續(xù)鋁土礦精礦產(chǎn)品的溶出性能。為獲得較好的浮選指標(biāo)，在pH調(diào)整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量60 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t(脫硫捕收劑與起泡劑的質(zhì)量比為31)，脫硅捕收劑EXA用量160 g/t的條件下，按照?qǐng)D2所示的工藝流程圖進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖2 粗選條件試驗(yàn)流程Fig.2 The condition test flow chart of roughing

表3 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The test results of grinding fineness

由表3磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磨礦細(xì)度的不斷增加，精礦產(chǎn)率不斷降低，而精礦Al2O3品位先升高后降低，S含量先降低后升高，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm含量增至69%以后，由于精礦夾雜嚴(yán)重，導(dǎo)致精礦Al2O3品位提升困難，反而略微降低，回收率下降，同時(shí)導(dǎo)致精礦S含量升高。磨礦細(xì)度-0.074 mm含量占69%時(shí)精礦Al2O3品位最高，S含量也最低，回收率也較高，因此綜合考慮磨礦細(xì)度-0.074 mm含量占69%時(shí)為最佳磨礦細(xì)度。

2.2 礦漿pH值試驗(yàn)

在浮選過程中礦漿pH值對(duì)礦物的表面電性和浮選藥劑的活性均有很大的影響，各種礦物只有在各自最適宜的pH范圍內(nèi)才能有效地實(shí)現(xiàn)浮選[7]。因?yàn)樵撲X土礦含硫且長期露天堆放導(dǎo)致酸化，磨礦后的礦漿為酸性，考察最佳pH時(shí)直接用Na2CO3進(jìn)行調(diào)節(jié)。在磨礦細(xì)度-0.074 mm占69%、活化劑CuSO4用量40 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t，脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t的條件下，按照?qǐng)D2所示的工藝流程進(jìn)行pH值試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 礦漿pH值試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The test results of pulp pH

由表4試驗(yàn)結(jié)果可知，在pH值為5的偏酸性條件時(shí)，浮選脫硫效果較好，脫硅效果也較佳；當(dāng)pH值為6時(shí)，浮選脫硅效果最好，脫硫效果也較佳；pH值繼續(xù)升高由于礦石已經(jīng)酸化，碳酸鈉添加量過大，導(dǎo)致浮選體系中電解離子濃度過高，致使浮選夾雜嚴(yán)重，脫硅的分選效果較差。綜合考慮試驗(yàn)選擇pH=6時(shí)為最佳脫硫脫硅浮選環(huán)境，此時(shí)Na2CO3用量為3 800 g/t。

2.3 活化劑用量試驗(yàn)

為強(qiáng)化同步脫硫脫硅過程中脫硫的效果，需要對(duì)黃鐵礦進(jìn)行活化，目前黃鐵礦浮選活化劑最常用的為CuSO4[8]，所以本文不再對(duì)活化劑的種類進(jìn)行試驗(yàn)研究，而是在磨礦細(xì)度-0.074 mm占69%、pH調(diào)整劑Na2CO3用量3 800 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑2#油用量100 g/t、脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t條件下直接按圖2所示流程進(jìn)行CuSO4用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

根據(jù)圖3試驗(yàn)結(jié)果可知，添加活化劑CuSO4的浮選效果要比不添加的浮選效果好。還可以看出，隨著CuSO4用量的不斷增加鋁精礦的S含量不斷降低，而S的脫除率在不斷增加，當(dāng)CuSO4用量超過60 g/t以后精礦的S含量和S脫除率趨于平穩(wěn)。綜合考慮藥劑用量和浮選效果活化劑CuSO4用量為60g/t時(shí)脫S效果最好。

圖3 活化劑CuSO4用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 The dosage test results of activator CuSO4

2.4 脫硫捕收劑種類試驗(yàn)

脫硫捕收劑種類的選擇對(duì)最終浮選指標(biāo)的好壞至關(guān)重要，目前脫硫捕收劑主要是各類型黃藥[9]，為了篩選出對(duì)該礦石具有較好脫硫效果的捕收劑，在磨礦細(xì)度-0.074 mm占69%、pH調(diào)整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量為40 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t、脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t條件下直接按圖2所示流程進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 脫硫捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The test results of desulfurization collector categories

根據(jù)圖4試驗(yàn)結(jié)果可知，自制脫硫捕收劑BA-1和BA-2的脫硫效果要比丁基黃藥和戊基黃藥的浮選效果好，通過對(duì)比BA-1和BA-2兩種藥劑浮選指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，兩者精礦含S量差別不大，分別為0.41%和0.38%，但是BA-1的脫硫率要比BA-2的脫硫率高2.23個(gè)百分點(diǎn)，所以采用BA-1作為脫硫捕收劑。

2.5 脫硅捕收劑種類試驗(yàn)

鋁土礦反浮選研究較長時(shí)期內(nèi)處于瓶頸狀態(tài)，其主要原因是大多數(shù)礦石中硅酸鹽脈石礦物組分復(fù)雜，各種脈石礦物對(duì)分選條件和分選藥劑種類要求不同，致使單一藥劑很難對(duì)鋁土礦有較好的分選效果[10]。在磨礦細(xì)度-0.074 mm占69%、pH值調(diào)整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量60 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t、脫硅捕收劑用量為160 g/t條件下，按圖2所示流程考察不同種類的自制藥劑對(duì)脫硅的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 脫硅捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 The test results of desilication collector categories

由圖6試驗(yàn)結(jié)果可知，三種自制脫硅捕收劑對(duì)脫硅均有較好的效果，其中EXA對(duì)脈石礦物的捕收能力最好，精礦的A/S最高，F(xiàn)WA的次之。同時(shí)還可發(fā)現(xiàn)EXA的硅脫除率也最好，所以決定采用自制捕收劑EXA作為脫硅捕收劑。

2.6 藥劑用量試驗(yàn)

浮選粗選藥劑用量影響浮選結(jié)果的因素較多，試驗(yàn)量比較大，可以利用多因素組合正交試驗(yàn)法[11]來快速尋找合適的藥劑條件。在磨礦細(xì)度-0.074 mm含量占69%、pH值調(diào)整劑碳酸鈉用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量為40 g/t的條件下，按圖2所示流程采用L9(34)正交表安排了三因素三水平9次試驗(yàn)考察抑制劑、脫硫捕收劑和脫硅捕收劑用量，試驗(yàn)影響因素及水平見表5，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 藥劑用量試驗(yàn)影響因素及水平Table 5 The influence factors and levels of reagent dosage tests

根據(jù)表6正交試驗(yàn)結(jié)果可知，添加抑制劑SNS有助于強(qiáng)化分選效果提高精礦Al2O3品位，同時(shí)抑制劑對(duì)精礦的含S幾乎沒有影響。隨著脫硫捕收劑BA-1用量的不斷增加，精礦的含S量不斷降低，當(dāng)用量超過300 g/t后，精礦的含S量幾乎不再降低，所以脫硫捕收劑的用量為300 g/t比較合適。隨著脫硅捕收劑EXA用量的不斷加大，精礦Al2O3品位先增加后降低，而Al2O3回收率卻不斷降低，當(dāng)用量為160 g/t時(shí)，鋁精礦的Al2O3品位為59.25%，而回收率為86.25%，所以脫硅捕收劑用量160 g/t為最佳用量。

表6 藥劑用量正交試驗(yàn)結(jié)果Table 6 The orthogonal test results of reagent dosage

2.7 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為考察同步脫硫脫硅工藝處理該礦石的可行性和穩(wěn)定性，按圖6所示流程進(jìn)行閉路試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖6 路試驗(yàn)流程圖Fig.6 The test flowchart of closed circuit

表7 閉路流程試驗(yàn)結(jié)果Table 7 The test results of closed circuit

根據(jù)閉路試驗(yàn)結(jié)果可知，采用圖6所示閉路流程處理A/S為3.83的原礦，可以得到Al2O3為61.03%，SiO2為11.95%，S含量為0.19%，A/S為5.11的鋁土礦精礦。精礦相較于原礦A/S提高了1.28，S的脫除率達(dá)到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料，證明了該同步脫硫脫硅工藝流程的可行性和穩(wěn)定性，為該類型礦石的開發(fā)和利用提供了一種全新的技術(shù)思路。

3 結(jié) 論

(1)原礦Al2O3含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S僅為3.82，有害雜質(zhì)S含量為1.57%，主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物是以綠泥石、高嶺石、伊利石等為主的硅酸鹽類礦物，礦石中的有害雜質(zhì)S主要以黃鐵礦的形式在原礦賦存。

(2)經(jīng)閉路試驗(yàn)，可以得到精礦Al2O3含量為61.03%，SiO2為11.95%，S含量為0.19，A/S為5.11%的優(yōu)異浮選指標(biāo)。精礦A/S相較于原礦提高了1.28，S的脫除率達(dá)到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料。

(3)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同步脫硅脫硫工藝能夠處理該礦石，為該類型礦石的開發(fā)和利用提供了一種全新的技術(shù)思路。