重慶某鋁土礦浮選試驗(yàn)研究

張建強(qiáng)，吳國亮，杜五星

（中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司，國家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450041）

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石組成

鋁土礦是生產(chǎn)鋁金屬、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長(zhǎng)期以來開采方法的不科學(xué)，直接用于生產(chǎn)氧化鋁和高檔耐火材的鋁土礦越來越少，而目前大量高硅高硫鋁土礦尚不能得到合理利用[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)國內(nèi)氧化鋁行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展以及減輕對(duì)國外礦石的依賴具有重大意義。目前工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的選礦方法為浮選脫硅、浮選脫硫[3-5]。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，本文針對(duì)該高硫高硅鋁土礦進(jìn)行了同步脫硫脫硅試驗(yàn)研究。先對(duì)原礦進(jìn)行化學(xué)多元素分析、X-衍射分析、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。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果/%Table1 chemical multi-element analysis results of the raw ore

圖 1 原礦的XRDFig. 1 XRD pattern of the raw ore

表2 原礦物相組成分析結(jié)果/%Table 2 Main mineral content of the raw ore

由表1 的分析結(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。

通過表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；脈石礦物主要是綠泥石、高嶺石、伊利石、石英等；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

試劑：碳酸鈉（Na2CO3），鹽酸（HCl），硫酸銅（CuSO3·5H2O），丁基黃藥（C4H9OCSSNa），戊基黃藥（C5H11OCSSNa），脫硫捕收劑BA-1；脫硫捕收劑BA-2，抑制劑SNS，脫硅捕收劑SW，脫硅捕收劑FWA，脫硅捕收劑EXA，2#油；鋁土礦原礦。設(shè)備：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 結(jié)果與討論

目前，中低品位高硫鋁土礦脫硫脫硅提質(zhì)的方法主要是浮選法[6]，比較成熟的技術(shù)是先脫硫后脫硅技術(shù)，但是該工藝存在工藝復(fù)雜和流程較長(zhǎng)等問題。結(jié)合礦石性質(zhì)，本試驗(yàn)采用在反浮選脫硅的同時(shí)一起脫硫的同步脫硫脫硅工藝處理原礦。

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 值調(diào)整劑Na2CO3用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為60 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑2#油用量為100 g/t（脫硫捕收劑與起泡劑的質(zhì)量比為3:1），脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 的條件下，按照?qǐng)D2 的工藝流程進(jìn)行的磨礦細(xì)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

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

表3 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 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，而精礦的品位先升高后降低，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.0741 mm 含量增至69%以后，由于精礦夾雜嚴(yán)重，導(dǎo)致精礦品位提升困難且略微降低，回收率下降。磨礦細(xì)度-0.074 mm 69%時(shí)精礦品位提升最高，回收率也較高，因此綜合考慮磨礦細(xì)度-0.074 mm 69%時(shí)為較佳磨礦細(xì)度。

2.2 礦漿pH 值試驗(yàn)

在浮選過程中礦漿的pH 值對(duì)礦物的表面電性和浮選藥劑的活性均具有很大的影響，各種礦物只有在各自最適宜的pH 值環(huán)境中才能有效的實(shí)現(xiàn)浮選[7]。因?yàn)樵撲X土礦存在酸化現(xiàn)象，磨礦后的礦漿為酸性，在考察較佳pH 值時(shí)直接用Na2CO3進(jìn)行調(diào)節(jié)。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 69%，活化劑CuSO4用量為40 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑2#油用量為100 g/t，脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 的條件下，按照?qǐng)D2 的工藝流程進(jìn)行較佳pH 值試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

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

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)為較佳脫硫脫硅浮選環(huán)境，此時(shí)Na2CO3用量為3800 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]，所以本試驗(yàn)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 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t 脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 條件下按圖2 流程進(jìn)行CuSO4用量試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖 3 活化劑CuSO4 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig. 3 Dosage test results of activator cuSO4

根據(jù)圖3 活化劑硫酸銅用量試驗(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60 g/t 時(shí)脫S 效果最好。

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捕[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 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為40 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t 脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 條件下直接進(jìn)行按圖2 流程進(jìn)行試驗(yàn)研究，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 categories test results of desulfurization collectors

根據(jù)圖4 的試驗(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)，所以決定采用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(zhǎng)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份復(fù)雜，各種脈石礦物對(duì)分選條件和分選藥劑的選擇不同，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 69%，pH 調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為60 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t，脫硅捕收劑用量為160 g/t 條件下，按圖2 流程考察不同種類的自制混合藥劑對(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 categories test results of desilication collectors

由圖5 的試驗(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 的對(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 對(duì)硅的脫除率也最好，所以決定采用自制捕收劑EXA 為脫硅捕收劑。

2.6 藥劑用量試驗(yàn)

浮選粗選藥劑用量因素較多，試驗(yàn)量比較大，可以利用條件搭配均勻（但不完全）反應(yīng)影響全面的多因素組合正交試驗(yàn)法[11]快速尋找合適的藥劑條件。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為40 g/t 的條件下，按圖2 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的藥劑用量，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 Influence factor and level of reagent dosage test

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

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。還可知，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%，而回收率較為86.25%，當(dāng)脫硅捕收劑用量為160 g/t 為較佳用量。

2.7 開路試驗(yàn)

在上述條件探索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按圖6 浮選結(jié)構(gòu)流程進(jìn)行開路試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖6 開路試驗(yàn)流程Fig. 6 process of open -circuit test

表7 開路流程試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of open-circuit test

根據(jù)表7 的開路試驗(yàn)可知，原礦經(jīng)過“一粗-一精-三掃”的開路試驗(yàn)后，可以得到產(chǎn)率為67.55%，Al2O3品位為62.72%，回收率為74.51%，含S 量為0.11%的鋁土礦精礦，該精礦滿足了氧化鋁冶煉原料的要求，該開路流程可以處理該礦石。

2.8 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7 流程進(jìn)行閉路試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖7 閉路試驗(yàn)流程Fig. 7 process of closed-circuit test

表8 閉路流程試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of closed-circuit test

根據(jù)閉路試驗(yàn)結(jié)果可知，采用圖7 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） 原礦中Al2O3的含量為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；脈石礦物主要包括綠泥石、高嶺石、伊利石、石英等，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。

（2）通過試驗(yàn)通過閉路試驗(yàn)，可以到精礦Al2O3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。

（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。