山西某高硫鋁土礦浮選脫硫提質擴大連選試驗研究

張站云,張建強,魏兆斌,姚 杰

(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研究中心,河南 鄭州 450041)

隨著鋁工業(yè)的高速發(fā)展,對鋁土礦需求量也迅猛增加,導致優(yōu)質資源逐漸減少,加劇了鋁土礦資源瓶頸的制約,對我國鋁工業(yè)的生存與發(fā)展構成嚴峻威脅。我國高硫鋁土礦資源較為豐富,探明儲量中高硫鋁土礦占比達6.5%以上,高硫鋁土礦的工業(yè)應用可為鋁工業(yè)發(fā)展提供合格原料,緩解鋁土礦資源緊缺現(xiàn)狀[1-3]。

高硫鋁土礦中的硫對拜耳法生產(chǎn)氧化鋁危害嚴重,會造成管道與裝備腐蝕、赤泥沉降性能惡化、蒸發(fā)效率降低、堿耗升高、產(chǎn)品品質降低等不利影響,氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)一般要求進入系統(tǒng)的原礦硫含量小于0.3%,故而高硫鋁土礦需脫硫后才能資源化利用[4-6]。

1 礦樣性質

山西省的鋁土礦保有資源儲量占全國的40%左右,以高鋁高硅的低品位資源為主,但隨著礦石開采深度的增加,部分鋁土礦中含有硫且含量大于2%,其主要的硫礦物為黃鐵礦[7-8]。

本次試驗礦樣來源為山西某企業(yè)提供的高硫鋁土礦擴大連選試驗礦樣共約32 t,礦樣的化學多元素分析結果見表1,物相分析結果見表2。

表1 礦樣的化學多元素分析

表2 礦樣的物相分析

由分析結果可知,該礦樣Al2O3含量為49.44%,鋁硅比為3.48,硫含量為2.30%,Fe2O3含量為11.46%,屬于典型的低鋁硅比高鐵高硫鋁土礦。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,硫礦物主要為黃鐵礦(FeS2)。

黃鐵礦(FeS2)容易用黃藥等捕收劑浮選,而含鋁礦物以氧化物和氫氧化物形式存在,親水,不易被黃藥捕收,因此浮選采用黃藥當捕收劑容易實現(xiàn)黃鐵礦和含鋁礦物的分離[9]。

2 浮選脫硫試驗研究

浮選脫硫捕收劑及起泡劑采用BKS型,捕收劑主要成分為丁基黃藥,起泡劑的主要成分為松醇油,使用比例為3∶1。反浮選脫硫在堿性條件(pH 8.5)時可得到較好的脫硫指標,且對設備的腐蝕性較低,其它脫硫藥劑主要還有活化劑、調整劑等,適合反浮選脫硫的活化劑為硫酸銅,調整劑為SNS類型[10-11]。

為了有效的降低高硫鋁土礦中的硫含量,綜合考察了磨礦細度、活化劑用量、調整劑用量、捕收劑及起泡劑用量等條件對浮選脫硫的影響。磨礦細度、活化劑用量、調整劑用量的條件試驗流程圖見圖1。

圖1 條件試驗流程圖

2.1 磨礦細度試驗

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。在活化劑用量50 g/t、調整劑用量為1000 g/t時,按圖1條件試驗流程進行磨礦細度試驗,試驗結果見圖2所示。

圖2 磨礦細度試驗的鋁精礦產(chǎn)率及硫含量

由圖2試驗結果可知,鋁精礦中硫含量隨著磨礦細度的提高呈現(xiàn)先減后增的趨勢,這是因為隨著磨礦細度提高,黃鐵礦與一水硬鋁石的解離度提高,鋁精礦中的硫含量逐步降低,但隨著磨礦細度的進一步提高,部分解離的黃鐵礦存在過磨現(xiàn)象,導致部分過磨的細粒黃鐵礦因夾雜而未上浮。綜合比較,確定最佳磨礦細度為-0.074 mm含量占75%～80%。

2.2 活化劑用量試驗

活化劑是浮選脫硫常用藥劑之一,浮選黃鐵礦時起預先活化作用,當黃鐵礦氧化較嚴重時,添加活化劑溶去黃鐵礦表面的氧化膜,使之露出新鮮表面,以利于浮選。

在磨礦細度為-0.074 mm含量占75%,調整劑用量為1000 g/t時,進行活化劑用量試驗,試驗結果見圖3所示。

圖3 活化劑用量試驗的鋁精礦產(chǎn)率及硫含量

由圖3試驗結果可知,隨著活化劑用量的增加,鋁精礦中硫含量呈降低后穩(wěn)定趨勢,表明該活化劑對黃鐵礦的上浮有較好的促進作用;當活化劑用量大于100 g/t時,鋁精礦中產(chǎn)率呈降低趨勢,硫含量未呈現(xiàn)降低趨勢;綜合比較其經(jīng)濟性,確定活化劑的最佳用量為100 g/t。

2.3 調整劑用量試驗

調整劑是調整捕收劑的作用及介質條件,抑制非欲浮顆?？筛⌒?促使料漿中非欲浮顆粒呈分散狀態(tài),SNS類調整劑可抑制鋁硅酸鹽礦物的同時起分散作用,阻止細礦粒聚集,使其處于單體狀態(tài)。

在磨礦細度為-0.074 mm含量占75%,活化劑用量為100 g/t時,進行SNS調整劑用量試驗,試驗結果見圖4所示。

圖4 調整劑用量試驗的鋁精礦產(chǎn)率及硫含量

由圖4試驗結果可知,隨著調整劑用量的增加,鋁精礦中硫含量呈先降低后上升的趨勢,產(chǎn)率呈逐步上升趨勢,主要是因為SNS調整劑加入抑制了鋁硅酸鹽礦物的上浮,同時起了分散作用,但當用量過大時,同時抑制了未完全單體解離的黃鐵礦,導致鋁精礦硫含量上升。綜合比較,確定SNS調整劑的最佳用量為1000 g/t。

2.4 捕收劑及起泡劑用量試驗

捕收劑主要作用是使目的礦物表面疏水、使浮游的礦粒黏附于氣泡上,因此捕收劑用量對浮選工藝指標有著極其重要的影響。起泡劑是一種表面活性物質,主要是在氣-水界面上降低界面張力,促使空氣在料漿中形成小氣泡,擴大分選界面,并保證氣泡上升形成泡沫層,與捕收劑配合使用。

結合條件試驗結果,在磨礦細度為-0.074 mm 含量占75%、活化劑用量100 g/t、SNS調整劑為1000 g/t、捕收劑與起泡劑的用量比在3∶1左右,進行捕收劑及起泡劑用量試驗,試驗流程圖見圖5,試驗結果見表3。

圖5 捕收劑及起泡劑用量試驗流程圖

表3 捕收劑及起泡劑用量試驗結果

由表3試驗結果可知,在一定的捕收劑用量范圍內(nèi),隨著藥劑用量提高,吸附量增大,泡沫上浮量增大,鋁精礦中硫含量降低;當用量達到相當值后,繼續(xù)增加藥劑用量時,泡沫上浮量增大,但鋁精礦產(chǎn)率呈降低趨勢,硫含量不再繼續(xù)降低;綜合比較確定最佳藥劑用量為捕收劑總用量600 g/t、起泡劑總用量200 g/t。

2.5 脫硫開路試驗

在條件試驗最佳的基礎上,按圖6所示開路試驗流程圖,進行脫硫開路試驗,試驗結果見表4。

圖6 開路試驗流程圖

由表4的開路試驗結果可知,原礦經(jīng)過“一粗兩精兩掃”的浮選脫硫開路試驗后,可以得到產(chǎn)率為71.82%,硫含量為0.17%的鋁精礦,該鋁精礦滿足了氧化鋁冶煉原料的要求。

表4 開路試驗結果

2.6 脫硫閉路試驗

在開路試驗的基礎上,進行“一粗兩精兩掃”閉路試驗,閉路試驗流程見圖7,試驗結果見表5。

圖7 閉路試驗流程圖

表5 閉路試驗結果

由表5閉路試驗結果可知,通過“一粗二精兩掃”的閉路浮選試驗可得:浮選鋁精礦產(chǎn)率92.07%,硫含量為0.30%;硫精礦硫含量為25.38%。本流程可以處理該高硫鋁土礦。

3 擴大連選試驗研究

高硫鋁土礦浮選脫硫擴大連選試驗處理規(guī)模為4.8 t/d,試驗期間先后進行了“一粗一精一掃”、“一粗兩精一掃”流程對比試驗以及“一粗兩精兩掃”連續(xù)試驗。

3.1 “一粗一精一掃”流程試驗

“一粗一精一掃”流程試驗采用“一段磨礦一段分級+一次粗選一次精選一次掃選”的反浮選脫硫工藝進行了流程調試:原礦石經(jīng)過一段磨礦一段分級,旋振篩合格產(chǎn)品進入粗選,粗選底流進入精選,精選底流為鋁精礦;精選泡沫進入粗選,粗選泡沫進入掃選,掃選泡沫為硫精礦;掃選底流返回粗選。浮選設備均為Φ800 mm無傳動浮選槽,共3臺?！耙淮忠痪粧摺狈锤∵x脫硫工藝流程見圖8,試驗指標見表6。

圖8 “一粗一精一掃”反浮選脫硫擴大連選試驗流程圖

表6 “一粗一精一掃”反浮選脫硫擴大連選試驗結果

由“一粗一精一掃”反浮選脫硫工藝流程調試可知,在高硫鋁土礦原礦硫含量為2.26%時,通過“一粗一精一掃”浮選脫硫提質流程調試,可得浮選鋁精礦平均硫含量為0.39%、產(chǎn)率為89.31%,硫精礦平均硫含量為17.88%;該流程浮選工藝相對簡單,設備投資少,但其流程適應性較差,且其鋁精礦硫含量偏高,硫精礦硫含量未較好富集,鋁精礦產(chǎn)率偏低。

3.2 “一粗兩精一掃”流程試驗

“一粗兩精一掃”流程試驗采用“一段磨礦一段分級+一次粗選兩次精選一次掃選”的反浮選脫硫工藝進行了流程調試:原礦石經(jīng)過一段磨礦一段分級,旋振篩合格產(chǎn)品進入粗選,粗選底流進入精選一,精選一底流進入精選二,精選二底流為鋁精礦;精選二泡沫進入精選一,精選一泡沫進入粗選,粗選泡沫進入掃選,掃選泡沫為硫精礦;掃選底流返回粗選。浮選設備均為Φ800 mm無傳動浮選槽,共4臺。“一粗兩精一掃”反浮選脫硫工藝流程見圖9,試驗指標見表7。

圖9 “一粗兩精一掃”反浮選脫硫擴大連選試驗流程圖

表7 “一粗兩精一掃”反浮選脫硫擴大連選試驗結果

由“一粗兩精一掃”反浮選脫硫工藝流程調試可知,在高硫鋁土礦原礦硫含量為2.31%時,通過“一粗兩精一掃”浮選脫硫提質流程調試,可得浮選鋁精礦平均硫含量為0.31%、產(chǎn)率為89.11%,硫精礦平均硫含量為18.65%;該流程浮選所得鋁精礦硫含量較低,但其硫精礦硫含量未較好的富集,鋁精礦產(chǎn)率偏低。

3.3 “一粗兩精兩掃”流程連續(xù)試驗

“一粗兩精兩掃”流程連續(xù)試驗采用“一段磨礦一段分級+一次粗選兩次精選兩次掃選”的反浮選脫硫工藝進行了連續(xù)運轉調試:原礦石經(jīng)過一段磨礦一段分級,旋振篩合格產(chǎn)品進入粗選,粗選底流進入精選一,精選一底流進入精選二,精選二底流為鋁精礦;精選二泡沫進入精選一,精選一泡沫進入粗選,粗選泡沫進入掃選一,掃選一泡沫進入掃選二,掃選二泡沫為硫精礦;掃選二底流返回掃選一,掃選一底流返回粗選。浮選設備均為Φ800 mm無傳動浮選槽,共5臺。連續(xù)調試工藝流程見圖10,浮選指標見表8。

圖10 “一粗兩精兩掃”反浮選脫硫擴大連選試驗流程圖

由表8連續(xù)調試指標結果可知,在高硫鋁土礦原礦硫含量為2.30%時,通過“一粗兩精兩掃”浮選脫硫提質流程連續(xù)調試,可得浮選鋁精礦平均硫含量為0.31%、產(chǎn)率為92.30%;硫精礦平均硫含量為26.09%。

表8 “一粗兩精兩掃”反浮選脫硫擴大連選試驗結果

在連續(xù)調試期間取浮選脫硫全流程考察樣,進行了流程考察計算,全流程數(shù)質量和礦漿流程見圖11。

圖11 “一粗兩精兩掃”全流程數(shù)質量和礦漿流程圖

4 結 論

選礦脫硫是高硫鋁土礦開發(fā)利用的一種有效途徑,開展高硫鋁土礦反浮選脫硫提質,是降低高硫鋁土礦特別是黃鐵礦型高硫鋁土礦利用的有效方法。

(1)針對山西某高硫鋁土礦,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,進行了擴大連選試驗流程對比,確定最終流程為“一粗兩精兩掃”,并進行了連選調試,取得了浮選鋁精礦平均硫含量為0.31%、產(chǎn)率為92.30%,硫精礦平均硫含量為26.09%的結果。

(2)考察計算了全流程數(shù)質量及礦漿流量,為該高硫鋁土礦的后續(xù)選廠設計提供了數(shù)據(jù)支撐。