某鋁土礦浮選脫硅脫硫工藝礦物學(xué)的可行性研究

任 朋,郭 鑫,張 樂(lè),田應(yīng)忠

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

我國(guó)鋁土礦資源主要以一水硬鋁石型為主,其中高硫型一水硬鋁石型鋁土礦儲(chǔ)量達(dá)1.5億噸,占總儲(chǔ)量的11.0%左右[1-2]。隨著工業(yè)不斷發(fā)展,我國(guó)鋁資源消耗也在逐步增加,優(yōu)質(zhì)的鋁土礦資源已開(kāi)發(fā)殆盡,貧礦、高硫鋁土礦等資源正在被不斷的開(kāi)發(fā)利用[3-5]。本文對(duì)云南某高硫鋁土礦進(jìn)行了元素和礦物物相組成分析,著重研究了鋁、鐵、硫的礦物組成、嵌布特征、粒級(jí)分布、礦物單體解離度等工藝礦物學(xué)性質(zhì),為該地區(qū)高硫鋁土礦選礦脫硫試驗(yàn)研究提供了重要的理論依據(jù),對(duì)提高選礦指標(biāo)具有重要的指導(dǎo)作用。

1 原礦性質(zhì)分析

1.1 礦樣制備

根據(jù)分析需求,挑選部分代表性塊樣,磨制光片、薄片,用作光學(xué)顯微鏡下觀察;將原礦進(jìn)行破碎、混勻、縮分后,磨細(xì)至-200目粒級(jí),用作X-熒光光譜分析和X衍射分析。將原礦進(jìn)行破碎、混勻、縮分后,磨細(xì)至-0.3 mm,用作MLA(礦物特征自動(dòng)定量分析系統(tǒng))分析。

1.2 主要化學(xué)元素分析

原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果參見(jiàn)表1。分析結(jié)果表明,礦石中Al2O3含量為49.94%,SiO2含量為10.01%,A/S為4.99。原礦中S含量為6.47%,S含量較高,屬高硫鋁土礦。

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果

1.3 礦物物相組成分析

采用MLA(工藝礦物學(xué)參數(shù)設(shè)置分析系統(tǒng))對(duì)礦石進(jìn)行分析,以確定其礦物組成。礦物組成與含量結(jié)果分析見(jiàn)表2。

表2 礦石的礦物組成

分析結(jié)果表明,該礦石共由13種礦物組成,其中,一水硬鋁石含量最高,達(dá)到53.72%,其次為黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石等,含量分別為11.97%、16.10%、7.77%和5.20%,另有少量方解石、白云石、高嶺石、銳鈦礦、石英、草鐵礬,偶見(jiàn)三水鋁石和石墨。

2 主要礦物的嵌布特征

2.1 一水硬鋁石的嵌布特征

一水硬鋁石的嵌布特征見(jiàn)顯微照片圖1。

圖1 一水硬鋁石掃描電鏡圖像

由圖3可知,一水硬鋁石粒度較粗且主要與黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石等共生,一水硬鋁石顆粒中包裹細(xì)粒黃鐵礦、赤/褐鐵礦、綠泥石的現(xiàn)象比較普遍,使其在磨礦過(guò)程中充分解離存在一定難度。

2.2 黃鐵礦的嵌布特征

黃鐵礦的嵌布特征見(jiàn)顯微照片圖2。

由圖2可知,黃鐵礦呈現(xiàn)兩種典型的嵌布特征:粗粒黃鐵礦與其它礦物的共生關(guān)系較為簡(jiǎn)單,大多解離程度較好;而細(xì)粒黃鐵礦顆粒與其它礦物,特別是一水硬鋁石、白云母的共生關(guān)系復(fù)雜,多呈微細(xì)粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,在磨礦過(guò)程中充分解離存在一定難度。

圖2 黃鐵礦掃描電鏡圖像

2.3 赤/褐鐵礦的嵌布特征

赤/褐鐵礦的嵌布特征見(jiàn)圖3。

圖3 赤/褐鐵礦掃描電鏡圖像

由圖4可知,赤/褐鐵礦與一水硬鋁石的共生關(guān)系最為緊密,多與一水硬鋁石呈簡(jiǎn)單連生關(guān)系,部分與一水硬鋁石相互包裹,另與白云母、綠泥石有少量連生或包裹。

2.4 主要礦物與其它礦物的共生關(guān)系

采用MLA分析并統(tǒng)計(jì)礦石中目的礦物與其它礦物的共生關(guān)系,分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 主要礦物的共生關(guān)系

分析結(jié)果表明,礦石中一水硬鋁石的自由表面積比例為90.20%。一水硬鋁石主要與黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石共生。黃鐵礦的自由表面積比例為84.78%,主要與一水硬鋁石、白云母共生,其它少量。赤/褐鐵礦的自由表面積比例為74.32%。赤/褐鐵礦主要與一水硬鋁石共生,其次為白云母、綠泥石,其它少量。

3 主要礦物粒度、解離度分析

3.1 粒度分布特征

將綜合樣磨細(xì)至-0.3 mm后,MLA對(duì)當(dāng)前磨礦細(xì)度條件下目的礦物和礦石的粒度特征進(jìn)行了分析和統(tǒng)計(jì)(其中,礦石的粒度可視為磨礦細(xì)度;目的礦物的粒度可視為其當(dāng)前磨礦細(xì)度下的嵌布粒度或工藝粒度,統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括目的礦物在單體顆粒、連生體、包裹體顆粒中的粒度)。分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 主要礦物和礦石的粒度特征分布

分析結(jié)果表明,在當(dāng)前磨礦細(xì)度條件下,礦石+75 μm(+200目)粒級(jí)的累計(jì)分布率為37.44%,礦石的磨礦粒度較粗。其中,一水硬鋁石、黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦和綠泥石+75 μm粒級(jí)的累計(jì)分布率分別為40.04%、3.02%、32.22%、29.83%和3.35%。

3.2 解離度分析

表5 主要礦物的解離度分析結(jié)果

分析結(jié)果表明,在礦石磨礦細(xì)度為-75 μm(-200目)含量為62.56%時(shí),除黃鐵礦外,各主要礦物的單體解離水平均較低。其中,目的礦物一水硬鋁石完全解離的顆粒僅占43.99%。黃鐵礦雖然單體解離水平較高,完全解離的達(dá)到74.40%,但其未解離部分與目的礦物一水硬鋁石的共生關(guān)系極為緊密,多呈微細(xì)粒形式包裹于一水硬鋁石中,仍會(huì)對(duì)選礦脫硫指標(biāo)造成一定影響。

3.3 鋁元素賦存狀態(tài)

鋁元素的賦存狀態(tài)MLA分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 鋁的賦存狀態(tài)分析結(jié)果 %

分析結(jié)果表明,礦石中的含鋁礦物共5種,其中一水硬鋁石是鋁最主要的載體礦物,鋁在其中的分布率達(dá)到86.62%;其次為白云母,鋁在其中的分布率為9.76%;另有少量分布于赤/褐鐵礦、綠泥石和高嶺石中。

4 影響選冶工藝的礦物學(xué)因素

4.1 影響選礦脫硅工藝的礦物學(xué)因素

4.1.1 礦物組成對(duì)選礦的影響

該鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦。由該礦元素分析可知,礦石中氧化鋁含量為49.94%,鋁硅比為4.99,主要含硅礦物為白云母、高嶺石,礦石鋁硅比低,成分較為復(fù)雜。一水硬鋁石的晶體結(jié)構(gòu)與含硅脈石礦物的晶體結(jié)構(gòu)差異較大,一水硬鋁石屬于鏈狀結(jié)構(gòu)基型,硬度大,較難磨;而白云母、高嶺石屬于層狀鋁硅酸鹽礦物,硬度低,密度小,可磨性高。在碎磨過(guò)程中,白云母、高嶺石等脈石將優(yōu)先被磨細(xì),解離。如果要將一水硬鋁石磨細(xì)至浮選粒度,鋁硅酸鹽礦物將過(guò)磨并出現(xiàn)泥化現(xiàn)象, 影響浮選過(guò)程。礦物粒度變小后,由于比表面積與表面能增加,引起礦泥罩蓋和細(xì)粒夾帶等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響脫硅效果。因此針對(duì)該礦,在優(yōu)化碎磨工藝基礎(chǔ)上,推薦采用粗磨-反浮選脫硅的工藝進(jìn)行浮選脫硅。

4.1.2 嵌布特征對(duì)選礦的影響

礦石中86.62%的鋁是以一水硬鋁石的狀態(tài)存在,鋁硅酸鹽礦物主要以白云母、高嶺石狀態(tài)存在。其中白云母和高嶺石為易泥化礦物,不利于選礦。由主要礦物的共生關(guān)系可知,白云母的自由表面積比例為90.22%,其余主要與一硬水鋁石、黃鐵礦、赤/褐鐵礦、綠泥石共生。由礦物嵌布特征電鏡照片可知,白云母與一水硬鋁石、黃鐵礦、赤/褐鐵礦嵌布關(guān)系復(fù)雜,部分細(xì)粒一水硬鋁石和其他脈石礦物與白云母相互包裹或共生,造成此部分礦物難以單體解離。

4.1.3 粒度對(duì)選礦的影響

由礦物的粒度測(cè)量結(jié)果看出,一水硬鋁石粒度較粗,其中粒度+0.075 mm 的一水硬鋁石占40.04%,而粒度-0.019 mm的一水硬鋁石占6.05%。鋁硅酸鹽礦物粒度較細(xì),其中粒度+0.075 mm 的白云母占32.22%,而粒度-0.019 mm的白云母占8.51%。由于一水硬鋁石硬度高,較難磨,鋁硅酸鹽礦物易磨,使得在磨礦過(guò)程中含硅鋁硅酸鹽礦物優(yōu)先解離。部分一水硬鋁石中包裹有少量的脈石礦物,但由于此部分一水硬鋁石的鋁硅比高,可視為富集合體,不需過(guò)度追求其單體解離,因此本礦石可以粗磨入選。

4.2 影響選礦脫硫工藝的礦物學(xué)因素

4.2.1 礦物組成對(duì)選礦的影響

鋁土礦中的硫元素在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致結(jié)疤嚴(yán)重、堿耗增加、設(shè)備腐蝕、氧化鋁品質(zhì)變差等諸多問(wèn)題,使得高硫鋁土礦不適宜直接用于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁,極大的影響了高硫鋁土礦的高效利用。由該礦元素分析可知,礦石中硫含量為6.47%,主要含硫礦物為黃鐵礦,主要成分為FeS2。黃鐵礦可浮性較好,在一般情況下,很容易用黃藥類(lèi)捕收劑浮出。浮選表面化學(xué)研究表明,黃藥在黃鐵礦表面氧化成雙黃藥吸附,形成疏水膜。因此針對(duì)該鋁土礦,在合適浮選脫硫藥劑和脫硫工藝下,可有效的降低原礦中的硫含量,提高鋁土礦的利用效率。

4.2.2 嵌布特征對(duì)選礦的影響

礦石中的硫主要以黃鐵礦的狀態(tài)存在。一水硬鋁石的浸染粒度以粗粒嵌布為主,但其在-0.038 mm粒級(jí)的分布率也較高,為36.05%,另一部分則呈細(xì)粒狀被其他礦物包裹,這部分微細(xì)粒的一水硬鋁石難以單體解離,對(duì)氧化鋁的回收有一定的影響。礦石中黃鐵礦的浸染粒度較細(xì),-0.038 mm粒級(jí)的分布率為77.80%,而細(xì)粒黃鐵礦顆粒與其它礦物,特別是一水硬鋁石、白云母的共生關(guān)系復(fù)雜,多呈微細(xì)粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,在磨礦過(guò)程中充分解離難度大,這對(duì)脫硫效果有較大影響。因此應(yīng)該加強(qiáng)磨礦技術(shù)和工藝的研究,使一水硬鋁石礦物既充分單體解離,又盡量避免過(guò)磨,同時(shí)使細(xì)粒黃鐵礦礦物有效解離出來(lái),提高脫硫效率。

4.2.3 粒度對(duì)選礦的影響

從礦物的粒度測(cè)量結(jié)果可以看出,黃鐵礦粒度較細(xì),大部分在0.075 mm以下,-0.019 mm含量為46.26%,細(xì)粒級(jí)含量較高。由黃鐵礦顯微照片和礦物共生關(guān)系分析可知,細(xì)粒未解離的黃鐵礦與一水硬鋁石、白云母、赤/褐鐵礦的共生關(guān)系極為緊密,多呈微細(xì)粒形式包裹于其他礦物中。因此綜合同步脫硅、脫硫的要求,本礦適合階段磨礦-階段選別的工藝流程以達(dá)到良好的脫硅、脫硫效果。

5 結(jié) 論

(1)西南某鋁土礦屬高硫一水硬鋁石型鋁土礦,礦石中主要有用礦物為一水硬鋁石,氧化鋁含量為49.94%,S含量為6.47%,硅含量為10.01%,A/S為4.99。礦石中,硅主要以鋁硅酸鹽礦物形式存在,硫主要以黃鐵礦形式存在。

(2)該礦嵌布關(guān)系較為復(fù)雜,一水硬鋁石顆粒中包裹細(xì)粒黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石的現(xiàn)象比較普遍,細(xì)粒黃鐵礦多呈微細(xì)粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,因此要充分考慮磨礦因素對(duì)一水硬鋁石、黃鐵礦和其他脈石礦物充分解離的影響。

(4)從該礦的工藝礦物學(xué)分析結(jié)果可知,一水硬鋁石和脈石礦物的解離度差異較大,且部分細(xì)粒級(jí)的一水硬鋁石與脈石礦物共生關(guān)系復(fù)雜。因此,在該礦在進(jìn)行浮選脫硅、脫硫時(shí),宜采用粗磨入選脫硅、粗精礦細(xì)磨浮選脫硫的工藝流程,以避免含硅鋁硅酸鹽礦物和一水硬鋁石過(guò)磨泥化和含硫礦物解離不充分造成脫硅、脫硫效果不佳。

(5)對(duì)該型鋁土礦的工藝礦物學(xué)研究,充分了解了礦石中各礦物組分的礦物學(xué)特性,分析了影響該型鋁土礦選冶工藝的因素,為該鋁土礦的選礦除雜和高效利用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。