高硫鋁土礦浮選脫硫試驗(yàn)研究

張站云,張建強(qiáng),李莎莎,魏兆斌

(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)

我國現(xiàn)有儲(chǔ)量巨大的鋁土礦因?yàn)槠浜蛄窟^高而無法進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn),其中品位較高的高硫一水硬鋁石型鋁土礦儲(chǔ)量占我國高品位鋁土礦總儲(chǔ)量的55%以上,主要集中在貴州南部、廣西平果、山東淄博等三個(gè)地區(qū)[1-3]。由某地區(qū)勘查的大量礦石化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)可知某高硫鋁土礦的Al2O3含量為40%～75%、S含量為2%～15%,該部分高硫鋁土礦開發(fā)利用程度較低,且僅用于選冶過程中的配礦使用,其單獨(dú)利用處于空白[4-5]。

高硫鋁土礦中的主要硫化礦物有黃鐵礦(FeS2)及其異構(gòu)體白鐵礦和膠黃鐵礦以及石膏CaSO4一類硫酸鹽。拜耳法過程中硫的主要危害首先表現(xiàn)在不同價(jià)態(tài)的變價(jià)硫會(huì)加速礦漿加熱及溶出系統(tǒng)以及蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕過程;其次會(huì)使得氧化鋁產(chǎn)品中鐵含量升高,產(chǎn)品化學(xué)質(zhì)量變差;再者拜耳法過程中硫的存在還會(huì)給赤泥沉降分離及母液蒸發(fā)過程的操作帶來相應(yīng)的困難;并且拜耳法過程中硫的存在會(huì)使堿耗增加[6-9]。由此可見,高硫鋁土礦不能直接用于氧化鋁生產(chǎn)。

1 礦樣性質(zhì)

本次試驗(yàn)礦樣為某地區(qū)的高硫鋁土礦,通過鉆孔取樣約500 kg,礦樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1,物相分析結(jié)果見表2。

表1 礦樣的化學(xué)多元素分析 %

表2 礦樣的物相分析 %

由分析結(jié)果可知:該礦樣Al2O3含量為64.55%, SiO2含量為1.70,硫含量為7.18%,Fe2O3含量為9.20%,鋁硅比為37.35;有用鋁礦物主要為一水硬鋁石,含硅脈石礦物有高嶺石和石英,硫礦物主要為黃鐵礦(FeS2)。

2 解離工藝礦物學(xué)研究

采用QEMSCAN對(duì)礦樣中的主要礦物嵌布關(guān)系及解離度進(jìn)行分析。樣品中主要礦物的嵌布關(guān)系見圖1,解離度分析結(jié)果見表3。

由圖1可知,26.99%的黃鐵礦與一水硬鋁石相連,0.99%的黃鐵礦與高嶺石相連,1.10%的黃鐵礦與鈦礦物相連,0.02%的黃鐵礦與石英相連,0.84%的黃鐵礦與其它礦物相連。

對(duì)磨礦解離產(chǎn)品進(jìn)行篩分,分析各粒級(jí)中的黃鐵礦單體解離度,分析結(jié)果見表3。

圖1 主要礦物嵌布關(guān)系圖

表3 不同粒級(jí)中黃鐵礦的單體解離度

從分析結(jié)果看出:礦石中黃鐵礦單體解離度在各粒級(jí)變化較大,粒度越細(xì)單體解離程度越高;磨礦產(chǎn)品中解離度在80%以上的黃鐵礦含量為84.24%,整體解離度尚可。

3 浮選脫硫試驗(yàn)研究

浮選脫硫主要是通過添加浮選藥劑脫除礦石中含硫礦物,從而實(shí)現(xiàn)礦石中硫雜質(zhì)的降低、品質(zhì)的提升。為有效地分選有用礦物與脈石礦物,需添加某些藥劑,以改變礦物表面的物理化學(xué)性質(zhì)及介質(zhì)的性質(zhì),這些藥劑統(tǒng)稱浮選藥劑,按其用途可分為捕收劑、抑制劑、活化劑、起泡劑等。

本試驗(yàn)研究在解離工藝礦物學(xué)研究確定的磨礦條件下,開展pH值的影響、抑制劑用量、活化劑用量、捕收劑用量等條件試驗(yàn)研究,試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 條件試驗(yàn)流程圖

3.1 pH值對(duì)浮選的影響試驗(yàn)研究

礦漿pH值,又叫礦漿酸堿度,它是指礦漿中氫離子的濃度[H+]或堿離子的濃度[OH-]的大小。各種礦物的浮選,在一定條件下存在著一個(gè)適宜的pH值,因?yàn)榈V漿的pH值往往直接或間接影響礦物的可浮性。開展pH值對(duì)浮選脫硫的影響試驗(yàn)研究,確定最適宜的礦樣浮選脫硫pH值,試驗(yàn)流程見圖2,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 pH值對(duì)浮選脫硫的影響試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)比

由圖3試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知,隨著pH值改變,浮選鋁精礦中硫含量在pH 1～2.5時(shí)呈穩(wěn)定趨勢(shì)、pH 2.5～7時(shí)呈上升趨勢(shì)、pH 7～8.5時(shí)呈下降趨勢(shì)、pH 8.5～13呈上升趨勢(shì)。整體對(duì)比較佳的浮選pH值為2.5,浮選指標(biāo)較佳。其主要原因?yàn)殛庪x子捕收劑在礦物表面的吸附密度就與黃藥陰離子的濃度和氫氧離子濃度的比值[X-]/[(OH-)]有一定的關(guān)系,pH值愈高,黃藥在礦物表面的吸附量越低;在酸性至弱堿性條件下,pH也影響到礦粒表面的電性,pH值的大小改變了礦粒表面的電位;在堿性條件下,由于pH值較大,礦槳中的[OH-]離子較多,礦粒表面吸附大量的[OH-]會(huì)使礦粒表面親水性增大并阻礙捕收劑陰離子的吸附。

3.2 抑制劑用量試驗(yàn)

在浮選脫硫過程中,黃鐵礦附著在氣泡上進(jìn)入泡沫產(chǎn)品,為避免含鋁礦物上浮,需要添加脫硫抑制劑,阻礙含鋁礦物的上浮。開展脫硫抑制劑用量試驗(yàn)研究,試驗(yàn)流程見圖2,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4試驗(yàn)結(jié)果可知,在抑制劑作用下,隨著用量的增加浮選鋁精礦硫含量呈先降后升趨勢(shì),抑制劑在礦漿中主要吸附在石英、硅酸鹽及鋁硅酸鹽礦物的表面,當(dāng)用量達(dá)到一定量時(shí),吸附效果最優(yōu),浮選結(jié)果較佳;用量過小時(shí),部分礦物未被吸附而跟隨氣泡上浮;當(dāng)用量過大時(shí),部分黃鐵礦的表面也被水玻璃吸附。比較確定最佳的抑制劑用量為2 000 g/t。

圖4 抑制劑用量試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比

3.3 活化劑用量試驗(yàn)

活化劑在浮選黃鐵礦時(shí)起預(yù)先活化作用,添加活化劑溶去抑制性的氫氧化鐵薄膜,使之露出新鮮表面,有利于捕收劑對(duì)黃鐵礦的捕收。本試驗(yàn)主要考察活化劑用量對(duì)浮選脫硫的影響,試驗(yàn)流程見圖2,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知:隨著活化劑的用量增加,浮選鋁精礦產(chǎn)率呈降低趨勢(shì)、硫含量先降后升的趨勢(shì),表明硫酸銅作為活化劑可促進(jìn)捕收劑選擇吸附黃鐵礦,但用量過大時(shí),則造成了產(chǎn)率的降低。綜合比較活化劑用量為100 g/t時(shí)效果較佳。

圖5 脫硫活化劑用量試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)比

3.4 捕收劑用量試驗(yàn)

捕收劑主要作用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(duì)浮選工藝指標(biāo)有著極其重要的影響。本試驗(yàn)主要考察不同類型的捕收劑及其用量對(duì)浮選脫硫的影響,試驗(yàn)流程見圖6,試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。

由表4、5試驗(yàn)結(jié)果可知:隨著捕收劑用量的增加浮選鋁精礦硫含量呈逐步降低并趨穩(wěn)的趨勢(shì),當(dāng)用量超過600 g/t時(shí),鋁精礦硫含量趨于穩(wěn)定、產(chǎn)率逐步下降,確定最佳用量為600 g/t時(shí),鋁精礦產(chǎn)率59.58%、硫含量0.35%。

圖6 捕收劑用量試驗(yàn)流程圖

表4 脫硫捕收劑用量試驗(yàn)研究結(jié)果(一)

表5 脫硫捕收劑用量試驗(yàn)研究結(jié)果(二)

3.5 脫硫開路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)最佳的基礎(chǔ)上,按圖7所示開路試驗(yàn)流程圖,進(jìn)行脫硫開路試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖7 開路試驗(yàn)流程圖

表6 開路試驗(yàn)結(jié)果

由表6的開路試驗(yàn)結(jié)果可知,原礦經(jīng)過“一粗兩精三掃”的浮選脫硫開路試驗(yàn)后,可以得到產(chǎn)率為60.87%,硫含量為0.34%的鋁精礦,該鋁精礦滿足了氧化鋁冶煉原料的要求。

3.6 脫硫閉路試驗(yàn)

在開路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行“一粗兩精兩掃”閉路試驗(yàn),閉路試驗(yàn)流程見圖8,試驗(yàn)結(jié)果見表7。

由表7閉路試驗(yàn)結(jié)果可知,原礦硫含量為7.18%,通過“一粗二精三掃”的閉路浮選試驗(yàn)可得:浮選鋁精礦產(chǎn)率81.38%,硫含量為0.45%、Al2O3回收率96.15%;硫精礦硫含量為38.25%。

表7 閉路試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

該鋁土礦礦樣Al2O3含量為64.55%, SiO2含量為1.70,硫含量為7.18%,Fe2O3含量為9.20%,鋁硅比為37.35,通過試驗(yàn)研究,最終流程采用“一粗兩精三掃”閉路流程,并進(jìn)行了連選調(diào)試,取得了浮選鋁精礦產(chǎn)率81.38%,硫含量為0.45%、Al2O3回收率96.15%,有效的降低了原礦中的硫含量,為該鋁土礦的浮選脫硫提質(zhì)綜合利用提供了技術(shù)支撐。