朱煜騰， 歐樂明， 張鵬羽， 朱仔成

(1.中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院,湖南 長沙410083； 2.戰(zhàn)略含鈣礦物資源清潔高效利用湖南省重點實驗室,湖南 長沙410083)

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展,我國已成為世界第一大鋁生產(chǎn)國和消費國［1］。 我國低品位鋁土礦資源儲量豐富且主要以一水硬鋁石型為主,一般需要浮選脫硅才能用于工業(yè)拜耳法生產(chǎn),但鋁土礦磨礦產(chǎn)品粒度兩極分化嚴重,細粒級含量高的問題嚴重影響著鋁土礦浮選脫硅效率［2-3］。 因此,開發(fā)適用于低品位微細粒鋁土礦浮選的新型設(shè)備對于盤活低品位鋁土礦資源具有重要意義。

浮選柱作為一種微細粒浮選設(shè)備,廣泛應(yīng)用于各類金屬和非金屬選別,但傳統(tǒng)逆流式浮選柱仍存在諸多問題,如礦漿在浮選柱軸向返混嚴重,浮選柱液面出現(xiàn)翻花溝流現(xiàn)象等［4-5］。 研究表明,在傳統(tǒng)逆流式浮選柱中充填介質(zhì)可實現(xiàn)浮選柱內(nèi)靜態(tài)分選,有效解決傳統(tǒng)逆流式浮選柱存在的問題［6-8］。 本文以微細粒鋁土礦為研究對象,探究不同高度“十字形”充填介質(zhì)對鋁土礦浮選及柱內(nèi)流態(tài)影響規(guī)律,為浮選柱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。

1 試樣及試驗系統(tǒng)

1.1 試 樣

試樣取自河南某鋁土礦礦山,破碎至-3 mm 后混勻。 試樣多元素分析結(jié)果如表1 所示。 原礦鋁硅比為1.92,屬于典型的低鋁硅比型鋁土礦。 該鋁土礦屬于一水硬鋁石型鋁土礦,主要脈石礦物為云母、菱鐵礦、高嶺石、銳鈦礦、石英、方解石和黃鐵礦。 原礦硅含量較高,需要通過浮選脫硅獲得合格精礦。 由于該低品位鋁土礦嵌布粒度較細,根據(jù)現(xiàn)場實際情況和微細粒級鋁土礦浮選實驗?zāi)康?確定的實驗室規(guī)模磨礦細度大致為-0.074 mm 粒級占90%。 表2 為用于試驗研究的磨礦產(chǎn)品粒度分布數(shù)據(jù)。

表1 鋁土礦礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）/%

表2 磨礦產(chǎn)品粒度分析結(jié)果

表2 數(shù)據(jù)表明,當(dāng)-0.074 mm 粒級含量達到90%以上時,-0.038 mm 粒級占70%以上。

1.2 試驗系統(tǒng)

本次柱浮選試驗核心設(shè)備為自制實驗室小型浮選柱,規(guī)格為Φ80 mm×1 300 mm,浮選柱柱體由4 段有機玻璃管組成,各段有機玻璃管中開有取樣孔(A、B、C、D),可實現(xiàn)浮選柱軸向高度取樣,有機玻璃管之間通過法蘭連接,不同充填介質(zhì)固定在兩段有機玻璃管之間。 柱浮選試驗設(shè)備聯(lián)系圖如圖1 所示。

圖1 柱浮選試驗設(shè)備示意

試驗用充填介質(zhì)為PVC 薄板自制而成,薄板厚度為1 mm,橫向和縱向各3 塊薄板相互垂直交叉固定在圓環(huán)上,薄板方向與浮選柱軸線平行,相鄰兩薄板間距離為20 mm。 充填介質(zhì)如圖2 所示。

圖2 不同高度充填介質(zhì)示意

柱浮選操作過程為:稱取2 000 g 鋁土礦分批磨至-0.074 mm 粒級占90.86%后,用0.147 mm 標準篩隔除粗顆粒,然后將篩下礦漿倒入攪拌桶中,浮選礦漿濃度控制在15%左右,先加入碳酸鈉調(diào)整礦漿pH 值至9.5 左右,攪拌3 min,再加入六偏磷酸鈉100 g/t,攪拌3 min 后加入油酸鈉1 200 g/t,攪拌4 min。 調(diào)漿完成后,按浮選柱操作程序啟動浮選柱系統(tǒng),調(diào)節(jié)空壓機閥門至指定充氣壓力,保證充氣量為150 L/h,用蠕動泵(WG600S-CE 型工業(yè)蠕動泵)將礦漿經(jīng)給礦口給入浮選柱,讓礦漿到達指定液位,然后調(diào)節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速為150 r/min,打開尾礦蠕動泵,使液位維持穩(wěn)定,待泡沫層穩(wěn)定后打開淋洗水噴頭,保持淋洗水流量為7.17 mL/s,同時從不同浮選柱軸向高度的4 個取樣點A、B、C、D各取出50 mL 礦漿樣品,使用Malvern Mastersize 2000型激光粒度分析儀進行粒度測試,接著浮選12 min,得到精礦和尾礦產(chǎn)品。 將得到的精礦、尾礦產(chǎn)品過濾、烘干、制樣、化驗。 使用激光粒度分析儀分析精礦產(chǎn)品粒度組成。 保持試驗參數(shù)不變,更換不同高度充填介質(zhì)進行柱浮選,探究對比有無充填介質(zhì)以及充填介質(zhì)高度對浮選指標和粒度分布的影響。 浮選工藝流程見圖3。

圖3 浮選工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 充填介質(zhì)對鋁土礦浮選指標的影響

添加不同高度十字型充填介質(zhì)后的柱浮選指標如表3 所示。 由表3 可以看出,添加充填介質(zhì)可以有效提高鋁土礦浮選鋁硅比,強化浮選分離效果。 隨著充填介質(zhì)高度增加,Al2O3品位變化不大,但精礦中SiO2品位下降較明顯,鋁硅比A/S 隨著充填介質(zhì)高度增加顯著增加。 當(dāng)充填介質(zhì)高度達60 mm 時,精礦中SiO2品位降至5.01%,A/S 達到11.83。 這說明在浮選柱中添加“十字形”充填介質(zhì)可以有效強化有用礦物的富集,降低硅含量,獲得優(yōu)質(zhì)的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁原料。

表3 充填介質(zhì)高度對柱浮選指標的影響

2.2 充填介質(zhì)對精礦產(chǎn)品粒度分布的影響

表4 為使用不同高度介質(zhì)進行充填時浮選柱精礦產(chǎn)品粒度分布情況。 添加充填介質(zhì)可有效提高精礦產(chǎn)品中0.010～0.038 mm 易浮粒級含量,降低微細粒級和粗粒級產(chǎn)品含量,由此提高精礦產(chǎn)品A/S,提高產(chǎn)品質(zhì)量。 由鋁土礦選擇性磨礦特點可知,磨礦產(chǎn)品中Si 主要在-0.010 mm 粒級中富集［9］。 因此降低-0.010 mm粒級含量可有效降低精礦中含硅脈石含量,從而達到提高鋁硅比的目的。

表4 精礦產(chǎn)品粒級分布情況

2.3 充填介質(zhì)對浮選柱內(nèi)軸向粒度分布特性的影響

傳統(tǒng)無充填逆流式浮選柱中液相速度在浮選柱徑向方向有一定變化,在柱中心向上、近壁面向下,浮選柱內(nèi)存在較大的循環(huán)流,柱內(nèi)返混嚴重。 返混會加劇已礦化氣泡顆粒的脫附,造成精礦品位和回收率下降。添加充填介質(zhì)后,浮選柱內(nèi)大的漩渦消失,返混減弱,浮選柱內(nèi)紊流度降低,礦化氣泡-顆粒脫附概率降低,氣泡兼并情況減少,浮選柱內(nèi)流態(tài)趨向于柱塞流,更加有利于礦物的富集分選［7］。 充填介質(zhì)對浮選柱內(nèi)流態(tài)影響如圖4 所示,在分選區(qū)域內(nèi)添加充填介質(zhì)可明顯改善浮選柱內(nèi)流態(tài)特性。

圖4 充填介質(zhì)對浮選柱內(nèi)流態(tài)影響

柱塞流的特點是物料在每一截面上性質(zhì)完全相同,所有礦粒駐留時間都一樣,但同時也意味著中心軸上存在可浮物濃度梯度［10］。 根據(jù)鋁土礦選擇性磨礦的特點,本文以軸向粒度分布來表征可浮物濃度變化。不同充填介質(zhì)高度下礦物顆粒粒度分布隨浮選柱軸向高度變化(取樣點A、B、C、D 軸向高度依次增加)如圖5和表5 所示。

圖5 浮選柱軸向粒度分布情況

表5 浮選柱軸向粒度d50分布情況

由圖5 可見,無充填時浮選柱各軸向高度(A、B、C、D)粒度分布曲線基本重合,添加充填介質(zhì)后,軸向粒度分布曲線差異性增加,且充填介質(zhì)高度越高,差異性越明顯。 如表5 所示,以粒度分布曲線中d50大小表征浮選柱內(nèi)軸向特定高度粒度粗細程度,以d50標準偏差表征浮選柱內(nèi)軸向混合均勻性。 隨著充填介質(zhì)高度增加,標準偏差逐漸增大,粒度差異增大,返混程度逐漸降低,浮選柱內(nèi)流態(tài)向柱塞流發(fā)展。 且隨著浮選柱軸向高度增加,粒度逐漸變粗,從微細粒級向細粒級發(fā)展。 結(jié)合鋁土礦選擇性磨礦特點,脈石礦物更易泥化,更易在微細粒級中富集,而鋁土礦更易在較粗粒級中富集,說明添加充填介質(zhì)可以強化粒度之間的差異性,從而提高鋁土礦柱浮選分選指標。

3 結(jié) 論

1) 與傳統(tǒng)無充填逆流式浮選柱相比,添加“十字形”充填介質(zhì)可有效降低鋁土礦柱浮選精礦中SiO2含量,從而提高鋁硅比。 隨著充填介質(zhì)高度增加,浮選效果更好。 在原礦鋁硅比1.92 情況下,無充填浮選柱精礦鋁硅比為5.17,充填60 mm 高度介質(zhì)后,精礦鋁硅比可達11.83。

2) 充填介質(zhì)可強化易浮粒級(10～38 μm)礦物回收,降低-10 μm 微細粒級易浮脈石回收,從而提高精礦鋁硅比。 隨著充填介質(zhì)高度增加,強化效果增加。

3) 添加充填介質(zhì)可增強浮選柱軸向高度粒度分布差異性,使各粒級含量在軸向高度存在一定梯度,從而提高分選效率。