劉中原,張建強(qiáng),張站云,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(guó)家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450041)

隨著氧化鋁工業(yè)的快速發(fā)展,鋁土礦資源消耗正逐步加大,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源已難以滿(mǎn)足氧化鋁產(chǎn)能不斷增加的需要。進(jìn)口鋁土礦附加高昂的陸運(yùn)費(fèi),對(duì)于距離港口較遠(yuǎn)的氧化鋁企業(yè)并不劃算,為滿(mǎn)足內(nèi)陸地區(qū)氧化鋁生產(chǎn)的需求,高硫鋁土礦正顯現(xiàn)出逐漸被工業(yè)應(yīng)用的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前已探明高硫鋁土礦儲(chǔ)量超過(guò)8.0億噸,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量約20億噸[1-2],高硫鋁土礦中高品位鋁土礦占57.2%,中低品位鋁土礦占42.8%[3],主要分布在重慶、貴州等西南地區(qū)。而低品位高硫鋁土礦中硫和硅的存在一直嚴(yán)重限制了其資源的開(kāi)發(fā)利用,因此降低此類(lèi)礦石中硫和硅雜質(zhì)的含量,轉(zhuǎn)化為有價(jià)礦石資源,提高資源綜合利用率,對(duì)我國(guó)鋁土礦資源開(kāi)發(fā)有重要意義[4-]。

本次實(shí)驗(yàn)研究主要為多種預(yù)先分級(jí)浮選工藝流程,通過(guò)試驗(yàn)研究,西南某地區(qū)低品位高硫鋁土礦浮選脫硫鋁精礦硫含量可降低至0.4%以下。通過(guò)原礦分級(jí)、預(yù)先脫硫、正浮選脫硅工藝,經(jīng)閉路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,鋁精礦與原礦篩分出(-0.023 mm)的綜合產(chǎn)率為78.81%,A/S為5.76;尾礦A/S為1.73。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石的化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分主要為Al2O3,其次為SiO2和Fe2O3、及少量的TiO2、 K2O、Na2O、CaO、MgO、S等,礦石主要化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。由表1可知:Al2O3含量為54.66%、SiO2含量為12.37%、S含量達(dá)1.98%。該礦石屬于典型的低品位高硫鋁土礦石。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析

1.2 礦石的主要礦物組成

原礦粒度分析主要對(duì)破碎后的礦石中各個(gè)粒級(jí)化學(xué)成分進(jìn)行分析,對(duì)經(jīng)均化后的原礦樣進(jìn)行篩分,并對(duì)篩分產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)成分分析和物相組成分析,分析結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 原礦粒度分析

由表2可知,本次實(shí)驗(yàn)礦樣平均A/S為4.32,微細(xì)粒級(jí)(-0.023 mm)產(chǎn)品A/S較低,粗粒級(jí)產(chǎn)品A/S較高;原礦硫含量1.98%左右,其中+0.15 mm產(chǎn)品S含量較低,0.023～0.075 mm產(chǎn)品S含量較高。

由表3可知,礦石中含鋁礦物主要為一水硬鋁石,一水軟鋁石在各個(gè)粒級(jí)中亦有存在,其中原生礦-0.023 mm和次生礦-0.023 mm的鋁礦物含量均較低。硅酸鹽礦物種類(lèi)復(fù)雜,主要有綠泥石、高嶺石與伊利石等,它們共生關(guān)系密切,且與一水鋁石的嵌布關(guān)系較為復(fù)雜,在細(xì)粒級(jí)中脈石礦物含量較高;礦石中的硫以黃鐵礦的形態(tài)存在[9-11]。

表3 原礦物相分析

2 浮選試驗(yàn)研究

取破碎均化后礦樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)研究。

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)研究

2.1.1 浮選脫硫磨礦細(xì)度試驗(yàn)研究

對(duì)原礦樣進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn),磨礦細(xì)度(-0.075 mm)分別為66%、72%、77%、83%、87%,浮選脫硫磨礦細(xì)度試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖1,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 浮選脫硫磨礦細(xì)度工藝流程

由圖2可知,隨著磨礦細(xì)度的升高,鋁精礦的產(chǎn)率先升后降、其S含量逐步升高;硫尾礦的產(chǎn)率逐步升高、其S含量逐步降低。當(dāng)磨礦細(xì)度為66%時(shí),鋁精礦硫含量低于0.3%,指標(biāo)較好。說(shuō)明該地區(qū)低品位高硫鋁土礦中硫礦物嵌布粒度粗,在磨礦細(xì)度較粗時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)較好的解離與分選。

圖2 浮選脫硫磨礦細(xì)度指標(biāo)

2.1.2 浮選脫硅磨礦細(xì)度試驗(yàn)研究

對(duì)脫硫后的鋁精礦進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn),考察后續(xù)浮選脫硅的指標(biāo),磨礦細(xì)度(-0.075 mm)分別為77%、81%、86%、91%、95%,浮選脫硅磨礦細(xì)度試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖3,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 浮選脫硅磨礦細(xì)度工藝流程

由圖4可知,隨著磨礦細(xì)度的升高,尾礦A/S呈下降趨勢(shì);粗選泡沫A/S先下降后上升、其產(chǎn)率呈上升趨勢(shì)。提高磨礦細(xì)度,在保證粗選泡沫品位的情況下,能降低尾礦品位,且粗選泡沫產(chǎn)率較穩(wěn)定。表明該鋁土礦一水鋁石礦物嵌布粒度細(xì),只有細(xì)磨才能充分解離。浮選脫硅磨礦細(xì)度控制為95%左右。

圖4 浮選脫硅磨礦細(xì)度指標(biāo)

2.2 浮選工藝試驗(yàn)研究

本次實(shí)驗(yàn)礦樣經(jīng)過(guò)浮選脫硫后的鋁精礦硫含量可降低至0.3%以下,但A/S僅為4.4左右,用做氧化鋁生產(chǎn)的原礦其指標(biāo)偏低,需進(jìn)行浮選脫硅提高品位。

2.2.1 預(yù)先脫硫-直接浮選脫硅

為提高最終精礦品位,對(duì)礦樣進(jìn)行預(yù)先脫硫-直接浮選脫硅工藝研究,即先將磨礦后的礦石進(jìn)行預(yù)先脫硫,脫硫詳細(xì)工藝流程見(jiàn)圖1;脫硫所得鋁精礦通過(guò)磨礦-0.074 mm占95%,磨礦后產(chǎn)品全部進(jìn)行浮選脫硅,浮選脫硅采用一次粗選一次精選工藝,工藝流程見(jiàn)圖5,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖5 預(yù)先脫硫-直接浮選工藝流程

由表4可知,預(yù)先脫硫-直接浮選獲得精礦產(chǎn)率為60.67%,A/S為5.62;尾礦A/S為2.69,該指標(biāo)偏高,分選效果較差。初步判斷原因是浮選脫硅過(guò)程中微細(xì)粒物料對(duì)藥劑吸附較強(qiáng),且微細(xì)粒在粗粒表面形成覆蓋,影響了粗粒的分選。另外,微細(xì)粒硫含量較高,浮選脫硅時(shí)微細(xì)粒隨著泡沫被帶入精礦產(chǎn)品中,造成精礦硫含量偏高。

表4 預(yù)先脫硫-直接浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 預(yù)先脫硫-分級(jí)浮選脫硅

為減少微細(xì)粒級(jí)物料對(duì)浮選脫硅的不利影響,該礦樣浮選脫硫后,將粗粒和微細(xì)粒進(jìn)行分級(jí),再分別浮選脫硅,預(yù)先脫硫工藝流程見(jiàn)圖1;脫硫所得鋁精礦以0.023 mm進(jìn)行分級(jí),分級(jí)后-0.023 mm物料進(jìn)行浮選脫硅,分級(jí)后+0.023 mm物料先進(jìn)行磨礦,磨礦后再進(jìn)行浮選脫硅。浮選脫硅采用一次粗選一次精選工藝,工藝流程見(jiàn)圖6,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

圖6 預(yù)先脫硫-分級(jí)浮選工藝流程

表5 預(yù)先脫硫-分級(jí)浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知,預(yù)先脫硫-分級(jí)浮選獲得精礦產(chǎn)率為61.19%,A/S為5.95,尾礦A/S為2.25。分級(jí)浮選工藝可降低微細(xì)粒對(duì)浮選的影響,精礦和尾礦的指標(biāo)均優(yōu)于預(yù)先脫硫-直接浮選的試驗(yàn)結(jié)果。但因-0.023mm浮選脫硅分選性較差,造成脫硅尾礦合量的A/S仍然較高。

2.2.3 原礦預(yù)先分級(jí)-浮選脫硫脫硅

預(yù)先脫硫所得鋁精礦分級(jí)后進(jìn)行浮選脫硅具有一定效果,主要表現(xiàn)為脫硫鋁精礦+0.023 mm粒級(jí)具有較好的分選性,但細(xì)粒級(jí)-0.023 mm礦物的分選效果較粗粒級(jí)礦物差。

為減少微細(xì)粒級(jí)-0.023 mm礦物對(duì)浮選過(guò)程產(chǎn)生的不利影響,嘗試將微細(xì)粒級(jí)礦物分離不進(jìn)入浮選系統(tǒng)。現(xiàn)對(duì)原礦進(jìn)行篩分,將分選效果較差的-0.023 mm礦物篩選出來(lái)單獨(dú)作為一種產(chǎn)品,僅對(duì)+0.023 mm礦物進(jìn)行浮選脫硫脫硅實(shí)驗(yàn)研究。工藝流程見(jiàn)圖7,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

圖7 原礦預(yù)先分級(jí)-浮選脫硫脫硅試驗(yàn)工藝流程

表6 原礦預(yù)先分級(jí)-浮選脫硫脫硅試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知,原礦預(yù)先分級(jí)出微細(xì)粒級(jí)(-0.023 mm)后浮選脫硫脫硅所得精礦產(chǎn)率為68.03%、A/S為6.01;尾礦A/S為1.77,該指標(biāo)明顯優(yōu)于前兩組試驗(yàn)的尾礦A/S。因該原礦中微細(xì)粒的鋁礦物含量均較低,微細(xì)粒中綠泥石與一水軟鋁石緊密結(jié)合,且一水軟鋁石嵌布粒度很細(xì),浮選時(shí)分選效果差,導(dǎo)致尾礦A/S偏高。所以,微細(xì)粒處理更適合先原礦分級(jí)再浮選。

2.3 脫硅捕收劑優(yōu)化試驗(yàn)研究

為進(jìn)一步提高精礦品位、降低脫硅尾礦A/S,對(duì)脫硅捕收劑的捕收性能進(jìn)行優(yōu)化。以油酸為主要成分,按不同比例添加羥肟酸復(fù)配捕收劑。油酸和羥肟酸的比例分別為15∶1、121、10∶1、7∶1、5∶1,采用“原礦預(yù)先分級(jí)-浮選脫硫脫硅”工藝,浮選脫硅采用一次粗選兩次精選,在此增加一次精選,以達(dá)到提升精礦Al2O3含量的目的,試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖8,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖8 復(fù)配脫硅捕收劑試驗(yàn)研究工藝流程

圖9 復(fù)配脫硅捕收劑不同配置比例試驗(yàn)指標(biāo)

由圖9可知,油酸和羥肟酸復(fù)配捕收劑時(shí),隨著羥肟酸配置比例的增大,精礦產(chǎn)率先升后降,精礦A/S呈上升趨勢(shì),尾礦A/S先降后升。當(dāng)油酸和羥肟酸的比例分為7∶1時(shí),指標(biāo)最好,效果最佳。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 藥劑配置比例7:1的試驗(yàn)結(jié)果

2.4 閉路試驗(yàn)研究

閉路試驗(yàn)工藝流程與原礦預(yù)先分級(jí)浮選試驗(yàn)研究相同,閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見(jiàn)圖10。閉路試驗(yàn)過(guò)程中,中礦進(jìn)行順序返回,平衡后指標(biāo)見(jiàn)表8。

圖10 原礦預(yù)先分級(jí)-浮選脫硫脫硅閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程

由表8可知,最終鋁精礦產(chǎn)品的產(chǎn)率為66.92 %、其Al2O3含量為59.43%、S含量為0.36%、SiO2含量為8.94%、A/S為6.65;尾礦A/S為1.73。鋁精礦達(dá)到后續(xù)氧化鋁生產(chǎn)的原料品質(zhì)要求。

表8 原礦分級(jí)閉路浮選試驗(yàn)研究結(jié)果

3 結(jié) 論

本系列試驗(yàn)主要進(jìn)行了西南某地區(qū)低品位高硫鋁土礦礦石性質(zhì)研究、浮選工藝研究、脫硅捕收劑優(yōu)化試驗(yàn)研究及閉路試驗(yàn)研究,對(duì)該低品位高硫鋁土礦浮選脫硫、脫硅提質(zhì)工藝進(jìn)行了探索,得出以下結(jié)論:

(1) 該鋁土礦中硫礦物嵌布粒度粗,磨礦細(xì)度為66%時(shí),硫礦物能夠?qū)崿F(xiàn)較好的解離與分選;而該鋁土礦中一水鋁石礦物嵌布粒度細(xì),磨礦細(xì)度為95%時(shí),鋁礦物能較充分解離,因此適合先粗磨脫硫后細(xì)磨脫硅的浮選方法。

(2) 該鋁土礦通過(guò)反浮選脫硫后,鋁精礦硫含量可降低至0.4%以下。脫硫后鋁精礦通過(guò)預(yù)先分級(jí)浮選脫硅方法可以進(jìn)一步提高鋁精礦品位。

(3) 該鋁土礦微細(xì)粒級(jí)物料分選效果較差,影響到鋁精礦的產(chǎn)率及品位,適宜先將-0.023 mm物料從原礦中篩選分離后對(duì)+0.023 mm物料進(jìn)行浮選。

(4) 通過(guò)閉路試驗(yàn)可得產(chǎn)率為66.92 %、Al2O3含量為59.43%、S含量為0.36%、SiO2含量為8.94、A/S為6.65的鋁精礦和A/S為1.73的尾礦。從產(chǎn)率和品位講,該鋁精礦適合作為后續(xù)氧化鋁生產(chǎn)的原料。