鋁土礦浮選柱選礦脫硅試驗(yàn)研究

周長春，劉炯天，黃根，閆波，任新春

(中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州，221116)

我國鋁土礦資源豐富，保有地質(zhì)儲(chǔ)量居世界第 4位，但絕大多數(shù)為中低鋁硅比w(Al)/w(Si)的一水硬鋁石型[1]，氧化鋁工業(yè)大多采用能耗高的燒結(jié)法或混聯(lián)法[2-3]。為提高鋁土礦品位，降低生產(chǎn)能耗，需要預(yù)先脫除礦石中的硅礦物[4]。鋁土礦礦石中主要礦物嵌布粒度細(xì)，嵌鑲關(guān)系復(fù)雜，洗選困難[5-6]。“九五”期間，中南大學(xué)、北京礦冶研究總院、沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院等先后開展了“一次細(xì)磨正浮選”、“階段磨礦階段選別”、“階段磨礦一次選別”和“分級(jí)—浮選”等工藝研究，推動(dòng)了我國鋁土礦選礦事業(yè)的發(fā)展，但普遍存在精礦粒度細(xì)、脫水困難和分選指標(biāo)不夠理想等缺點(diǎn)[7-10]。2001年，北京礦冶研究總院[11-12]開發(fā)了“選擇性磨礦—粗細(xì)分選”工藝，克服了粗細(xì)粒混合浮選對(duì)浮選環(huán)境的要求不同以及粗粒不易回收的難題。2003年，中南大學(xué)[13]的“選擇性磨礦—聚團(tuán)浮選”工藝，在中州鋁業(yè)公司“選礦-拜耳法”生產(chǎn)氧化鋁生產(chǎn)線獲得成功應(yīng)用，提高了選別指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。目前，工業(yè)化的鋁土礦分選以浮選機(jī)為主體設(shè)備，采用“一粗兩精兩掃”共 5段分選工藝，流程長，能耗高[14-15]。本文作者采用一種高效浮選設(shè)備即旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，在鋁土礦浮選生產(chǎn)現(xiàn)場開展分流工業(yè)試驗(yàn)，借助其高選擇性和高回收率的優(yōu)勢[16-17]，縮短鋁土礦浮選流程，簡化工藝，為中低品位鋁土礦的開發(fā)提供了一種新的模式。

1 試驗(yàn)礦樣與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)礦樣

試驗(yàn)礦樣為某鋁土礦選礦廠實(shí)際生產(chǎn)中的浮選入料，w(Al)/w(Si)一般在4.5～5.5之間，屬于中低品位鋁土礦，有用礦物為一水硬鋁石，一般呈粒狀、粗糙狀、豆?fàn)詈颓蛄罴象w，被高嶺石(褐鐵礦) 和隱晶質(zhì)與微晶質(zhì)一水硬鋁石組成的基質(zhì)膠結(jié)。單體解離比較困難，脈石礦物包括高嶺石、伊利石、赤鐵礦、銳鈦礦、金紅石和方解石等。

1.2 浮選工藝

1.2.1 浮選機(jī)分選工藝

浮選機(jī)工藝流程為：原礦經(jīng)磨礦和分級(jí)后溢流進(jìn)入粗選攪拌槽，加藥調(diào)漿自流給入浮選機(jī)組，采用一粗一掃兩精一精掃共5段分選作業(yè)，2次精選泡沫為最終精礦，粗掃選底流與精掃選底流合并作為最終尾礦，見圖1。

圖1 浮選機(jī)“一粗一掃兩精一精掃”工藝流程圖Fig.1 Flow chart of floatation machine of “one roughing, one scavenging, two cleanings, one cleaning and scavenging”

1.2.2 浮選柱分選系統(tǒng)及工藝

為了確保分流試驗(yàn)礦漿與浮選機(jī)分選礦漿性質(zhì)相一致，確定在二段分級(jí)溢流槽泵出口處為分流工業(yè)試驗(yàn)取樣點(diǎn)。通過手動(dòng)閥門控制入料量，浮選入料濃度為(30±2)%。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，鋁土礦分選采用一粗一精工藝。試驗(yàn)系統(tǒng)采用中國礦業(yè)大學(xué)自行研制的旋流-靜態(tài)微泡浮選柱系統(tǒng)，包括調(diào)漿系統(tǒng)、柱分選系統(tǒng)和液位自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，粗選、精選作業(yè)各采用1臺(tái)直徑為0.4 m，長度為3.8 m的旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，設(shè)備聯(lián)系圖見圖2。

1.3 計(jì)算方法

式中：α為給礦中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)；β為精礦中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)；θ為尾礦中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)；γ為精礦產(chǎn)率；ε為Al2O3回收率。

圖2 鋁土礦一粗一精分選工藝系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖Fig.2 Schematic diagram of one scavenging, one cleaning of bauxite separating process

2 分流工業(yè)試驗(yàn)

2.1 捕收劑用量試驗(yàn)

試驗(yàn)首先考察了捕收劑的用量。加藥地點(diǎn)為粗選攪拌桶，精選不加捕收劑。由于二級(jí)溢流已經(jīng)加入28 g/t分散劑，所以，試驗(yàn)過程中粗選不再添加分散劑，精選補(bǔ)加 18 g/t，與浮選機(jī)分散劑用量一致。浮選柱運(yùn)行條件見表 1，不同藥劑條件下浮選柱分選指標(biāo)見圖3。

表1 捕收劑用量試驗(yàn)浮選柱運(yùn)行條件Table 1 Operating condition of flotation column with different collector dosage

圖3 捕收劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of collector dosage on flotation indexes

由圖 3可以看出：增加捕收劑用量有利于提高Al2O3回收率，但精礦 w(Al)/w(Si)也隨之下降。其主要原因是：隨捕收劑用量的增加，浮出泡沫量加大，部分硅礦物(高嶺石、伊利石和葉臘石等)夾雜進(jìn)入精礦，導(dǎo)致精礦鋁硅比降低；同時(shí)，由于硅礦物中含有一定量的氧化鋁，氧化鋁回收率相應(yīng)增加。為保證精礦品質(zhì)(精礦w(Al)/w(Si)＞10)，捕收劑用量1.3 kg/t較為適宜，比浮選機(jī)藥劑用量少(1.4～1.5 kg/t)。

2.2 粗選循環(huán)泵壓力試驗(yàn)

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱獨(dú)有的中礦循環(huán)，不僅發(fā)揮掃選的作用，同時(shí)完成進(jìn)氣、形成微泡和管流礦化等多重作用，在浮選柱的運(yùn)行中發(fā)揮著極其重要的作用[18]。循環(huán)泵壓力不僅反映中礦循環(huán)量，同時(shí)對(duì)礦化程度影響很大。試驗(yàn)考察了粗選循環(huán)壓力對(duì)粗選作業(yè)的影響。保持其他條件不變，調(diào)整循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，改變粗選循環(huán)泵出口壓力，以調(diào)整循環(huán)量的大小。粗選浮選柱運(yùn)行條件見表 2，粗選循環(huán)泵壓力對(duì)浮選指標(biāo)的影響見圖4。

表2 粗選循環(huán)泵壓力試驗(yàn)浮選柱運(yùn)行條件Table 2 Operating condition of flotation column with different roughing circulation pressures

圖4 粗選循環(huán)泵壓力對(duì)浮選指標(biāo)的影響Fig.4 Influence of roughing circulation pump pressure on flotation indexes

由圖4可以看出：隨循環(huán)壓力的增加，氣泡發(fā)生器中流體紊流度加大，微細(xì)顆粒的礦化程度增強(qiáng)，氧化鋁回收率提高，精礦w(Al)/w(Si)下降；當(dāng)循環(huán)壓力達(dá)到0.25 MPa時(shí)，粗選作業(yè)段氧化鋁回收率90.11%，粗選泡沫鋁硅比w(Al)/w(Si)為7.26，繼續(xù)增加循環(huán)壓力，粗選泡沫鋁硅比與氧化鋁回收率同時(shí)下降。其主要原因是：循環(huán)中礦中一水硬鋁石貧連生體部分表面沒有吸附藥劑，在氣泡表面附著力不強(qiáng)，循環(huán)壓力過大，浮選柱下部旋流力場過強(qiáng)，將會(huì)導(dǎo)致氣泡與顆粒脫離，粗顆粒貧連生體進(jìn)入尾礦，使氧化鋁回收率下降；另一方面，隨循環(huán)壓力增加，微細(xì)顆粒的礦化程度加強(qiáng)，部分微細(xì)顆粒硅礦物也將隨礦化氣泡上浮進(jìn)入精礦，導(dǎo)致泡沫產(chǎn)品質(zhì)量惡化。經(jīng)綜合考慮，粗選循環(huán)泵壓力選定0.25 MPa為宜。

2.3 精選循環(huán)泵壓力試驗(yàn)

保持粗選浮選柱循環(huán)泵出口壓力0.25 MPa，其他條件不變，僅改變精選循環(huán)泵出口壓力，以調(diào)整精選浮選柱循環(huán)量。浮選柱運(yùn)行條件見表 3，分選指標(biāo)見圖5。

表3 精選循環(huán)泵試驗(yàn)浮選柱運(yùn)行條件Table 3 Operating condition of flotation column with different cleaning circulation

圖5 精選循環(huán)泵壓力對(duì)浮選指標(biāo)的影響Fig.5 Influence of cleaning circulation pump pressure on flotation indexes

由圖5可以看出：隨精選循環(huán)泵壓力的增加，循環(huán)量的增大，精選作業(yè)段氧化鋁回收率提高，精礦w(Al)/w(Si)下降；當(dāng)精選循環(huán)泵壓力為0.22 MPa時(shí)，精礦鋁硅比w(Al)/w(Si)為10.03，精選作業(yè)段氧化鋁回收率達(dá)92.31%；繼續(xù)增大循環(huán)泵壓力，精礦鋁硅比不能滿足10.0以上的要求，并且氧化鋁回收率下降，因此，精選循環(huán)泵壓力選定為0.22 MPa左右為宜。壓力影響原因與粗選的相似。

2.4 處理量試驗(yàn)

為充分發(fā)揮設(shè)備潛能，提高運(yùn)行效益，在穩(wěn)定藥劑制度、浮選柱操作參數(shù)以及其他基本條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理量放大試驗(yàn)，處理量調(diào)整范圍 2.40～5.60 t/(m2·h)，浮選柱運(yùn)行條件見表4，分選指標(biāo)見圖6。

由圖 6可以看出：隨著處理量增加，精礦w(Al)/w(Si)下降，氧化鋁回收率降低；當(dāng)浮選柱處理量在 4.00 t/(m2·h)左右時(shí)，精礦 w(Al)/w(Si)能夠滿足10.0以上的要求，此時(shí)氧化鋁回收率為81.55%；繼續(xù)增大處理量，精礦鋁硅比以及氧化鋁回收率均有所下降。其主要原因是：隨著處理量增加，礦漿在浮選柱內(nèi)停留時(shí)間越來越短，夾雜現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，分選不夠充分，指標(biāo)惡化。考慮到產(chǎn)能及成本，在穩(wěn)定條件下進(jìn)行連選試驗(yàn)時(shí)，處理量定為4.00 t/(m2·h)。

2.5 72 h連選試驗(yàn)

為考察浮選柱運(yùn)行的可靠性，在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行72 h連選試驗(yàn)，穩(wěn)定試驗(yàn)基本條件如表5所示。浮選柱分選指標(biāo)見表 6，同期浮選機(jī)運(yùn)行指標(biāo)見表7。

表4 處理量試驗(yàn)浮選柱運(yùn)行條件Table 4 Operating condition of flotation column with different throughput

圖6 處理量對(duì)浮選指標(biāo)的影響Fig.6 Influence of flotation indexes with different throughput

表5 穩(wěn)定試驗(yàn)基本條件Table 5 Basic condition of stable text

從表6和表7以看出：浮選柱在一粗一精閉路流程的情況下可獲得浮選精礦w(Al)/w(Si)為10.85，尾礦w(Al)/w(Si)為1.43，浮選作業(yè)段氧化鋁回收率80.43%的良好指標(biāo)。與浮選機(jī)相比，在精礦w(Al)/w(Si)大致相同的條件下，回收率提高了3.43%。

表6 浮選柱72 h穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Stable test results of flotation column worked for 72 h

表7 同期浮選機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)Table 7 Corresponding period of production quota of flotation machine

3 結(jié)論

(1) 鋁土礦浮選柱分選時(shí)，增加捕收劑用量有利于提高 Al2O3回收率，當(dāng)粗選捕收劑用量為 1.3 kg/t時(shí)，精礦鋁硅比w(Al)/w(Si)為10.08，氧化鋁回收率達(dá)84.36%，藥劑消耗比浮選機(jī)的消耗略少。

(2) 浮選柱循環(huán)泵壓力影響鋁土礦選別效果：隨循環(huán)泵壓力增加，氧化鋁回收率提高，泡沫鋁硅比下降，當(dāng)粗選循環(huán)泵壓力0.25 MPa時(shí)，粗選作業(yè)段氧化鋁回收率為90.11%，粗選泡沫w(Al)/w(Si)為7.26；當(dāng)精選循環(huán)泵壓力為0.22 MPa時(shí)，精礦 w(Al)/w(Si)為10.03，精選作業(yè)段氧化鋁回收率達(dá)92.31%；

(3) 隨處理量的增加，精礦 w(Al)/w(Si)下降，氧化鋁回收率降低，當(dāng)浮選柱處理量4.00 t/(m2·h)時(shí)，精礦w(Al)/w(Si)為10.27，氧化鋁回收率為81.55%；繼續(xù)增大處理量，精礦w(Al)/w(Si)以及氧化鋁回收率均有所下降。

(4) 處理量 4.00 t/(m2·h)的 72 h穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果表明：浮選柱“一粗一精”工藝，浮選精礦w(Al)/w(Si)為10.85，尾礦w(Al)/w(Si)為1.43，浮選作業(yè)段氧化鋁回收率為80.43%。與浮選機(jī)相比，在精礦品位大致相同的條件下，回收率提高了3.43%。

(5) 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱選擇性好，回收率高，“一粗一精”兩段工藝可以代替浮選機(jī)“一粗一掃兩精一精掃”5段工藝。

[1] 崔萍萍, 黃肇敏, 周素蓮. 我國鋁土礦資源綜述[J]. 輕金屬,2008(2): 6-8.CUI Ping-ping, HUANG Zhao-min, ZHOU Su-lian. Overview of bauxite resources in China[J]. Light Metals, 2008(2): 6-8.

[2] 黃國智, 方啟學(xué), 鄭桂兵. 選礦脫硅對(duì)鋁土礦資源利用率的影響研究[J]. 世界有色金屬, 2006(6): 39-42.HUANG Guo-zhi, FANG Qi-xue, ZHENG Gui-bing. A study of influence of desilication through ore dressing on utilization of bauxite resources[J]. World Nonferrous Metals, 2006(6): 39-42.

[3] 殷俐娟. 我國鋁土礦資源利用現(xiàn)狀及未來管理政策[J]. 世界有色金屬, 2003(11): 4-8.YIN Li-juan. Present conditions of exploitation of domestic bauxite ore resources and prospective administrative policy[J].World Nonferrous Metals, 2003(11): 4-8.

[4] 趙世民, 王淀佐, 胡岳華, 等. 鋁土礦預(yù)脫硅研究現(xiàn)狀[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā), 2004, 24(5): 37-44.ZHAO Shi-min, WANG Dian-zuo, HU Yue-hua, et al. Current study status of the pre-desilicification for bauxite[J]. Mining Research and Development, 2004, 24(5): 37-44.

[5] 陳湘清, 陳興華, 馬俊偉, 等. 低品位鋁土礦選礦脫硅試驗(yàn)研究[J]. 輕金屬, 2006(10): 13-16.CHEN Xiang-qing, CHEN Xing-hua, MA Jun-wei, et al. Study on the research of lower grade bauxite dressing and desilication[J]. Light Metals, 2006(10): 13-16.

[6] 于傳敏, 王寶奎, 石建軍, 等. 淺論各種因素對(duì)鋁土礦選礦浮選效果的影響[J]. 輕金屬, 2007(8): 5-8.YU Chuan-min, WANG Bao-kui, SHI Jian-jun, et al. The influence of different factors on the flotation of bauxite[J]. Light Metals, 2007(8): 5-8.

[7] 方啟學(xué), 黃國智, 葛長禮, 等. 我國鋁土礦資源特征及其面臨的問題與對(duì)策[J]. 輕金屬, 2000(10): 8-11.FANG Qi-xue, HUANG Guo-zhi, GE Chang-li, et al. The characteristic of bauxite resources and the problems faced and the countermeasure[J]. Light Metals, 2000(10): 8-11.

[8] 方啟學(xué), 黃國智, 郭建, 等. 鋁土礦選礦脫硅研究現(xiàn)狀與展望[J]. 礦產(chǎn)綜合利用, 2001(2): 26-30.FANG Qi-xue, HUANG Guo-zhi, GUO Jian, et al. Current status and development trends of desilication of bauxite ores by mineral separation[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2001(2): 26-30.

[9] 方啟學(xué), 黃國智. 我國鋁土礦資源特征及其選礦脫硅技術(shù)[J].國外金屬礦選礦, 2000(5): 11-16.FANG Qi-xue, HUANG Guo-zhi. The characteristic of bauxite resources and the desilicication technology in our country[J].Metallic Ore Dressing Abroad, 2000(5): 11-16.

[10] 劉水紅, 方啟學(xué). 鋁土礦選礦脫硅技術(shù)研究現(xiàn)狀述評(píng)[J]. 礦冶, 2004, 13(4): 24-29.LIU Shui-hong, FANG Qi-xue. Commentary on present situation of research into buaxite desilication technology[J]. Mining and Metallurgy, 2004, 13(4): 24-29.

[11] 曾克文, 劉俊星, 周凱, 等. 低鋁硅比鋁土礦選礦試驗(yàn)研究[J].有色金屬: 選礦部分, 2008(5): 1-4.ZENG Ke-wen, LIU Jun-xing, ZHOU Kai, et al. Mineral dressing test research of bauxite with low alumina silica ratio[J].Nonferrous Metals: Mineral Processing Section, 2008(5): 1-4.

[12] 于傳敏. 鋁土礦選礦脫硅工藝研究開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].輕金屬, 2004(7): 6-9.YU Chan-min. Recent condition and prospect of research of ore dressing and desil ication process of bauxite[J]. Light Metals,2004(7): 6-9.

[13] 馮其明, 盧毅屏, 歐樂明, 等. 鋁土礦的選礦實(shí)踐[J]. 金屬礦山, 2008(10): 1-4.FENG Qi-ming, LU Yi-ping, OU Le-ming, et al. Beneficiation practice of bauxite[J]. Metal Mine, 2008(10): 1-4.

[14] 劉焦萍. 鋁土礦正浮選流程優(yōu)化研究[J]. 世界有色金屬,2006(10): 17-18.LIU Jiao-ping. Optimizing study of floatation process for bauxite[J]. World Nonferrous Metals, 2006(10): 17-18.

[15] 劉偉, 劉祥民, 李小斌. 中州300 kt/a選礦拜耳法產(chǎn)業(yè)化技術(shù)分析[J]. 輕金屬, 2005(2): 3-8.LIU Wei, LIU Xiang-min, LI Xiao-bin. Technical analysis of Bayer process with dressing in Zhongzhiou 300 kt/a alumina production[J]. Light Metals, 2005(2): 3-8.

[16] 馬子龍, 劉炯天, 曹亦俊, 等. 旋流靜態(tài)微泡浮選柱用于金川鎳礦的可行性研究[J]. 有色金屬: 選礦部分, 2009(2): 32-36.MA Zi-long, LIU Jiong-tian, CAO Yi-jun, et al. The study on the possibility of application the cyclone static micro-bubble column flotation in the flotation of Jinchuan nickel mine[J]. Nonferrous Metals: Mineral Processing Section, 2009(2): 32-36.

[17] 李琳, 劉炯天, 王永田, 等. 浮選柱在赤鐵礦反浮選中的應(yīng)用[J]. 金屬礦山, 2007(9): 59-61.LI Lin, LIU Jiong-tian, WANG Yong-tian, et al. Application of flotation column in reverse flotation of hematite ore[J]. Metal Mine, 2007(9): 59-61.

[18] 張海軍, 劉炯天, 王永田. 礦用旋法—靜態(tài)微泡浮選柱的分選原理及參數(shù)控制[J]. 中國礦業(yè), 2006, 16(5): 70-72.ZHANG Hai-jun, LIU Jiong-tian, WANG Yong-tian. Sepration principle and parameter controlling for cyclonic-static microbubble flotation column[J]. China Mining Magazine, 2006,16(5): 70-72.