貴州某高硫鋁土礦反浮選脫硫試驗(yàn)

楊 卓 劉如明 張治華 陳興華 賴祥生

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.河南有色匯源鋁業(yè)有限公司，河南 平頂山 467311；3.平頂山華興浮選工程技術(shù)服務(wù)有限公司，河南 平頂山 467100)

鋁土礦是指以一水硬鋁石、一水軟鋁石和三水鋁石為主要礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱，是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年來我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量穩(wěn)定，基本維持在10億t左右，我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量逐年增加，到2015年已經(jīng)增至近6 000萬t[2]。我國(guó)雖然鋁土礦儲(chǔ)量依舊豐富，但我國(guó)現(xiàn)查明的鋁土礦大多是以一水硬鋁石為主的中低品位鋁土礦，飛速發(fā)展的鋁工業(yè)對(duì)鋁土礦資源的消耗急劇增加，使得我國(guó)優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源嚴(yán)重短缺，極大地限制了鋁工業(yè)的發(fā)展[3]。

隨著對(duì)鋁土礦資源需求的增大，如何高效利用高硫鋁土礦等難選鋁土礦資源對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)的發(fā)展尤為重要。高硫鋁土礦是鋁工業(yè)重要的潛在可利用資源，根據(jù)近幾年各省地質(zhì)部門資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已探明的高硫鋁土礦儲(chǔ)量超過8億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量約20億t，主要分布在山東、貴州、重慶、河南等省份[4]。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝一般要求礦石含硫量低于0.7%，礦石含硫量太高對(duì)拜耳法生產(chǎn)氧化鋁會(huì)帶來很大的影響，比如溶液中的硫化物會(huì)腐蝕設(shè)備，降低蒸發(fā)效率等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)致使氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)無法順利操作，中斷整個(gè)生產(chǎn)過程[5]。因此在采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁之前，對(duì)高硫鋁土礦進(jìn)行預(yù)先脫硫是極為必要的。根據(jù)不同鋁土礦工藝礦物學(xué)的不同，鋁土礦脫硫的方法有化學(xué)法脫硫、微生物法脫硫、燒結(jié)法脫硫和浮選法脫硫等[6]。其中有關(guān)浮選法脫硫的研究相對(duì)較多，浮選法脫硫環(huán)境污染小、設(shè)備成本低和資源回收利用率高，有較好的應(yīng)用前景[6-7]。本試驗(yàn)對(duì)貴州某高硫鋁土礦進(jìn)行反浮選脫硫工藝流程試驗(yàn)，為該高硫鋁土礦脫硫工藝流程確定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)礦樣

試驗(yàn)礦樣取自貴州某鋁土礦區(qū)，原礦破碎至-2 mm，作為試驗(yàn)用樣。對(duì)礦石分別進(jìn)行化學(xué)組成和礦物組成分析，結(jié)果見表1、表2。

表1 礦石化學(xué)組成分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis result of the ore %

表2 礦石礦物組成分析結(jié)果Table 2 Mineral composition analysis result of the ore %

由表1、表2可知，礦石含鋁、含硫、含鐵較高，鋁硅比較高，為11.54。主要有用礦物為一水硬鋁石，脈石礦物主要為伊利石與高嶺石，含鐵礦物主要為黃鐵礦，屬于典型的高品位一水硬鋁石型高硫鋁土礦。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 粗選條件試驗(yàn)

綜合考慮原礦性質(zhì)及生產(chǎn)成本，確定采用反浮選工藝流程進(jìn)行脫硫試驗(yàn)，反浮粗選條件試驗(yàn)流程見圖1。

圖1 粗選條件試驗(yàn)流程Fig.1 Rough conditions flotation test process

2.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

對(duì)中低品位的礦石而言，適宜的磨礦細(xì)度至關(guān)重要。不同的磨礦細(xì)度影響礦石的單體解離度，決定著后續(xù)的反浮選試驗(yàn)?zāi)芊裼行摿颍M(jìn)而影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。將礦石磨細(xì)到-0.074 mm含量分別為75%、80%、85%、90%，在碳酸鈉調(diào)礦漿pH為8.5，硫酸銅用量為100 g/t，改性淀粉用量為100 g/t，丁基黃藥用量為100 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of grinding fineness on rough concentrate index●—含硫量；■—脫硫率

由圖2可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，物料粒度變細(xì)，粗精礦含硫量先減后增，脫硫率變化不明顯；當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%時(shí)，粗精礦含硫量最低。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度為0.074 mm占85%。

2.1.2 礦漿pH試驗(yàn)

礦漿pH值的大小直接影響礦物表面的親水性和電位，從而影響浮選效果[9]。在磨礦細(xì)度為 -0.074 mm占85%，碳酸鈉調(diào)礦漿pH分別為7.5、8.0、8.5、9.0，硫酸銅用量為100 g/t、改性淀粉用量為100 g/t、丁基黃藥用量為100 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

圖3 pH對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of pH on rough concentrate index●—含硫量；■—脫硫率

由圖3可知：隨著碳酸鈉用量的增加，礦漿pH升高，粗精礦含硫量先減后增，脫硫率先增后減；當(dāng)?shù)V漿pH為8.5時(shí)，粗精礦含硫量最低，且硫脫率最高。綜合考慮，確定礦漿pH為8.5，此時(shí)碳酸鈉用量為4 kg/t。

2.1.3 捕收劑選擇及用量試驗(yàn)

選擇高效浮選捕收劑是獲得較好浮選指標(biāo)的有效途徑，黃藥類捕收劑對(duì)于硫化礦物特別敏感，在高硫鋁土礦的反浮選中起到至關(guān)重要的作用[10-11]。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%，碳酸鈉調(diào)礦漿pH為8.5，硫酸銅用量為100 g/t，改性淀粉用量為100 g/t時(shí)，分別以乙基黃藥、丙基黃藥、丁基黃藥、戊基黃藥為捕收劑(用量均為100 g/t)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 捕收劑種類對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of collector's type on rough concentrate index

由圖4可知，以丁基黃藥為捕收劑時(shí)，獲得的粗精礦含硫量最低，且脫硫率最高。因此，確定丁基黃藥為脫硫捕收劑。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%，碳酸鈉調(diào)礦漿pH為8.5，硫酸銅用量為100 g/t，改性淀粉用量為100 g/t，丁基黃藥用量分別為100、150、200、250 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖5。

圖5 丁基黃藥用量對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of butyl xanthate dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脫硫率

由圖5可知：隨著丁基黃藥用量的增加，粗精礦含硫量逐漸下降，脫硫率逐漸升高；當(dāng)丁基黃藥用量大于150 g/t時(shí)，粗精礦含硫量和脫硫率均隨丁基黃藥用量增加變化不明顯，繼續(xù)增加丁基黃藥的用量對(duì)浮選脫硫意義不大。綜合考慮，確定丁基黃藥用量為150 g/t。

2.1.4 硫酸銅用量試驗(yàn)

硫酸銅水解生成的硫酸根離子可溶解氫氧化鐵薄膜，銅離子可附著到黃鐵礦表面，增強(qiáng)其表面活性，從而使捕收劑在黃鐵礦表面的吸附能力增加，起到活化浮選的作用[12]。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%，碳酸鈉調(diào)礦漿pH為8.5，改性淀粉用量為100 g/t，丁基黃藥用量為150 g/t，硫酸銅用量分別為0、50、100、150 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖6。

圖6 硫酸銅用量對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of butyl copper sulfate dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脫硫率

由圖6可知，隨著硫酸銅用量的增加，粗精礦含硫量先降低后小幅升高，脫硫率逐漸升高。綜合考慮，確定硫酸銅用量為100 g/t。

2.1.5 改性淀粉用量試驗(yàn)

改性淀粉引進(jìn)了更多的極性基團(tuán)，提高了其溶解度，且有較強(qiáng)的吸附作用，可以吸附在一水硬鋁石的表面，增強(qiáng)其表面親水性，從而對(duì)一水硬鋁石起到抑制作用[12]。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%，碳酸鈉調(diào)礦漿pH為8.5，硫酸銅用量為100 g/t，丁基黃藥用量為150 g/t，改性淀粉用量分別為0、50、100、150 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖7。

圖7 改性淀粉用量對(duì)粗精礦指標(biāo)的影響Fig.7 Effect of modified starch dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脫硫率

由圖7可知，隨著改性淀粉用量的增加，粗精礦含硫量小幅降低，脫硫率小幅增加。綜合考慮，確定改性淀粉用量為100 g/t。

2.2 全流程開路試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果確定的參數(shù)，按圖8所示流程進(jìn)行全流程開路試驗(yàn)，開路試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可知，開路試驗(yàn)得到的鋁精礦的含硫量可以降低到0.21%，硫尾礦的含硫量可以達(dá)到31.76%，精礦產(chǎn)率為68.60%，氧化鋁回收率為80.58%，硫尾礦硫回收率高達(dá)92.67%。為了提高精礦中氧化鋁的回收率，達(dá)到更好的除硫效果，后續(xù)的全流程閉路試驗(yàn)再多進(jìn)行1次掃選，同時(shí)中礦1和中礦2產(chǎn)品合并返回粗選。

圖8 開路試驗(yàn)流程Fig.8 Open-circuit test process

表3 開路試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of open-circuit test %

2.3 全流程閉路試驗(yàn)

在開路試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，按圖9所示流程進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

圖9 閉路試驗(yàn)流程Fig.9 Closed-circuit test process

表4 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of closed-circuit test %

由表4可知，閉路試驗(yàn)獲得了Al2O3含量為72.06%、回收率為91.20%，硫含量為0.27%的鋁精礦，尾礦含硫量達(dá)到33.51%。

3 結(jié) 論

貴州某高硫鋁土礦主要有用礦物為一水硬鋁石，屬于典型的高品位一水硬鋁石型高硫鋁土礦。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%條件下，以碳酸鈉為礦漿pH調(diào)整劑，硫酸銅為活化劑，改性淀粉為抑制劑，丁基黃藥為捕收劑，松醇油為起泡劑，經(jīng)1粗1精2掃、精選尾礦和掃選精礦均返回至粗選閉路流程浮選試驗(yàn)，獲得了Al2O3含量72.06%、含硫量0.27%的精礦產(chǎn)品，尾礦含硫量達(dá)33.51%。試驗(yàn)結(jié)果可以為該鋁土礦資源的開發(fā)提供參考。

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