高硫鋁土礦反浮選中同步脫硫和脫硅的交互影響

嚴 崢 梅光軍 朱國斌 程 潛 周杰強 陳世寧

（1.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北武漢430070；2.平頂山華興浮選工程技術服務有限公司，河南平頂山467000）

鋁土礦是工業上生產金屬鋁的最主要來源［1］，拜爾法工藝利用高鋁硅比一水硬鋁石型鋁土礦生產氧化鋁存在著多種不利因素，如果礦石含硅量太大、品位太低，氧化鋁溶出過程會造成赤泥量過大，生產流程無法正常運行［2-5］。鋁土礦的預脫硅處理，是提高鋁硅比行之有效的辦法。目前，鋁土礦的正浮選工藝已經在不少企業建成投產，并取得不錯的選礦效果［6］。但鋁土礦浮選采用分步脫硫脫硅工藝，一方面生產工藝流程比較長，影響精礦的因素更加復雜；另一方面水耗、電耗等生產成本較高。

使用鋁土礦反浮選同步脫硫脫硅的方法處理高硫鋁土礦，符合“浮少抑多”的原則［7］，相比正浮選而言，既可以降低藥劑的使用量，也可以降低能耗；相比于分步脫硫脫硅，流程簡單。本研究通過選礦試驗初步探索一種適合處理高硫高硅鋁土礦的反浮選同步脫硫脫硅選礦工藝，通過紅外光譜分析，研究了丁基黃藥和CTAB與鋁土礦的作用機理，并初步對實際礦物進行了同步脫硫脫硅浮選試驗，為進一步實現該種浮選工藝應用于高硫高硅鋁土礦的開發打下堅實基礎。

1 試驗原料及試驗方法

1.1 試驗原料及設備

高嶺石純礦物取自河南某地，礦樣化學成分分析結果見表1，其純度符合純礦物試驗要求。黃鐵礦純礦物購自中華標準物質網。鋁土礦礦樣取自重慶某地，化學成分分析結果見表2。

本研究使用的儀器有：Nicolet6700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國熱電子科學儀器公司；真空過濾機，武漢洛克粉磨設備制造有限公司；電子天平，上海浦春計量有限公司；DHG-9035A鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；XFGⅡ5-35G變頻掛槽浮選機，武漢探礦機械廠。

十六烷基三甲基溴化銨和碳酸鈉、鹽酸均為國藥試劑分析純，丁基黃藥為科德化工有限公司純度84.5%的產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 純礦物浮選試驗

稱取4.0 g試樣，將其轉移至XFG浮選機容積為40 mL的玻璃浮選槽中，用定量的去離子水調漿，將礦漿質量濃度調至10%，并保持礦漿溫度為25℃。礦漿的pH調整劑為質量分數為5%的HCl溶液，捕收劑為濃度為1 mg/mL的CTAB溶液和丁基黃藥溶液。純礦物浮選試驗流程見圖1。浮選結束后，泡沫產品和槽內產品分別過濾、烘干、稱重、化驗，計算回收率。

1.2.2 鋁土礦實際礦物浮選試驗

通過丁基黃藥和CTAB對鋁土礦實際礦物的浮選試驗，探究鋁土礦同步脫硫脫硅工藝的可行性。根據單礦物試驗得到的最佳浮選條件，在相同條件下對鋁土礦實際礦物進行1粗1精流程選別，以鑒別鋁土礦同步脫硫脫硅浮選試驗分選指標的優劣，同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗流程如圖2所示。

2 試驗結果與討論

2.1 CTAB和丁基黃藥對高嶺石浮選行為的影響

圖3所示為礦漿pH值為5.0時，CTAB和丁基黃藥藥劑用量對高嶺石回收率影響的試驗結果。

由圖3可知：隨著捕收劑CTAB用量的增加，高嶺石的回收率先增加而后逐漸趨于平穩；當捕收劑CTAB用量從150 g/t增至250 g/t時，高嶺石的回收率由33.85%升高到67.14%，回收率明顯提高；當捕收劑CTAB的用量超過250 g/t時，高嶺石的回收率雖有起伏，但整體趨于平穩。從圖3中可以看出，丁基黃藥對高嶺石無捕收作用。

圖4所示為礦漿pH值為5.0、CTAB用量為250 g/t時，丁基黃藥用量對高嶺石回收率影響的試驗結果。

由圖4可知：CTAB對高嶺石的回收率在丁基黃藥的作用下呈現先降低后增大的趨勢；當丁基黃藥的用量從50 g/t增加至150 g/t時，CTAB對高嶺石的回收率從59.67%降至42.81%；而后隨著丁基黃藥用量的增加，高嶺石的浮選回收率逐漸增大后趨于恒定，當丁基黃藥用量為200 g/t時，CTAB對高嶺石的浮選回收率達到最大，為86.10%。

浮選試驗結果表明：礦漿中丁基黃藥用量為200 g/t時，CTAB浮選高嶺石與直接用CTAB浮選高嶺石（250 g/t）結果相比，浮選回收率提高了18.96個百分點，CTAB藥劑用量減少了20%。礦漿中存在一定量丁基黃藥時，CTAB和丁基黃藥浮選高嶺石效果明顯優于CTAB直接浮選高嶺石。

2.2 CTAB和丁基黃藥對黃鐵礦浮選行為的影響

圖5所示為丁基黃藥用量對黃鐵礦回收率影響的試驗結果。

由圖5可知：隨著丁基黃藥用量的增加，黃鐵礦浮選的回收率呈明顯上升趨勢且無較大波動，當丁基黃藥用量從250 g/t增至1 500 g/t時，黃鐵礦的回收率由83.57%增加到90.44%，黃鐵礦回收率增加了6.87個百分點。

圖6所示為丁基黃藥用量為250 g/t時，CTAB用量對黃鐵礦回收率影響的試驗結果。

由圖6可知：隨著CTAB用量的增加，黃鐵礦回收率出現先減少后增加的趨勢；CTAB用量由20 g/t增加至75 g/t時，黃鐵礦回收率由85.56%降至最低的82.14%；當CTAB藥劑用量從75 g/t增加至125 g/t時，黃鐵礦回收率增至最高，為90.12%。

試驗結果表明：使用CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦與直接使用丁基黃藥浮選黃鐵礦得到的回收率較接近；與直接使用丁基黃藥浮選黃鐵礦相比，使用CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦達到相同的回收率，丁基黃藥用量由1 500 g/t降至250 g/t，丁基黃藥消耗量僅為直接使用丁基黃藥浮選的16.67%。

2.3 CTAB和丁基黃藥與礦物作用的紅外光譜分析

2.3.1 CTAB和丁基黃藥與高嶺石作用的紅外光譜分析

通過考察礦物表面與藥劑吸附前后的紅外光譜變化情況研究捕收劑對高嶺石的作用機理，對各試樣進行紅外檢測，結果見圖7。

由圖7可知：與CTAB作用后的高嶺石紅外光譜曲線中位于2 930 cm-1附近出現了新的吸收峰，這主要歸功于CTAB的碳鏈在2 849～2 958 cm-1處的—CH3和—CH2—反對稱和對稱伸縮振動的影響；與CTAB作用后的高嶺石紅外光譜曲線中位于1 480 cm-1附近出現了新的吸收峰，這是由于CTAB在1 487 cm-1處的N—CH3變角振動和1 361～1 473 cm-1處的—CH3和—CH2—變角振動的影響。綜合分析說明CTAB捕收劑的碳鏈及—CH3R2R3R4N+基團在高嶺石純礦物的表面發生了吸附。另外，從圖中可以看出，藥劑的添加順序對高嶺石的浮選可視為沒有影響，但是與單獨添加一種藥劑時的紅外光譜相比，吸附了兩種藥劑的高嶺石紅外光譜在3 550～3 750 cm-1和900～1 200 cm-1處吸收峰強度發生明顯變化。高嶺石在3 550～3 750 cm-1處的吸收峰強度顯著減弱，這說明高嶺石的—Al—OH裸露量減少，高嶺石在900～1 200 cm-1處的吸收峰強度同樣也出現了減弱的現象，表明高嶺石純礦物的—OH和—Si==O的裸露量也在下降，在646 cm-1處高嶺石紅外光譜吸收峰強度的下降表明有C—S基團吸附在高嶺石表面，這表明兩種藥劑相互協同，促進了CTAB在高嶺石表面的吸附，這與浮選試驗效果也吻合。

2.3.2 CTAB和丁基黃藥與黃鐵礦作用的紅外光譜分析

通過考察礦物表面與藥劑吸附前后的紅外光譜變化情況研究捕收劑對黃鐵礦的作用機理，對各試樣進行紅外檢測，結果見圖8。

由圖8可知［8-11］：黃鐵礦在加入CTAB后紅外光譜在3 436 cm-1處的吸收峰移至3 439 cm-1，再加入丁基黃藥后黃鐵礦的紅外光譜的振動頻率由3 439 cm-1轉移至3 438 cm-1；黃鐵礦在加入CTAB時紅外光譜在1 629 cm-1處出現新峰，再加入丁基黃藥后黃鐵礦的紅外光譜的振動頻率由1 629 cm-1轉移至1 625 cm-1，這表明丁基黃藥在黃鐵礦表面發生吸附，促進了黃鐵礦的捕收。黃鐵礦在加入丁基黃藥后由于吸附碳鏈紅外光譜由3 018 cm-1處轉移至3 013 cm-1處，再加入CTAB后黃鐵礦的紅外光譜由3 013cm-1處轉移至3 143 cm-1處，這表明與丁基黃藥作用過的黃鐵礦對CTAB的吸附比較明顯；黃鐵礦在加入丁基黃藥時紅外光譜在1 561 cm-1和670 cm-1處出現新峰，再加入CTAB后黃鐵礦純礦物的紅外光譜在670 cm-1處的吸收峰未出現明顯變化，但1 561 cm-1處未再出現吸收峰，說明CTAB對C—S基團的影響不明顯。CTAB在黃鐵礦表面的吸附強化了丁基黃藥在黃鐵礦表面吸附的穩定性，CTAB對丁基黃藥浮選黃鐵礦具有吸附增敏效應，浮選效果較單獨使用丁基黃藥效果更好。

2.4 鋁土礦實際礦物試驗

根據上述單礦物浮選試驗結果，在浮選給礦的磨礦細度為-0.074 mm含量75%，脫硫捕收劑丁基黃藥總添加量為360 g/t，脫硅捕收劑CTAB總添加量為300 g/t，浮選礦漿pH值為5.0的條件下，對鋁土礦實際礦物進行1粗1精選別試驗，鋁土礦同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗流程見圖2，試驗產品的分析結果如表3所示。

由表3可知：通過鋁土礦實際礦物同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗，可以得到鋁硅比為5.29，S含量0.21%的精礦，精礦鋁硅比較原礦鋁硅比提高1.65，精礦產率為42.87%。實際礦物浮選試驗結果表明，鋁土礦實際礦物采用丁基黃藥和十六烷基三甲基溴化銨兩種藥劑進行反浮選同步脫硫脫硅試驗可以得到較好的浮選指標。精礦的回收率有待進一步提高，這表明使用該種工藝進行鋁土礦工藝浮選生產具有切實可行性。

3 結 論

（1）丁基黃藥用量為200 g/t，CTAB用量為250 g/t時，CTAB和丁基黃藥浮選高嶺石純礦物的回收率為86.10%，與使用CTAB直接浮選高嶺石相比，高嶺石回收率提高了18.96個百分點；當丁基黃藥用量為250 g/t，CTAB用量為75 g/t時，CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦純礦物的回收率為90.12%，與使用丁基黃藥用量為1 500 g/t浮選黃鐵礦回收率相差僅為0.32個百分點。CTAB-丁基黃藥浮選黃鐵礦強化了丁基黃藥在黃鐵礦表面的吸附，CTAB對黃鐵礦吸附丁基黃藥具有吸附增敏效應。

（2）重慶某鋁土礦原礦硫品位為2.14%，氧化鋁品位55.24%，鋁硅比為3.64，屬典型低品位高硫鋁土礦，經過最佳試驗條件下一段磨礦工藝，1粗1精浮選工藝流程，獲得了精礦產率為42.87%、硫品位為0.21%、Al2O3品位為63.14%、回收率為49.00%、鋁硅比為5.29的浮選指標。