豫西低品位高硫鋁土礦脫硫脫硅工藝技術研究

張建強,杜五星,馬俊偉,魏兆斌

(1.中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041;2.國家鋁冶煉工程技術研究中心,河南 鄭州 450041)

隨著中國氧化鋁產能的迅速增加,國內鋁土礦資源日趨緊張鋁土礦“貧、細、雜、難”的特點日益突出,使得鋁土礦選礦技術及選礦裝備面臨著諸多新挑戰。隨著鋁土礦資源的減少及品質的降低,鋁土礦中有用礦物的嵌布粒度越來越細,與脈石礦物之間的共生關系越來越復雜,使得選礦提質降雜的難度增加、生產成本提高、工藝指標下降[1-6]。豫西存在大量低品位高硫鋁土礦,儲量在6000萬噸以上,其硫含量約為1.2%～2.0%,礦石鋁硅比約為4.5～5.0,僅通過浮選脫硫,無法獲得高A/S選精礦,僅通過正浮選脫硅,其浮選精礦硫含量在0.8%以上,無法滿足氧化鋁生產需求。為經濟合理地開發利用該資源,本文對豫西低品位高硫鋁土礦進行脫硫脫硅工藝技術研究。

1 礦石成分

對取自豫西的低品位高硫鋁土礦原礦進行多元素分析、X-衍射分析和物相組成分析以了解原礦性質,為后續試驗提供礦物學指導,分析結果見表1、圖1和表2。

表1 原礦多元素分析結果 %

表1、表2和圖1分析可知,原礦中Al2O3含量為58.09%,SiO2含量為13.10%,A/S僅為4.43,有害雜質S含量為1.21%,屬于低品位高硫鋁土礦,礦石中的有用礦物主要為一水硬鋁石,脈石礦物主要為伊利石、高嶺石、綠泥石、方解石等,含硫礦物主要為黃鐵礦。該鋁土礦必須經選礦處理后才能用于氧化鋁冶煉,通過浮選脫硫降低有害雜質S含量和浮選脫硅提高礦石A/S來滿足氧化鋁冶煉要求[7-9]。

圖1 原礦XRD圖譜

表2 原礦物相分析結果/%

2 實驗室試驗

2.1 磨礦細度試驗

根據礦石性質研究,該礦樣屬于低品位一水硬鋁石型高硫鋁土礦,擬采用反浮選脫硫方法實現鋁精礦產品中硫含量的降低,采用正浮選脫硅方法實現鋁精礦A/S的有效提高。合理的磨礦細度不僅對鋁土礦選礦工藝和指標具有重要影響,還影響到后續鋁土礦精礦產品的溶出性能[10],為獲得最佳的浮選脫硫脫硅指標,按下面流程進行磨礦細度試驗,試驗結果見圖3。

圖2 磨礦細度試驗流程

圖3 磨礦細度試驗結果

由圖3試驗結果可知,磨礦細度越粗,硫精礦S含量越高,而鋁精礦的S含量和產率隨著磨礦細度的降低而降低;而鋁精礦的A/S和產率隨著磨礦細度的降低而不斷降低,綜合考慮鋁精礦指標和硫精礦指標,在磨礦細度-0.074 mm含量占85.00%時,浮選脫硫及脫硅綜合效果較佳,可獲得產率為67.33%,S含量為0.12%,A/S為9.91的鋁精礦,以及產率為3.44%、硫含量為27.81%的硫精礦。

2.2 脫硫捕收劑種類試驗

在磨礦細度-0.074 mm含量占85.00%的條件下,按圖4所示流程研究脫硫捕收劑種類對浮選脫硫的影響,試驗結果見圖5。

圖4 脫硫條件試驗流程

圖5 脫硫捕收劑種類試驗結果

由圖5試驗結果可知,使用戊基黃藥所得鋁精礦中S含量較其它脫硫藥劑都高。丁基黃藥對礦石中的黃鐵礦有較強的捕收能力且選擇性也比較好,可以得到S含量最低的鋁土礦精礦。綜合比較鋁精礦S含量和硫精礦S含量,以丁基黃藥為脫硫捕收劑。

2.3 脫硫捕收劑用量試驗

捕收劑主要作用是使目的礦物表面疏水、增加可浮性,因此捕收劑的用量對浮選工藝指標有著極其重要的影響。在起泡劑用量與脫硫捕收劑用量為3∶1的情況下,捕收按起泡劑圖4所示流程研究丁基黃藥用量A(粗選150/精選50)、B(粗選200/精選100)、C(粗選300/精選100)、D(粗選400/精選100)、E(粗選500/精選100)對浮選脫硫指標的影響,試驗結果見圖6。

由圖6試驗結果可知,隨著脫硫捕收劑用量的加大,浮選脫硫鋁精礦的S含量及硫精礦S含量均逐步降低,硫精礦產率逐步提高。當丁基黃藥用量為B時,綜合浮選效果較佳,藥劑總用量低于B時,鋁精礦中硫含量過高,當藥劑總用量大于B時,藥劑用量的加大對鋁精礦中S含量降低效果不明顯,故綜合考慮經濟效益與浮選脫硫指標確定丁基黃藥用量為B(粗選200/精選100)。

圖6 脫硫捕收劑用量試驗結果

2.4 活化劑種類試驗

為強化浮選脫硫效果,需要對黃鐵礦進行活化,在丁基黃藥總用量為B(粗選200/精選100),起泡劑用量(粗選70/精選30)時,按圖4所示流程考察活化劑種類對脫硫指標的影響,試驗結果見圖7。

圖7 脫硫活化劑種類試驗結果

由圖7試驗結果可知,在四種活化劑用量相同時,硫酸銅作為活化劑所得鋁精礦中S含量最低僅有0.16%,且硫精礦中S含量為30.84%僅次于硫酸亞鐵的30.99%,故選擇硫酸銅作為浮選脫硫的活化劑。

2.5 活化劑用量試驗

在原礦磨礦細度-0.074 mm占85%的條件下,丁基脫硫捕收劑總用量為B(粗選200/掃選100),起泡劑用量(粗選70/精選30)時,按圖4所示流程考察脫硫活化劑硫酸銅用量對浮選脫硫的影響,試驗結果見圖8。

圖8 脫硫活化劑用量試驗結果

從圖8中看出,隨著脫硫活化劑硫酸銅用量的加大,浮選脫硫鋁精礦的S含量整體上先降低后升高,浮選硫精礦的S含量逐步降低而后突然升高。當脫硫活化劑硫酸銅用量為25 g/t時,綜合浮選脫硫效果較佳,此時浮選脫硫鋁精礦S含量為0.16%,浮選硫精礦硫含量為30.67%。

2.6 起泡劑用量試驗

在原礦磨礦細度-0.074 mm占85.00%,丁基脫硫捕收劑總用量為300 g/t(粗選200/掃選100)時,活化劑硫酸銅用量為25 g/t的條件下,按圖4所示流程考察脫硫起泡劑2#油用量A(粗選40/精選20)、B(粗選50/精選30)、C(粗選70/精選30)、D(粗選100/精選50)對浮選脫硫的影響,試驗結果見圖9所示。

圖9 起泡劑用量試驗結果

由圖9可知,隨著脫硫起泡劑2#油的總用量的加大,浮選脫硫鋁精礦的產率和S含量逐步下降。當起泡劑總用量超過C以后,鋁精礦的產率急劇下降,這是由于起泡劑用量過大造成的。即起泡劑總用量為C(粗選70/精選30)時,綜合浮選效果較佳,可以獲得產率為84.47%,S含量為0.16%浮選鋁精礦以及S含量為30.67%的硫精礦。

2.7 脫硅捕收劑種類試驗

按圖11所示流程考察脫硅捕收種類對浮選脫硅指標的影響,試驗結果見圖10所示。

圖10 脫硅條件試驗流程圖

圖11 脫硅捕收劑種類試驗結果

由圖11試驗結果可知,對比4種脫硅捕收劑中SW的脫硅效果最差,其他三種在A/S相差不大的情況下,自制捕收劑BKS的鋁精礦產率最高,綜合考慮確認使用自制BKS捕收劑作為該礦的脫硅捕收劑。

2.8 脫硅捕收劑用量試驗

在使用自制BKS脫硅捕收劑的條件下,按圖10所示流程考察BKS脫硅捕收劑用量A(粗選700/掃選100/精選Ⅰ100)、B(粗選800/掃選100/精選Ⅰ100)、C(粗選900/掃選100/精選Ⅰ100)、D(粗選1000/掃選100/精選Ⅰ100)對浮選脫硅指標的影響,試驗結果見圖12。

圖12 脫硅捕收劑用量試驗結果

由圖12試驗結果可知:脫硅捕收劑BKS總用量越大,鋁精礦產率越高,鋁精礦的A/S越低。當脫硅捕收劑BKS總用量為C(粗選900/掃選100/精選Ⅰ100)時,鋁精礦產率可達70.33%,鋁精礦A/S為9.99;當總用量達到D時,鋁精礦產率為71.72%,鋁精礦A/S為9.6,鋁精礦產率增加有限。綜合考慮藥劑用量與浮選效果及藥劑成本,確定較合適的脫硅藥劑總用量為C(粗選900/掃選100/精選Ⅰ 100)。

圖13 全流程閉路試驗流程圖

2.9 全流程閉路試驗

在脫硫與脫硅條件試驗的基礎上,為考察脫硫脫硅整體流程的可靠性與可行性,按圖14所示流程進行浮選脫硫脫硅閉路試驗,試驗結果見表4。

表4 全流程閉路試驗結果

由表4全流程閉路試驗可知,原礦經 “一次粗選一次精選兩次掃選” 浮選脫硫,脫硫鋁精礦經 “一次粗選兩次精選一次掃選” 浮選脫硅閉路流程處理后,可得到產率為76.55%,S含量為0.15%,Al2O3含量為65.25%,A/S為9.02的鋁精礦以及S含量為23.27%,產率為4.60%的硫精礦,取得了較好的浮選指標,鋁精礦S含量滿足了氧化鋁冶煉要求。

3 結 論

(1)根據原礦性質研究可知,原礦中Al2O3的含量為58.09%,SiO2含量為13.10%,A/S僅為4.43,其中有害雜質S含量為1.21%,屬于中低品位高硫鋁土礦,礦石中的有用礦物主要為一水硬鋁石,含硫礦物主要為黃鐵礦。該鋁土礦必須經選礦處理后才能用于氧化鋁冶煉,可以通過浮選脫硫降低有害雜質S含量和浮選脫硅提高礦石A/S來滿足氧化鋁冶煉要求。

(2)脫硅捕收劑種類對比試驗發現,自制脫硅捕收BKS具有較強的捕收能力和較強的選擇性。

(3)豫西低品位高硫鋁土礦經 “一次粗選一次精選兩次掃選” 浮選脫硫,脫硫鋁精礦經 “一次粗選兩次精選一次掃選” 浮選脫硅閉路試驗流程,可得到產率為76.55%,S含量為0.14%,Al2O3含量為64.25%,A/S為8.02的鋁精礦以及S含量為23.27%,產率為4.60%的硫精礦,取得了較好的浮選指標,為低品位高硫鋁土礦資源的經濟高效利用提供了技術參考。