云南某低品位鋁土礦鋁硅浮選分離試驗(yàn)研究

楊 林 張錦仙 呂 超 馬原琳

(1.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031;2.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083;3.云南省選冶新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650031;4.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 653030)

鋁是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要金屬，鋁土礦是金屬鋁的主要來源。鋁土礦主要分為三水鋁石、一水硬鋁石及一水軟鋁石3種。全球鋁土礦資源量約為550～750億t，主要分布在幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西、越南、牙買加、中國、印度尼西亞及印度等國家[1]。我國鋁土礦儲(chǔ)量約為10億t[2]，但大部分品質(zhì)較差，主要為一水硬鋁石型，采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁存在溶出溫度高、能耗大等問題;同時(shí)，部分鋁土礦含鐵、鈦及硫高，選礦工藝復(fù)雜，鋁精礦產(chǎn)品質(zhì)量差[3-6]。

國內(nèi)鋁土礦中脈石礦物以高嶺石、伊利石及葉蠟石等硅酸鹽礦物為主，浮選是分離鋁硅的主要工藝[7]，常見工藝有正浮選工藝和反浮選工藝。反浮選工藝捕收劑主要包括脂肪胺類、醚胺及改性胺等，國內(nèi)科研工作者就反浮選脫硅開展了較多的試驗(yàn)研究[8-11]，取得了一定成果，但存在礦泥影響較大、藥劑制度不完善等問題，因此相關(guān)工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道較少;正浮選工藝工業(yè)應(yīng)用較多，捕收劑主要為脂肪酸及其改性產(chǎn)物，針對其選擇性差、不耐低溫及泡沫流動(dòng)性不佳等問題，學(xué)者們開展了相關(guān)研究工作，選礦技術(shù)指標(biāo)得到明顯提升[12-16]。針對不同礦石的正浮選工藝，捕收劑及抑制劑的開發(fā)研究是關(guān)鍵。

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁要求鋁土礦的鋁硅比大于7，浮選法獲得滿足此要求產(chǎn)品的關(guān)鍵是研發(fā)與選擇高效捕收劑及抑制劑。云南某鋁土礦鐵、鈦含量較高，而鋁、硅含量較低，雖然浮選工藝復(fù)雜，但所得鋁精礦產(chǎn)品質(zhì)量并不理想，本研究開發(fā)了適應(yīng)性較好的改性復(fù)合脂肪酸類捕收劑及組合抑制劑，并研究了各藥劑適宜用量及協(xié)同工藝，較好地實(shí)現(xiàn)了該鋁土礦中鋁硅的高效浮選分離，為此類鋁土礦資源的開發(fā)利用提供借鑒。

1 試樣、藥劑及設(shè)備

1.1 試 樣

試驗(yàn)礦樣取自云南文山某地的鋁土礦，礦樣破碎至-2 mm，混勻縮分后作為試驗(yàn)礦樣。試樣化學(xué)多元素分析、礦物組成分析結(jié)果分別見表1、表2。

表2 試樣礦物組成及含量Table 2 Minerals composition and its contents of the samples %

由表1和表2可知，該試樣Al2O3及SiO2含量較低，F(xiàn)e及TiO2含量較高，屬于高鐵高鈦、低鋁低硅型鋁土礦;可回收鋁礦物主要以一水硬鋁石相態(tài)存在，鐵礦物主要包括赤鐵礦與針鐵礦，鈦礦物主要以銳鈦礦相態(tài)存在，脈石礦物主要為高嶺石。

1.2 試驗(yàn)藥劑及設(shè)備

試驗(yàn)所用藥劑包括碳酸鈉、硅酸鈉、油酸、亞油酸、松香酸、妥爾油、十二烷基磺酸鈉、苯甲羥肟酸、篦麻油酸、HQ、GY，均為試劑純，購自麥克林試劑網(wǎng)。

試驗(yàn)所用設(shè)備包括XFDⅣ型溫控單槽浮選機(jī)(1.0、1.5 L)，吉林探礦機(jī)械廠生產(chǎn);XMQ-φ240 mm×90 mm錐形球磨機(jī)，武漢探礦機(jī)械廠生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方案

該試樣的鋁硅分離主要是一水硬鋁石與高嶺石的分離，試驗(yàn)采用正浮選工藝流程，重點(diǎn)考察磨礦細(xì)度、捕收劑種類與用量、調(diào)整劑種類與用量等條件對浮選效果的影響，最終確定適用于該礦石鋁硅浮選分離的藥劑體系及浮選工藝流程。試驗(yàn)原則流程見圖1。

圖1 浮選試驗(yàn)原則流程Fig.1 Principle flowsheet of the floation test

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 捕收劑種類試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%、碳酸鈉用量為4 000 g/t、硅酸鈉用量為400 g/t、捕收劑用量為1 000 g/t，考察捕收劑種類對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results of the collectors types

由表3可知，妥爾油、油酸、亞油酸、十二烷基磺酸鈉及蓖麻油酸對一水硬鋁石具有較好的捕收效果，苯甲羥肟酸及松香酸的捕收力較弱，妥爾油屬于油酸、亞油酸及松香酸等脂肪酸的混合物，其捕收能力最好;亞油酸由于具有2個(gè)雙鍵，理論上其捕收性、水溶性與抗低溫性等均比油酸好，試驗(yàn)結(jié)果也表明其捕收性及選擇性均比油酸好，接下來以油酸、亞油酸、妥爾油為基礎(chǔ)開展改性試驗(yàn)。

3.2 捕收劑的改性研究

通過捕收劑的探索試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)油酸、亞油酸及妥爾油等主體捕收劑均具有較好的捕收性與選擇性，但試驗(yàn)結(jié)果也表明，采用單一捕收劑，存在浮選回收率偏低的問題，在廣泛探索試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用妥爾油、亞油酸及油酸按質(zhì)量比為1∶1∶1作為主體捕收劑，對主體捕收劑進(jìn)行了酸化及乳化改性，最終形成KYB捕收劑，在磨礦細(xì)度為-0.074mm占70%、碳酸鈉用量為4 000 g/t、硅酸鈉用量為400 g/t、捕收劑用量為1 000 g/t的條件下，KYB捕收劑與單一捕收劑浮選試驗(yàn)結(jié)果對比結(jié)果見表4。

表4 捕收劑改性對比試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Comparative test results of collector modification

由表4可知，通過對妥爾油、油酸及亞油酸進(jìn)行組合并改性后，在相同條件下，改性后捕收劑的浮選回收率有明顯提高，而鋁硅比與采用單一捕收劑基本相當(dāng)，后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)研究選擇KYB為捕收劑。

3.3 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

以KYB為捕收劑，開展相關(guān)協(xié)同工藝條件的研究。固定碳酸鈉用量為4 000 g/t、硅酸鈉用量為400 g/t、KYB 用量為 1 000 g/t，考察磨礦細(xì)度對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of grinding fineness

由圖2可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦Al2O3回收率逐步提高，鋁硅比變化不大，表明磨礦粒度越細(xì)，一水硬鋁石與高嶺石等脈石礦物的解離越充分，更有利于浮選分離，選擇適宜的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%。

3.4 KYB用量試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%、碳酸鈉用量為4 000 g/t、硅酸鈉用量為400 g/t，考察 KYB 用量對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 KYB用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of KYB dosage

由圖3可知，隨著KYB用量的增大，精礦Al2O3回收率逐漸提高，但鋁硅比逐漸下降。綜合考慮回收率、鋁硅比及藥劑成本，確定適宜的KYB用量為1 000 g/t。

3.5 碳酸鈉用量試驗(yàn)

碳酸鈉主要作為pH調(diào)整劑、礦漿電位調(diào)整劑，并具有一定的分散作用。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%、硅酸鈉用量為400 g/t、捕收劑KYB用量為1 000 g/t，考察碳酸鈉用量對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 碳酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of sodium carbonate dosage

由圖4可知，隨著碳酸鈉用量的增大，精礦Al2O3回收率逐漸降低，鋁硅比整體呈降低趨勢。因此，確定適宜的碳酸鈉用量為2 000 g/t。

3.6 抑制劑種類試驗(yàn)

鋁土礦浮選抑制劑主要包括硅酸鈉及六偏磷酸鈉等，本節(jié)主要研究抑制劑種類及其組合對高嶺石的抑制效果，其中HQ為含羥基小分子有機(jī)物的復(fù)合物，GY-1、GY-2及GY-3為含羧基的不同分子鏈及結(jié)構(gòu)小分子有機(jī)物的復(fù)合物。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%、碳酸鈉用量為2 000 g/t、抑制劑用量為400 g/t、KYB 用量為 1 000 g/t，考察抑制劑種類對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 抑制劑種類試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of inhibitor types

由表5可知，采用有機(jī)抑制劑，精礦鋁硅比均比硅酸鈉高，但Al2O3回收率有所降低，表明有機(jī)抑制劑對高嶺石的抑制劑作用較硅酸鈉明顯;采用硅酸鈉+GY-3的組合藥劑，綜合效果較好，且浮選泡沫黏度較低，因此后續(xù)試驗(yàn)選擇硅酸鈉+GY-3(質(zhì)量比為3∶1)為組合抑制劑。

3.7 硅酸鈉+GY-3用量試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%、碳酸鈉用量為2 000 g/t、KYB 用量為 1 000 g/t，考察硅酸鈉+GY-3用量對鋁硅浮選分離效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 硅酸鈉+GY-3用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of sodium silicate+GY-3 dosage

由圖5可知，隨著硅酸鈉+GY-3用量的增大，精礦Al2O3回收率呈緩慢下降趨勢，鋁硅比先提高后降低。綜合考慮，確定適宜的硅酸鈉+GY-3用量為200～400 g/t。

3.8 閉路試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果，確定了該鋁土礦鋁硅浮選分離粗選的藥劑種類及用量，在此基礎(chǔ)上，開展閉路試驗(yàn)研究，試驗(yàn)流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖6 閉路試驗(yàn)流程Fig.6 Flowsheet of the closed-circuit flotation test

表6 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of the closed-circuit flotation test

由表6可知，經(jīng)過“1粗2精1掃”閉路試驗(yàn)，最終可以獲得鋁硅比為9.79、Al2O3回收率為81.62%的鋁精礦，尾礦鋁硅比降低至1.27，表明采用以上閉路試驗(yàn)的藥劑體系及流程，該鋁土礦礦石鋁硅浮選分離效果較好。

4 結(jié) 論

(1)云南某低品位鋁土礦Al2O3及SiO2含量分別為 44.35%、10.52%，F(xiàn)e及 TiO2含量分別為13.36%、4.64%，屬于高鐵高鈦、低鋁低硅型鋁土礦;可回收鋁礦物主要以一水硬鋁石相態(tài)存在，鐵礦物主要包括赤鐵礦與針鐵礦，鈦礦物主要以銳鈦礦相態(tài)存在，脈石礦物主要為高嶺石。

(2)通過對捕收劑與抑制劑的廣泛試驗(yàn)篩選，最終確定以改性組合脂肪酸KYB為捕收劑，硅酸鈉+GY-3為組合抑制劑，碳酸鈉為調(diào)整劑，在磨礦細(xì)度為-0.074mm占90%的條件下，采用“1粗2精1掃”閉路試驗(yàn)可以獲得鋁硅比為9.79、Al2O3回收率為81.62%的鋁精礦，較好地實(shí)現(xiàn)了該類型鋁土礦中鋁硅的高效分離。