高鐵赤泥旋流器分級提鐵工藝研究試驗

鄭霞

（中鋁山東有限公司，山東 淄博 255061）

赤泥是氧化鋁生產過程的副產物。因其pH高、堿性高、黏度大、物化性質復雜等特性，加大了其綜合利用的難度，不僅需投入大量堆存運行費用，還浪費了大量土地，給周圍的生態環境帶來了巨大壓力。目前，赤泥的主要處置方式是采用堆存處置、傾倒入海、填充洼地等堆存方式處理。目前，拜耳法高鐵赤泥可以通過溜槽、旋流器分級或者磁選的方式提高氧化鐵品位，當TFe>40%，可大規模在主要鋼鐵行業作為鋼鐵輔料配料應用。本文以拜耳法赤泥為基礎原料，根據其粒徑分布情況，分析其硅、鐵、鋁、鈉元素及礦物組成在不同粒徑分級方式，利用水力旋流器進行分級處理。考察了試驗壓力、底流口徑、物料濃度等因素對旋流器效率及氧化鐵品位的影響，為高效綜合利用赤泥中鐵礦物提供應用途徑。

1 原料與設備

1.1 主要試驗原料

本試驗采用的原料為中鋁山東有限公司進口礦赤泥，屬于高鐵低鋁低硅赤泥，赤泥主要礦物組成為赤鐵礦、含鋁赤褐鐵礦、鋁針鐵礦、非晶質硅酸鹽、石英、方解石等。鐵以赤鐵礦、鈦鐵礦為主要存在狀態，其次為硅酸鐵鹽類。赤泥定量分析如圖1。

圖1 赤泥定量分析

掃描電鏡分析。從圖2 中的微觀形貌來看，赤泥主要由細小顆粒組成，但實際上赤泥中仍包裹或夾雜一些粗大的顆粒。

圖2 赤泥 SEM 效果圖

通過粒徑分布表1 可以看出：該進口礦赤泥中氧化鐵基本分布在+0.045mm 以上，同時可以降低堿含量，作為鋼鐵輔料，具有較好的回收價值。

表1 不同粒徑赤泥的化學成分（wt%）

1.2 主要試驗儀器

烘箱，旋流器FX-100（配套底流口徑14、16、18、20、22mm），渣漿泵、槽體及配套攪拌，X 熒光光譜分析儀、SEM-EDS 掃描電鏡能譜分析儀。

2 工藝研究

該工藝是根據赤泥中氧化鐵物質粒度、真比重較大而鈉硅渣等含堿物質粒度小、真比重小的特點，旋流器利用粗顆粒與細顆粒之間存在粒度差，其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒經旋流器底流口排出，而大部分細顆粒由溢流管排出，從而達到分離分級目的。首先，將赤泥配置成一定濃度的赤泥漿液，攪拌均勻后通過渣漿泵輸送至旋流器，通過旋流器底流口徑、錐比、壓力、物料濃度等參數的控制調整，測試分級產品的TFe、Na2O 指標,并對產品分級效率進行分析。

3 結果討論

3.1 底流口徑

底流口直徑(d)：底流口直徑增大，分級粒度變細，底流口直徑減小，分級粒度變粗。根據旋流器直徑確定底流口直徑，取值范圍d=(0.15 ～0.25)D，試驗選用的是FX100 旋流器，針對16、18、20、22、24mm 底流口徑進行試驗研究。試驗結果如圖3。

圖3 底流口徑對鐵品位及分級效率的影響

通過圖3 顯示可以看出：底流口徑在16 ～22mm 且指標滿足鋼鐵行業應用要求，20mm 時鐵品位及分級效率綜合最優。

3.2 錐比

錐比是底流口直徑和溢流口直徑之比，是設計旋流器的主要參數，也是操作調整分級指標的重要因素。錐比大，分級粒度小；錐比小，分級粒度大；錐比取值范圍在0.35 ～0.65。在進料壓力0.2MPa、物料濃度200g/l 條件下，分別對錐比為0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65 進行旋流器分級試驗，錐比對TFe、Na2O 及分級效率的影響見表2。

表2 錐比對主要指標的影響

結果表明，隨著錐比的增加，TFe 含量呈遞減趨勢，Na2O 含量及分級效率逐漸增加，綜合考慮，確定旋流器錐比為0.45。

3.3 壓力對產品指標的影響

入料壓力是旋流器工作的重要參數。提高入料壓力，可以增大礦漿流速，物料所受離心力增大，可以提高分級效率和底流濃度。處理粗物料時采用低壓力(0.05 ～0.1MPa)操作，處理細粒及泥質物料時采用高壓力(0.1～0.3MPa）操作。赤泥物料整體粒度偏細，試驗壓力選擇0.12 ～0.24MPa 進行研究，錐比對TFe、分級效率的影響如圖4。

圖4 進料壓力與鐵品位及分級效率的關系圖

3.4 礦漿濃度

給礦含固量在水力旋流器中，礦漿濃度隨著給礦含固量的增加而增加，這導致固體粒子徑向運動速度的減小。于是，自由離心沉降規律變為干涉沉降規律。在接近排礦咀的錐體頂部，礦漿的固相粗粒子形成料較厚的緊密床層。因此，給礦含固量的波動會引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的變化、溢流粒度的變化以及沉砂中細粒礦泥混入量的變化。固含對TFe、分級效率的影響如圖5。

圖5 固含對TFe、分級效率的影響

礦漿濃度對TFe 含量的影響明星波峰現象，固含從160 上升至200g/l 時，TFe 含量增加，當固含進一步增加時，TFe 呈下降趨勢；分級效率在固含達到180g/l 后，隨著固含的增加。分級效率緩慢下降，綜合TFe 及分級效率情況，礦漿濃度控制在200g/l 為宜。

3.5 分級物料物化分析

采用固含200g/l、進料壓力0.2MPa、底流口徑為20mm、錐比0.45 條件下的分級處理試驗，物料測試指標如表3。

表3 主要成分分析表（%）

從表3 中可以看出，分級產品的TFe 達到了45%以上，且Na2O 含量<2%，滿足鋼鐵行業作為鋼鐵輔料應用要求。

從圖6 可以看出，赤泥經過分級處理，鐵得到富集，物相主相為Fe2O3、針鐵礦，其他相為金紅石及SiO2。

圖6 XRD 衍射圖

4 結語

拜耳法高鐵赤泥采用赤泥定向分級、選擇性分離工藝，進行能夠提高鐵品位，實現了赤泥中鐵礦物的快速、高效回收及低成本減排，為赤泥資源的開發利用開辟了新的途徑。

高鐵赤泥低成本大規模分級利用最佳工藝條件：錐比0.45，底流口徑20mm, 固含200g/l, 壓力0.2MPa,TFe 含量達到48.9%，分級效率27.8%，適用于鋼鐵行業作為輔料進行配料使用，同時減排效果最好。