張建強，吳國亮，杜五星

（中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司，國家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450041）

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石組成

鋁土礦是生產(chǎn)鋁金屬、耐火材料、研磨材料以及高鋁水泥的重要原材料，隨著國內(nèi)鋁土礦資源的逐步貧化和枯竭以及長期以來開采方法的不科學(xué)，直接用于生產(chǎn)氧化鋁和高檔耐火材的鋁土礦越來越少，而目前大量高硅高硫鋁土礦尚不能得到合理利用[1-2]。低品質(zhì)鋁土礦選礦技術(shù)的開發(fā)對國內(nèi)越來越“貧細雜”化鋁土礦的利用，對國內(nèi)氧化鋁行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展以及減輕對國外礦石的依賴具有重大意義。目前工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的選礦方法為浮選脫硅、浮選脫硫[3-5]。西南某地存在大量的高硫、低A/S 的鋁土礦，為經(jīng)濟合理地開發(fā)利用該資源，本文針對該高硫高硅鋁土礦進行了同步脫硫脫硅試驗研究。先對原礦進行化學(xué)多元素分析、X-衍射分析、物相組成分析以了解原礦性質(zhì)，為后續(xù)的浮選提供指導(dǎo)，分析結(jié)果分別見表1、圖1 和表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果/%Table1 chemical multi-element analysis results of the raw ore

圖 1 原礦的XRDFig. 1 XRD pattern of the raw ore

表2 原礦物相組成分析結(jié)果/%Table 2 Main mineral content of the raw ore

由表1 的分析結(jié)果可知，原礦中Al2O3的含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S 僅為3.82，屬于中低品位鋁土礦，其中有害雜質(zhì)S 含量為1.57，屬于高硫鋁土礦。該鋁土礦必須經(jīng)選礦處理后才能用于氧化鋁冶煉。

通過表2 和圖1 的分析結(jié)果可知，原礦中主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物主要是綠泥石、高嶺石、伊利石、石英等；還有少量的黃鐵礦，針鐵礦、菱鐵礦、金紅石等礦物；礦石中的有害雜質(zhì)S 主要以黃鐵礦的形式在原礦中賦存。綜合來看，該礦石為高S、低A/S 型鋁土礦，可以通過浮選脫硅提高礦石A/S 和浮選脫硫降低有害雜質(zhì)S 含量以滿足氧化鋁冶煉要求。

1.2 試劑及設(shè)備

試劑：碳酸鈉（Na2CO3），鹽酸（HCl），硫酸銅（CuSO3·5H2O），丁基黃藥（C4H9OCSSNa），戊基黃藥（C5H11OCSSNa），脫硫捕收劑BA-1；脫硫捕收劑BA-2，抑制劑SNS，脫硅捕收劑SW，脫硅捕收劑FWA，脫硅捕收劑EXA，2#油；鋁土礦原礦。設(shè)備：XMQΦ240×90 型錐形球磨機，Rex pHS-3C 型pH 計，BSA2202 型電子天平，DL5C 型真空抽濾機，XFG-63/1.5L/0.75L 掛槽式浮選機，101A-1 型鼓風(fēng)干燥箱。

2 結(jié)果與討論

目前，中低品位高硫鋁土礦脫硫脫硅提質(zhì)的方法主要是浮選法[6]，比較成熟的技術(shù)是先脫硫后脫硅技術(shù)，但是該工藝存在工藝復(fù)雜和流程較長等問題。結(jié)合礦石性質(zhì)，本試驗采用在反浮選脫硅的同時一起脫硫的同步脫硫脫硅工藝處理原礦。

2.1 磨礦細度試驗

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(xù)鋁土礦精礦產(chǎn)品的溶出性能。為獲得較好的浮選指標，在pH 值調(diào)整劑Na2CO3用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為60 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑2#油用量為100 g/t（脫硫捕收劑與起泡劑的質(zhì)量比為3:1），脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 的條件下，按照圖2 的工藝流程進行的磨礦細度進行試驗研究，試驗結(jié)果見表3。

圖 2 粗選條件試驗流程Fig .2 condition test flow chart of roughing

表3 磨礦細度試驗結(jié)果Table 3 Test results of grinding fineness

由表3 磨礦細度試驗結(jié)果可知，隨著磨礦細度的不斷增加，精礦產(chǎn) 率不斷降低，而精礦的品位先升高后降低，當(dāng)磨礦細度-0.0741 mm 含量增至69%以后，由于精礦夾雜嚴重，導(dǎo)致精礦品位提升困難且略微降低，回收率下降。磨礦細度-0.074 mm 69%時精礦品位提升最高，回收率也較高，因此綜合考慮磨礦細度-0.074 mm 69%時為較佳磨礦細度。

2.2 礦漿pH 值試驗

在浮選過程中礦漿的pH 值對礦物的表面電性和浮選藥劑的活性均具有很大的影響，各種礦物只有在各自最適宜的pH 值環(huán)境中才能有效的實現(xiàn)浮選[7]。因為該鋁土礦存在酸化現(xiàn)象，磨礦后的礦漿為酸性，在考察較佳pH 值時直接用Na2CO3進行調(diào)節(jié)。在磨礦細度-0.074 mm 69%，活化劑CuSO4用量為40 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑2#油用量為100 g/t，脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 的條件下，按照圖2 的工藝流程進行較佳pH 值試驗研究，試驗結(jié)果見表4。

表 4 礦漿pH 值試驗結(jié)果Table 4 Test results of pulp pH value

由表4 試驗結(jié)果可知，在pH 值為5 的偏酸性條件時，浮選脫硫效果較好，脫硅效果也較佳；當(dāng)pH 值為6 時，浮選脫硅效果最好，脫硫效果也較佳；pH 值繼續(xù)升高由于礦石已經(jīng)酸化，碳酸鈉添加量過大，導(dǎo)致浮選體系中電解離子濃度過高，致使浮選夾雜嚴重，脫硅的分選效果較差。綜合考慮試驗選擇pH=6 時為較佳脫硫脫硅浮選環(huán)境，此時Na2CO3用量為3800 g/t。

2.3 活化劑用量試驗

為強化同步脫硫脫硅過程中脫硫的效果，需要對黃鐵礦進行活化，目前黃鐵礦浮選活化劑最常用的為CuSO4[8]，所以本試驗不再對活化劑的種類進行試驗研究，而是在磨礦細度-0.074 mm 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t 脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 條件下按圖2 流程進行CuSO4用量試驗研究，試驗結(jié)果見圖3。

圖 3 活化劑CuSO4 用量試驗結(jié)果Fig. 3 Dosage test results of activator cuSO4

根據(jù)圖3 活化劑硫酸銅用量試驗結(jié)果可知，添加活化劑CuSO4的浮選效果要比不添加的浮選效果好。還可以看出，隨著CuSO4用量的不斷增加鋁精礦的S 含量不斷降低，而S 的脫除率在不斷增加，當(dāng)CuSO4用量超過60 g/t 以后精礦的S含量和S 脫除率趨于平穩(wěn)。綜合考慮藥劑用量和浮選效果活化劑CuSO4用量為60 g/t 時脫S 效果最好。

2.4 脫硫捕收劑種類試驗

脫硫捕收劑種類的選擇對最終浮選指標的好壞至關(guān)重要，目前脫硫捕收劑主要是各類型黃藥捕[9]，為了篩選出對該礦石具有較好脫硫效果的捕收劑，在磨礦細度-0.074 mm 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為40 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t 脫硅捕收劑EXA 用量為160 g/t 條件下直接進行按圖2 流程進行試驗研究，試驗結(jié)果見圖4。

圖 4 脫硫捕收劑種類試驗結(jié)果Fig. 4 categories test results of desulfurization collectors

根據(jù)圖4 的試驗結(jié)果可知，自制脫硫捕收劑BA-1 和BA-2 的脫硫效果要比丁基黃藥和戊基黃藥的浮選效果好，通過對比BA-1 和BA-2 兩種藥劑浮選指標發(fā)現(xiàn)，兩者精礦含S 量差別不大分別為0.41%和0.38%，但是BA-1 的脫硫率要比BA-2 的脫硫率高2.23 個百分點，所以決定采用BA-1 作為脫硫捕收劑。

2.5 脫硅捕收劑種類試驗

鋁土礦反浮選研究較長時期內(nèi)處于瓶頸狀態(tài)，其主要原因是大多數(shù)礦石中硅酸鹽脈石礦物組份復(fù)雜，各種脈石礦物對分選條件和分選藥劑的選擇不同，致使單一藥劑很難對鋁土礦有較好的分選效果[10]。在磨礦細度-0.074 mm 69%，pH 調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為60 g/t，抑制劑SNS 用量1000 g/t，脫硫捕收劑BA-1 用量為300 g/t，起泡劑用量為100 g/t，脫硅捕收劑用量為160 g/t 條件下，按圖2 流程考察不同種類的自制混合藥劑對脫硅的影響，試驗結(jié)果見圖5。

圖 5 脫硅捕收劑種類試驗結(jié)果Fig. 5 categories test results of desilication collectors

由圖5 的試驗結(jié)果可知，三種自制脫硅捕收劑對脫硅均有較好的效果，其中EXA 的對脈石礦物的捕收能力最好，精礦的A/S 最高，F(xiàn)WA 的次之。同時還可發(fā)現(xiàn)EXA 對硅的脫除率也最好，所以決定采用自制捕收劑EXA 為脫硅捕收劑。

2.6 藥劑用量試驗

浮選粗選藥劑用量因素較多，試驗量比較大，可以利用條件搭配均勻（但不完全）反應(yīng)影響全面的多因素組合正交試驗法[11]快速尋找合適的藥劑條件。在磨礦細度-0.074 mm 69%，pH 值調(diào)整劑碳酸鈉用量3800 g/t，活化劑CuSO4用量為40 g/t 的條件下，按圖2 流程采用L9（34）正交表安排了三因素三水平9 次試驗考察抑制劑、脫硫捕收劑和脫硅捕收的藥劑用量，試驗影響因素及水平見表5，試驗結(jié)果見表6。

表 5 藥劑用量試驗影響因素及水平Table 5 Influence factor and level of reagent dosage test

表6 藥劑用量正交試驗結(jié)果Table 6 Orthogonal test results of reagent dosage

根據(jù)表6 正交試驗結(jié)果可知，添加抑制劑SNS 有助于強化分選效果提高精礦Al2O3品位，同時抑制劑對精礦的含S 幾乎沒有影響。隨著脫硫捕收劑BA-1 用量的不斷增加，精礦的含S 量不斷降低，當(dāng)用量超過300 g/t 后，精礦的含S 量幾乎不再降低，所以脫硫捕收劑的用量為300 g/t 比較合適。還可知，隨著脫硅捕收劑EXA 用量的不斷加大，精礦Al2O3品位先增加后降低，而Al2O3回收率卻不斷降低，當(dāng)用量為160 g/t 時，鋁精礦的Al2O3品位為59.25%，而回收率較為86.25%，當(dāng)脫硅捕收劑用量為160 g/t 為較佳用量。

2.7 開路試驗

在上述條件探索試驗的基礎(chǔ)上，按圖6 浮選結(jié)構(gòu)流程進行開路試驗研究，試驗結(jié)果見表6。

圖6 開路試驗流程Fig. 6 process of open -circuit test

表7 開路流程試驗結(jié)果Table 7 Results of open-circuit test

根據(jù)表7 的開路試驗可知，原礦經(jīng)過“一粗-一精-三掃”的開路試驗后，可以得到產(chǎn)率為67.55%，Al2O3品位為62.72%，回收率為74.51%，含S 量為0.11%的鋁土礦精礦，該精礦滿足了氧化鋁冶煉原料的要求，該開路流程可以處理該礦石。

2.8 閉路試驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上，為考察同步脫硫脫硅工藝處理該礦石的可行性和穩(wěn)定性，按圖7 流程進行閉路試驗研究，試驗結(jié)果見表8。

圖7 閉路試驗流程Fig. 7 process of closed-circuit test

表8 閉路流程試驗結(jié)果Table 8 Results of closed-circuit test

根據(jù)閉路試驗結(jié)果可知，采用圖7 閉路流程處理A/S 為3.83 的原礦，可以得到Al2O3為61.03%，SiO2為11.95%，S 含量為0.19，A/S 為5.11的鋁土礦精礦。精礦相較于原礦A/S 提高了1.28，S 的脫除率達到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料，證明了該同步脫硫脫硅工藝流程的可行性和穩(wěn)定性，為該類型礦石的開發(fā)和利用提供了一種全新的技術(shù)思路。

3 結(jié) 論

（1） 原礦中Al2O3的含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S 僅為3.82，有害雜質(zhì)S 含量為1.57，主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物主要包括綠泥石、高嶺石、伊利石、石英等，礦石中的有害雜質(zhì)S 主要以黃鐵礦的形式在原礦中賦存。

（2）通過試驗通過閉路試驗，可以到精礦Al2O3為61.03%，SiO2為11.95%，S 含量為0.19，A/S 為5.11 的優(yōu)異浮選指標。精礦相較于原礦A/S提高了1.28，S 的脫除率達到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料。

（3）通過試驗發(fā)現(xiàn)，同步脫硅脫硫工藝能夠處理該礦石，為該類型礦石的開發(fā)和利用提供了一種全新的技術(shù)思路。