姚 杰,張建強(qiáng),張站云,劉中原

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

根據(jù)中華人民共和國(guó)自然資源部發(fā)布的礦產(chǎn)資源報(bào)告統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2019年底我國(guó)查明鋁土礦資源儲(chǔ)量有54.5億t[1-2]。在查明的儲(chǔ)量中,有部分硫含量超過0.7%的高硫鋁土礦,該部分鋁土礦不能直接被用于氧化鋁生產(chǎn),需進(jìn)行脫硫處理。因?yàn)樵谘趸X生產(chǎn)過程中,硫元素不僅會(huì)腐蝕設(shè)備,而且還會(huì)影響氧化鋁的產(chǎn)品質(zhì)量,所以,研究經(jīng)濟(jì)合理的脫硫方法對(duì)鋁工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

1 含硫礦物在拜耳法生產(chǎn)中的危害

鋁土礦中的硫主要以黃鐵礦的形式存在,主要有三種,二價(jià)硫、硫酸鹽和單質(zhì)硫,不同地區(qū)硫的賦存形態(tài)不同。鋁土礦中的硫元素不僅會(huì)造成氧化鈉的損失,而且會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕,使溶液中的鐵含量增加[4],影響氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),硫酸鹽在母液中的濃度達(dá)到飽和后會(huì)結(jié)晶析出,導(dǎo)致設(shè)備表面結(jié)垢,傳熱系數(shù)降低[5],溶出效率降低。硫酸鹽含量的增加會(huì)增加系統(tǒng)的排鹽量,進(jìn)而增加能耗,增加生產(chǎn)成本。

2 原礦性質(zhì)研究

本次試驗(yàn)礦樣取自重慶某地高硫鋁土礦,礦物的主要化學(xué)成分分析和物相分析分別如表1、表2所示。由表1、表2可知,礦石中Al2O3含量56.45%,SiO2含量14.23%,S含量2.35%,鋁硅比3.97。因此,該礦石是典型的高硫鋁土礦。礦石中主要鋁礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石;鋁硅酸鹽礦物類型復(fù)雜,主要有:綠泥石、高嶺石、伊利石,鐵礦物主要為黃鐵礦和菱鐵礦;鈦礦物主要為銳鈦礦和金紅石。硫礦物主要以黃鐵礦的形式存在。

表1 礦石主要化學(xué)成分 %

表2 礦石物相 %

3 試驗(yàn)研究

根據(jù)礦石分析結(jié)果,該礦石屬于一水硬鋁石型高硫鋁土礦,通過磨礦細(xì)度、抑制劑用量、活化劑用量、捕收劑用量等條件試驗(yàn),采用反浮選脫硫工藝方法,研究礦石中鋁礦物與含硫礦物的分離效果。

3.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用“一次粗選一次精選一次掃選”的反浮選脫硫法進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)流程如圖1所示。試驗(yàn)選用XFD-1.5型浮選機(jī),浮選槽容積為1.5 L,礦漿濃度為27%,礦漿pH=9。礦漿預(yù)攪拌時(shí)間4 min,各藥劑加入后攪拌2 min,經(jīng)充分?jǐn)嚢韬统錃?含硫礦物通過泡沫浮出。本文采用碳酸鈉作為調(diào)整劑,調(diào)整礦漿pH值=9,SNS作為抑制劑,硫酸銅作為活化劑,ZBD作為捕收劑,ZYQ作為起泡劑。

圖1 高硫鋁土礦浮選脫硫試驗(yàn)工藝流程

3.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

礦物中的鋁礦物和脈石礦物是緊密連生在一起的,通過磨礦將鋁礦物和脈石實(shí)現(xiàn)分離,磨礦細(xì)度較粗,不利于礦物的解離;磨礦細(xì)度較細(xì),容易造成過磨現(xiàn)象,微細(xì)粒增多,也不利于浮選進(jìn)行。磨礦細(xì)度的最佳值主要取決于礦石性質(zhì),目的礦物嵌布粒度較粗時(shí),低磨礦細(xì)度就能實(shí)現(xiàn)礦物的單體解離,目的礦物嵌布粒度較細(xì)時(shí),需要高磨礦細(xì)度才能實(shí)現(xiàn)礦物的單體解離[6]。

磨礦細(xì)度試驗(yàn)條件中,磨礦細(xì)度分別為55%、65%、75%、80%。在礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、活化劑用量50 g/t、捕收劑用量400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 磨礦細(xì)度(-0.074 mm)對(duì)浮選指標(biāo)的影響

從圖2看出,鋁精礦中硫含量隨著磨礦細(xì)度的增加而降低,說明礦石在細(xì)磨的情況下黃鐵礦與鋁礦物解離更充分,有利于黃鐵礦的分選。當(dāng)磨礦細(xì)度為75%～80%時(shí),鋁精礦中硫含量為0.22%,曲線趨于水平,說明在該磨礦細(xì)度范圍內(nèi),黃鐵礦與鋁礦物解離度較高,且磨礦細(xì)度增加會(huì)消耗更多能耗,增加生產(chǎn)成本。綜合鋁精礦硫含量及產(chǎn)率情況,磨礦細(xì)度確定為75%。

3.3 抑制劑用量試驗(yàn)

為了減少鋁礦物跟隨浮選泡沫上浮,在試驗(yàn)過程中加入抑制劑,抑制鋁礦物上浮。抑制劑吸附于鋁礦物表面,增強(qiáng)鋁礦物的親水性,不僅可以提高脫硫率,而且可以保證鋁精礦的產(chǎn)率,減少鋁礦物的浪費(fèi)。

抑制劑用量對(duì)浮選指標(biāo)影響試驗(yàn)中,抑制劑用量分別為0 g/t、500 g/t、1000 g/t、1500 g/t、2000 g/t。在磨礦細(xì)度為75%,礦漿pH值為9、活化劑用量50 g/t、捕收劑用量400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

圖3 抑制劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

從圖3看出,抑制劑有利于降低鋁精礦中的硫含量,對(duì)浮選脫硫具有一定的促進(jìn)作用,當(dāng)抑制劑用量超過1000 g/t時(shí),鋁精礦中硫含量的變化很小。鋁精礦產(chǎn)率隨著抑制劑用量的增加,產(chǎn)率不斷增加,當(dāng)抑制劑用量超過1000 g/t時(shí),鋁精礦產(chǎn)率波動(dòng)很小。抑制劑在浮選過程中,對(duì)鋁礦物具有一定的抑制作用,可以提高含硫礦物與捕收劑的作用效果,增加含硫礦物的上浮率,當(dāng)用量超過一定范圍后,浮選效果變化不大。綜合鋁精礦硫含量及產(chǎn)率情況,抑制劑用量確定為1000 g/t。

3.4 活化劑用量試驗(yàn)

活化劑可以促進(jìn)目的礦物和捕收劑作用,在浮選過程中提高目的礦物的上浮率,提高浮選效率?；罨瘎┓肿游皆谀康牡V物表面,可以增加目的礦物表面的疏水性,易于目的礦物與泡沫接觸并上浮。

活化劑用量對(duì)浮選指標(biāo)影響試驗(yàn)中,活化劑用量分別為0 g/t、50 g/t、100 g/t、150 g/t。在磨礦細(xì)度為75%、礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、捕收劑400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖4。

圖4 活化劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

從圖4看出,活化劑有利于降低鋁精礦中的硫含量控制,對(duì)浮選脫硫具有一定的促進(jìn)作用,當(dāng)加入活化劑用量50g/t時(shí),鋁精礦中硫含量明顯降低?；罨瘎┯昧坷^續(xù)增加時(shí),鋁精礦中硫含量變化較小,鋁精礦產(chǎn)率波動(dòng)也較小?；罨瘎┰诟∵x脫硫過程中可以增加含硫礦物表面與捕收劑結(jié)合的電性,提高含硫礦物與捕收劑的結(jié)合率。綜合鋁精礦硫含量及產(chǎn)率情況,活化劑用量確定為50 g/t。

3.5 捕收劑用量試驗(yàn)

捕收劑在浮選過程中,作用于目的礦物表面,增強(qiáng)目的礦物表面的疏水性,使目的礦物與泡沫結(jié)合上浮,達(dá)到分選的目的。

本次捕收劑用量試驗(yàn)過程中,起泡劑按照捕收劑用量的1/3加入。在磨礦細(xì)度為75%、礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、活化劑用量50 g/t條件下試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖5。從圖5看出,隨著捕收劑用量的增加,鋁精礦中硫含量不斷降低,產(chǎn)率也隨之降低;當(dāng)捕收劑用量超過400 g/t后,繼續(xù)增加藥劑用量,鋁精礦中硫含量降低不大,產(chǎn)率降低明顯,此時(shí),起泡劑用量為130 g/t。綜合鋁精礦硫含量及產(chǎn)率情況,捕收劑用量為400 g/t,起泡劑用量為130 g/t。

圖5 捕收劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

本文不對(duì)調(diào)整劑進(jìn)行篩選和用量進(jìn)行條件試驗(yàn),主要因?yàn)? ① 在酸性條件下,對(duì)設(shè)備的腐蝕性較嚴(yán)重,增加檢修成本和縮短設(shè)備使用年限;② 在強(qiáng)堿性條件下,礦漿粘度增加,降低藥物對(duì)目的礦物的分選性;③ 在強(qiáng)堿性條件下,泡沫粘度增加,泡沫上夾雜的鋁礦物較多,降低鋁精礦的產(chǎn)率;④ 前期經(jīng)過大量的試驗(yàn)對(duì)比,浮選礦漿pH值在9左右的時(shí)候,調(diào)漿藥劑用量少,且浮選指標(biāo)較好;⑤ 前期經(jīng)過NaOH、NaOH∶NaCO3(1∶1)、NaCO3對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果基本相同,而且使用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH值時(shí),NaOH在稱量過程中,容易吸收空氣中的水份而受潮、相對(duì)成本較高且腐蝕性強(qiáng)。因此,本文使用NaCO3調(diào)整礦漿pH值,調(diào)漿pH值為9。

3.6 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗(yàn),閉路試驗(yàn)流程及參數(shù)如圖6,試驗(yàn)結(jié)果如表3。由表3結(jié)果可知,閉路試驗(yàn)得到硫含量0.23%,產(chǎn)率92.47%的鋁精礦,試驗(yàn)結(jié)果較好。

圖6 閉路試驗(yàn)流程

表3 閉路試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)該高硫鋁土礦通過反浮選脫硫能夠有效的降低鋁精礦中硫含量,使鋁精礦中硫含量符合氧化鋁生產(chǎn)要求。

(2)磨礦細(xì)度(-0.074 mm)在75%時(shí),可以將該礦石中的鋁礦物和含硫礦物比較好的解離。細(xì)度較粗,解離不充分;細(xì)度較細(xì),會(huì)出現(xiàn)細(xì)粒級(jí)團(tuán)聚現(xiàn)象,造成礦粒與藥劑接觸不充分,影響浮選結(jié)果。

(3)本試驗(yàn)高硫鋁土礦在pH為9的弱堿性條件下,抑制劑用量1000 g/t,活化劑用量50 g/t,捕收劑用量400 g/t,起泡劑用量130 g/t,通過“一次粗選一次精選一次掃選”反浮選工藝,可以得到硫含量0.23%,產(chǎn)率92.47%的鋁精礦。通過該工藝流程選別后,能夠有效脫除礦樣中硫含量,為氧化鋁生產(chǎn)提供原料。