姚 杰,張建強(qiáng),劉中原,張站云

(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)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2020年,我國(guó)電解鋁產(chǎn)量為3708萬噸[1],創(chuàng)下年度產(chǎn)量最高紀(jì)錄。鋁土礦作為氧化鋁生產(chǎn)的主要原料,鋁產(chǎn)量的增加,必然致使鋁土礦的消耗量增加。隨著我國(guó)鋁工業(yè)的快速發(fā)展,優(yōu)質(zhì)鋁土礦越來越少,難選低品位鋁土礦的綜合利用迫在眉睫。難選低品位鋁土礦的綜合利用有利于我國(guó)資源的綜合開發(fā),提高資源利用率,對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

我國(guó)99%的鋁土礦屬于礦物組成復(fù)雜的一水硬鋁石[2],其中大部分為沉積型鋁土礦,具有高鋁、高硅、低鐵的特點(diǎn)[3]。鋁土礦中的鋁硅比指標(biāo)直接影響氧化鋁生產(chǎn)的工藝指標(biāo),因此,針對(duì)難選低品位鋁土礦的選礦工藝主要是脫除礦石中的硅酸鹽礦物,提高鋁土礦的鋁硅比。硅礦物在堿法生產(chǎn)氧化鋁的過程中危害極大,比如生成不溶于水的鈉硅渣,此物質(zhì)進(jìn)一步生成結(jié)垢,對(duì)能源和資金造成浪費(fèi)[4]。

1 礦石性質(zhì)

該礦樣經(jīng)過破碎、縮分、取樣、制樣對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)分析,礦樣化學(xué)分析及物相分析結(jié)果如表1、表2。通過化學(xué)分析和物相分析可知,礦樣Al2O3含量51.24%,SiO2含量25.53%,A/S 2.01,屬于低品位鋁土礦;該礦樣有用礦物主要為一水硬鋁石,脈石礦物主要為高嶺土、伊利石、石英、赤鐵礦,還含有少量的銳鈦礦、金紅石、方解石等,屬于典型的沉積型一水硬鋁石型鋁土礦,其中高嶺土、伊利石等硅酸鹽礦物含量較高,屬于難選型鋁土礦,增加了浮選難度。

表1 礦石化學(xué)分析 %

表2 礦石物相分析 %

2 試驗(yàn)研究

根據(jù)礦樣性質(zhì)分析,該礦樣為難選低品位一水硬鋁石型鋁土礦,本試驗(yàn)采用正浮選脫硅試驗(yàn)方法對(duì)礦樣進(jìn)行浮選脫硅試驗(yàn),主要進(jìn)行調(diào)整劑種類及用量、捕收劑種類及用量等條件試驗(yàn),提高鋁精礦的鋁硅比。

2.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用“一次粗選一次精選兩次掃選”的正浮選脫硅工藝,試驗(yàn)流程如圖1。每次磨礦的礦石重量為500 g,浮選試驗(yàn)選用XFD-1.5型浮選機(jī),浮選槽容積為1.5 L,浮選濃度為27%。通過對(duì)調(diào)整劑種類及用量、捕收劑種類及用量的試驗(yàn)研究,確定該礦樣的浮選條件。

圖1 浮選脫硅試驗(yàn)工藝流程

2.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

鋁土礦中的有用礦物和脈石礦物沒有得到充分的解離,很難通過物理選礦方法將有用礦物進(jìn)行富集。因此,通過磨礦作業(yè)可以使有用礦物和脈石礦物充分解離,獲得合適的浮選粒度,增加礦粒表面積,降低礦粒在礦漿中的湍流振蕩阻力,增加礦粒在泡沫上的附著力,提高浮選效率。

磨礦細(xì)度試驗(yàn)中,磨礦細(xì)度分別80%、85%、90%、95%、98%。在礦漿pH值為9、捕收劑用量為800 g/t條件下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2看出,隨著磨礦細(xì)度的增加,鋁精礦的鋁硅比先升高后降低,而鋁精礦產(chǎn)率隨著磨礦細(xì)度的增加不斷提高。當(dāng)磨礦細(xì)度超過一定范圍后,礦石過磨現(xiàn)象嚴(yán)重,超微細(xì)粒在礦漿中占比增多,超微細(xì)粒中絕大多數(shù)為易磨的硅酸鹽礦物,該部分礦物由于表面積較大,也易隨礦漿泡沫一起上浮進(jìn)入到鋁精礦中,從而降低了鋁精礦品位,在礦石解離度較高的情況下,進(jìn)一步提高礦石的磨礦細(xì)度,會(huì)消耗更多的動(dòng)能,增加生產(chǎn)成本。結(jié)合鋁精礦品位及產(chǎn)率情況,該礦樣的磨礦細(xì)度確定為95%。

2.3 調(diào)整劑種類試驗(yàn)

調(diào)整劑是為了改善礦物表面和礦漿的狀況,最大限度地的提高浮選過程的選擇性和選礦指標(biāo)[5]。本試驗(yàn)采用碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉混合(1∶1)進(jìn)行調(diào)整種類試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 調(diào)整劑種類試驗(yàn)結(jié)果 %

從表3看出,使用碳酸鈉作為調(diào)整劑時(shí),鋁精礦產(chǎn)率為49.27%,A/S為5.17;使用氫氧化鈉作為調(diào)整劑時(shí),鋁精礦產(chǎn)率為 51.16%,A/S為4.97;使用混合調(diào)整劑時(shí),鋁精礦產(chǎn)率為49.94%,A/S為5.06。氫氧化鈉是強(qiáng)堿性調(diào)整劑,能迅速解離出大量的氫氧根離子,使礦漿迅速達(dá)到堿性條件,在浮選過程中,pH值不穩(wěn)定、泡沫黏度較大且夾雜嚴(yán)重,而且氫氧化鈉價(jià)格較高,在配制過程中危險(xiǎn)系數(shù)較大。碳酸鈉是中堿性調(diào)整劑,在水溶液中解離為Na+和CO32-,水中反應(yīng)式如下:

Na2CO3+2H2O=2Na++2OH-+H2CO3

(1)

H2CO3=H++HCO3-

(2)

HCO3-=H++CO32-

(3)

解離出的碳酸根離子可以沉淀礦漿中的鈣離子和鎂離子等有害離子,同時(shí)CO32-、HCO3-和OH-等吸附在礦泥表面,使礦泥表面電荷處于同性相斥狀態(tài),對(duì)礦泥有一定的分散作用。結(jié)合鋁精礦品位及產(chǎn)率情況,該礦樣采用碳酸鈉作為浮選調(diào)整劑。

2.4 調(diào)整劑用量試驗(yàn)

pH值影響礦物表面的電性,因?yàn)闅潆x子和氫氧根離子是各種礦物的定位離子,所以,不同pH值影響礦物表面的荷電性質(zhì),因而影響捕收劑的選擇。調(diào)整劑用量直接影響礦漿pH值的變化,故調(diào)整劑用量試驗(yàn)即pH值變化試驗(yàn),調(diào)整用量與pH值對(duì)照表如表4,試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

表4 調(diào)整劑用量與礦漿pH值對(duì)照

圖3 調(diào)整劑用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖3看出,隨著調(diào)整劑用量的增加,鋁精礦的鋁硅比先上升,當(dāng)超過一定用量時(shí),鋁精礦鋁硅比出現(xiàn)下降趨勢(shì);而鋁精礦的產(chǎn)率隨著調(diào)整劑用量的增加而增加。當(dāng)調(diào)整劑用量為2 g,pH值為9時(shí),鋁精礦的鋁硅比最高,為5.15。結(jié)合鋁精礦品位及產(chǎn)率情況,該礦樣調(diào)整劑用量為2 g,礦漿pH值為9。

2.5 捕收劑種類試驗(yàn)

捕收劑用以提高礦粒表面疏水性和可浮性的藥劑。捕收劑分子是有一定長(zhǎng)、寬、高的實(shí)體,可以在礦粒與水分子之間起屏蔽作用,作用于礦粒表面后,可以使目的礦物顆粒表面疏水性增加,上浮性增加,達(dá)到分選的目的。本試驗(yàn)采用油酸、妥爾油、FMD-1進(jìn)行捕收劑試驗(yàn),捕收劑配制濃度為5%,用量為800 g/t,捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果如表5。

由表5看出,復(fù)合型捕收劑FMD-1的捕收效果最好,且鋁精礦產(chǎn)率相對(duì)也較高,所以,確定捕收劑為FMD-1型捕收劑。

表5 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果 %

2.6 捕收劑用量試驗(yàn)

捕收劑用量試驗(yàn)中,FMD-1型捕收劑用量分別為500 g/t、600 g/t、700 g/t、800 g/t,900 g/t。在磨礦細(xì)度為95%、礦漿pH值為9的條件下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖4。

圖4 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖4看出,捕收劑用量增多,鋁精礦的鋁硅比隨之降低,但產(chǎn)率不斷增加。當(dāng)捕收劑用量為800 g/t時(shí),兩條曲線相交,此時(shí),鋁精礦的鋁硅比較好,產(chǎn)率較高。通過對(duì)比確定捕收劑的用量為800 g/t。

2.7 閉路試驗(yàn)

通過以上條件試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行閉路試驗(yàn):磨礦細(xì)度95%、調(diào)整劑碳酸鈉用量為2 g(pH值9)、捕收劑FMD-1用量800 g/t,閉路試驗(yàn)流程及參數(shù)如圖5,試驗(yàn)結(jié)果如表6。由表6結(jié)果可知,閉路試驗(yàn)得到產(chǎn)率為51.17%,A/S為5.01的鋁精礦,試驗(yàn)結(jié)果較好。該礦樣通過浮選脫硅的鋁精礦能夠滿足氧化鋁生產(chǎn)的原料需求。

表6 閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

圖5 閉路試驗(yàn)流程

3 結(jié) 論

(1)該難選低品位鋁土礦通過正浮選脫硅試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У奶岣咪X精礦鋁硅比,使鋁精礦中氧化鋁含量及鋁硅比滿足氧化鋁生產(chǎn)工藝要求。

(2)該礦石中鋁礦物和脈石礦物嵌布粒度細(xì),磨礦細(xì)度要求較高,磨礦細(xì)度-0.074 mm粒級(jí)占比95%,鋁礦物和脈石礦物才能較好的解離。礦石解離不充分或過磨現(xiàn)象嚴(yán)重都不利于浮選過程的進(jìn)行:解離不充分會(huì)造成鋁礦物無法上浮;過磨現(xiàn)象嚴(yán)重會(huì)使礦漿重超微細(xì)粒增多,且超微細(xì)粒主要為易磨的硅酸鹽礦物,該部分超微細(xì)粒易隨浮選泡沫上浮,都會(huì)影響鋁精礦指標(biāo)。

(3)試驗(yàn)通過條件對(duì)比試驗(yàn),采用碳酸鈉作為調(diào)整劑,礦漿pH值為9,FMD-1作為脫硅捕收劑,用量800 g/t,通過“一次粗選一次精選兩次掃選”正浮選脫硅工藝,可以得到Al2O3含量64.21%,A/S為5.01,產(chǎn)率51.17%的鋁精礦,該產(chǎn)品可為氧化鋁生產(chǎn)原料。