任 朋,郭 鑫,張 樂,田應忠

(中鋁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)

我國鋁土礦資源主要以一水硬鋁石型為主,其中高硫型一水硬鋁石型鋁土礦儲量達1.5億噸,占總儲量的11.0%左右[1-2]。隨著工業(yè)不斷發(fā)展,我國鋁資源消耗也在逐步增加,優(yōu)質(zhì)的鋁土礦資源已開發(fā)殆盡,貧礦、高硫鋁土礦等資源正在被不斷的開發(fā)利用[3-5]。本文對云南某高硫鋁土礦進行了元素和礦物物相組成分析,著重研究了鋁、鐵、硫的礦物組成、嵌布特征、粒級分布、礦物單體解離度等工藝礦物學性質(zhì),為該地區(qū)高硫鋁土礦選礦脫硫試驗研究提供了重要的理論依據(jù),對提高選礦指標具有重要的指導作用。

1 原礦性質(zhì)分析

1.1 礦樣制備

根據(jù)分析需求,挑選部分代表性塊樣,磨制光片、薄片,用作光學顯微鏡下觀察;將原礦進行破碎、混勻、縮分后,磨細至-200目粒級,用作X-熒光光譜分析和X衍射分析。將原礦進行破碎、混勻、縮分后,磨細至-0.3 mm,用作MLA(礦物特征自動定量分析系統(tǒng))分析。

1.2 主要化學元素分析

原礦化學多元素分析結(jié)果參見表1。分析結(jié)果表明,礦石中Al2O3含量為49.94%,SiO2含量為10.01%,A/S為4.99。原礦中S含量為6.47%,S含量較高,屬高硫鋁土礦。

表1 化學多元素分析結(jié)果

1.3 礦物物相組成分析

采用MLA(工藝礦物學參數(shù)設(shè)置分析系統(tǒng))對礦石進行分析,以確定其礦物組成。礦物組成與含量結(jié)果分析見表2。

表2 礦石的礦物組成

分析結(jié)果表明,該礦石共由13種礦物組成,其中,一水硬鋁石含量最高,達到53.72%,其次為黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石等,含量分別為11.97%、16.10%、7.77%和5.20%,另有少量方解石、白云石、高嶺石、銳鈦礦、石英、草鐵礬,偶見三水鋁石和石墨。

2 主要礦物的嵌布特征

2.1 一水硬鋁石的嵌布特征

一水硬鋁石的嵌布特征見顯微照片圖1。

圖1 一水硬鋁石掃描電鏡圖像

由圖3可知,一水硬鋁石粒度較粗且主要與黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石等共生,一水硬鋁石顆粒中包裹細粒黃鐵礦、赤/褐鐵礦、綠泥石的現(xiàn)象比較普遍,使其在磨礦過程中充分解離存在一定難度。

2.2 黃鐵礦的嵌布特征

黃鐵礦的嵌布特征見顯微照片圖2。

由圖2可知,黃鐵礦呈現(xiàn)兩種典型的嵌布特征:粗粒黃鐵礦與其它礦物的共生關(guān)系較為簡單,大多解離程度較好;而細粒黃鐵礦顆粒與其它礦物,特別是一水硬鋁石、白云母的共生關(guān)系復雜,多呈微細粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,在磨礦過程中充分解離存在一定難度。

圖2 黃鐵礦掃描電鏡圖像

2.3 赤/褐鐵礦的嵌布特征

赤/褐鐵礦的嵌布特征見圖3。

圖3 赤/褐鐵礦掃描電鏡圖像

由圖4可知,赤/褐鐵礦與一水硬鋁石的共生關(guān)系最為緊密,多與一水硬鋁石呈簡單連生關(guān)系,部分與一水硬鋁石相互包裹,另與白云母、綠泥石有少量連生或包裹。

2.4 主要礦物與其它礦物的共生關(guān)系

采用MLA分析并統(tǒng)計礦石中目的礦物與其它礦物的共生關(guān)系,分析結(jié)果見表3。

表3 主要礦物的共生關(guān)系

分析結(jié)果表明,礦石中一水硬鋁石的自由表面積比例為90.20%。一水硬鋁石主要與黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石共生。黃鐵礦的自由表面積比例為84.78%,主要與一水硬鋁石、白云母共生,其它少量。赤/褐鐵礦的自由表面積比例為74.32%。赤/褐鐵礦主要與一水硬鋁石共生,其次為白云母、綠泥石,其它少量。

3 主要礦物粒度、解離度分析

3.1 粒度分布特征

將綜合樣磨細至-0.3 mm后,MLA對當前磨礦細度條件下目的礦物和礦石的粒度特征進行了分析和統(tǒng)計(其中,礦石的粒度可視為磨礦細度;目的礦物的粒度可視為其當前磨礦細度下的嵌布粒度或工藝粒度,統(tǒng)計對象包括目的礦物在單體顆粒、連生體、包裹體顆粒中的粒度)。分析結(jié)果見表4。

表4 主要礦物和礦石的粒度特征分布

分析結(jié)果表明,在當前磨礦細度條件下,礦石+75 μm(+200目)粒級的累計分布率為37.44%,礦石的磨礦粒度較粗。其中,一水硬鋁石、黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦和綠泥石+75 μm粒級的累計分布率分別為40.04%、3.02%、32.22%、29.83%和3.35%。

3.2 解離度分析

表5 主要礦物的解離度分析結(jié)果

分析結(jié)果表明,在礦石磨礦細度為-75 μm(-200目)含量為62.56%時,除黃鐵礦外,各主要礦物的單體解離水平均較低。其中,目的礦物一水硬鋁石完全解離的顆粒僅占43.99%。黃鐵礦雖然單體解離水平較高,完全解離的達到74.40%,但其未解離部分與目的礦物一水硬鋁石的共生關(guān)系極為緊密,多呈微細粒形式包裹于一水硬鋁石中,仍會對選礦脫硫指標造成一定影響。

3.3 鋁元素賦存狀態(tài)

鋁元素的賦存狀態(tài)MLA分析結(jié)果見表6。

表6 鋁的賦存狀態(tài)分析結(jié)果 %

分析結(jié)果表明,礦石中的含鋁礦物共5種,其中一水硬鋁石是鋁最主要的載體礦物,鋁在其中的分布率達到86.62%;其次為白云母,鋁在其中的分布率為9.76%;另有少量分布于赤/褐鐵礦、綠泥石和高嶺石中。

4 影響選冶工藝的礦物學因素

4.1 影響選礦脫硅工藝的礦物學因素

4.1.1 礦物組成對選礦的影響

該鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦。由該礦元素分析可知,礦石中氧化鋁含量為49.94%,鋁硅比為4.99,主要含硅礦物為白云母、高嶺石,礦石鋁硅比低,成分較為復雜。一水硬鋁石的晶體結(jié)構(gòu)與含硅脈石礦物的晶體結(jié)構(gòu)差異較大,一水硬鋁石屬于鏈狀結(jié)構(gòu)基型,硬度大,較難磨;而白云母、高嶺石屬于層狀鋁硅酸鹽礦物,硬度低,密度小,可磨性高。在碎磨過程中,白云母、高嶺石等脈石將優(yōu)先被磨細,解離。如果要將一水硬鋁石磨細至浮選粒度,鋁硅酸鹽礦物將過磨并出現(xiàn)泥化現(xiàn)象, 影響浮選過程。礦物粒度變小后,由于比表面積與表面能增加,引起礦泥罩蓋和細粒夾帶等現(xiàn)象,嚴重影響脫硅效果。因此針對該礦,在優(yōu)化碎磨工藝基礎(chǔ)上,推薦采用粗磨-反浮選脫硅的工藝進行浮選脫硅。

4.1.2 嵌布特征對選礦的影響

礦石中86.62%的鋁是以一水硬鋁石的狀態(tài)存在,鋁硅酸鹽礦物主要以白云母、高嶺石狀態(tài)存在。其中白云母和高嶺石為易泥化礦物,不利于選礦。由主要礦物的共生關(guān)系可知,白云母的自由表面積比例為90.22%,其余主要與一硬水鋁石、黃鐵礦、赤/褐鐵礦、綠泥石共生。由礦物嵌布特征電鏡照片可知,白云母與一水硬鋁石、黃鐵礦、赤/褐鐵礦嵌布關(guān)系復雜,部分細粒一水硬鋁石和其他脈石礦物與白云母相互包裹或共生,造成此部分礦物難以單體解離。

4.1.3 粒度對選礦的影響

由礦物的粒度測量結(jié)果看出,一水硬鋁石粒度較粗,其中粒度+0.075 mm 的一水硬鋁石占40.04%,而粒度-0.019 mm的一水硬鋁石占6.05%。鋁硅酸鹽礦物粒度較細,其中粒度+0.075 mm 的白云母占32.22%,而粒度-0.019 mm的白云母占8.51%。由于一水硬鋁石硬度高,較難磨,鋁硅酸鹽礦物易磨,使得在磨礦過程中含硅鋁硅酸鹽礦物優(yōu)先解離。部分一水硬鋁石中包裹有少量的脈石礦物,但由于此部分一水硬鋁石的鋁硅比高,可視為富集合體,不需過度追求其單體解離,因此本礦石可以粗磨入選。

4.2 影響選礦脫硫工藝的礦物學因素

4.2.1 礦物組成對選礦的影響

鋁土礦中的硫元素在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中會導致結(jié)疤嚴重、堿耗增加、設(shè)備腐蝕、氧化鋁品質(zhì)變差等諸多問題,使得高硫鋁土礦不適宜直接用于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁,極大的影響了高硫鋁土礦的高效利用。由該礦元素分析可知,礦石中硫含量為6.47%,主要含硫礦物為黃鐵礦,主要成分為FeS2。黃鐵礦可浮性較好,在一般情況下,很容易用黃藥類捕收劑浮出。浮選表面化學研究表明,黃藥在黃鐵礦表面氧化成雙黃藥吸附,形成疏水膜。因此針對該鋁土礦,在合適浮選脫硫藥劑和脫硫工藝下,可有效的降低原礦中的硫含量,提高鋁土礦的利用效率。

4.2.2 嵌布特征對選礦的影響

礦石中的硫主要以黃鐵礦的狀態(tài)存在。一水硬鋁石的浸染粒度以粗粒嵌布為主,但其在-0.038 mm粒級的分布率也較高,為36.05%,另一部分則呈細粒狀被其他礦物包裹,這部分微細粒的一水硬鋁石難以單體解離,對氧化鋁的回收有一定的影響。礦石中黃鐵礦的浸染粒度較細,-0.038 mm粒級的分布率為77.80%,而細粒黃鐵礦顆粒與其它礦物,特別是一水硬鋁石、白云母的共生關(guān)系復雜,多呈微細粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,在磨礦過程中充分解離難度大,這對脫硫效果有較大影響。因此應該加強磨礦技術(shù)和工藝的研究,使一水硬鋁石礦物既充分單體解離,又盡量避免過磨,同時使細粒黃鐵礦礦物有效解離出來,提高脫硫效率。

4.2.3 粒度對選礦的影響

從礦物的粒度測量結(jié)果可以看出,黃鐵礦粒度較細,大部分在0.075 mm以下,-0.019 mm含量為46.26%,細粒級含量較高。由黃鐵礦顯微照片和礦物共生關(guān)系分析可知,細粒未解離的黃鐵礦與一水硬鋁石、白云母、赤/褐鐵礦的共生關(guān)系極為緊密,多呈微細粒形式包裹于其他礦物中。因此綜合同步脫硅、脫硫的要求,本礦適合階段磨礦-階段選別的工藝流程以達到良好的脫硅、脫硫效果。

5 結(jié) 論

(1)西南某鋁土礦屬高硫一水硬鋁石型鋁土礦,礦石中主要有用礦物為一水硬鋁石,氧化鋁含量為49.94%,S含量為6.47%,硅含量為10.01%,A/S為4.99。礦石中,硅主要以鋁硅酸鹽礦物形式存在,硫主要以黃鐵礦形式存在。

(2)該礦嵌布關(guān)系較為復雜,一水硬鋁石顆粒中包裹細粒黃鐵礦、白云母、赤/褐鐵礦、綠泥石的現(xiàn)象比較普遍,細粒黃鐵礦多呈微細粒包裹于一水硬鋁石和白云母中,解離程度較差,因此要充分考慮磨礦因素對一水硬鋁石、黃鐵礦和其他脈石礦物充分解離的影響。

(4)從該礦的工藝礦物學分析結(jié)果可知,一水硬鋁石和脈石礦物的解離度差異較大,且部分細粒級的一水硬鋁石與脈石礦物共生關(guān)系復雜。因此,在該礦在進行浮選脫硅、脫硫時,宜采用粗磨入選脫硅、粗精礦細磨浮選脫硫的工藝流程,以避免含硅鋁硅酸鹽礦物和一水硬鋁石過磨泥化和含硫礦物解離不充分造成脫硅、脫硫效果不佳。

(5)對該型鋁土礦的工藝礦物學研究,充分了解了礦石中各礦物組分的礦物學特性,分析了影響該型鋁土礦選冶工藝的因素,為該鋁土礦的選礦除雜和高效利用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。