劉中原,張站云,馬俊偉,姚 杰,許 可

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

我國鋁土礦礦產(chǎn)經(jīng)過多年高強(qiáng)度開采,地表鋁土礦資源逐步枯竭,礦石品位逐步下降,國內(nèi)礦石供應(yīng)能力趨弱。鋁土礦資源瓶頸制約加劇,針對當(dāng)前高品位鋁土礦儲量日漸減少,供礦品位下降的趨勢,有必要加快開發(fā)和完善其它類型鋁土礦利用技術(shù)[1-3]。河南等地儲有豐富的煤下高硫鋁土礦開發(fā)難度大,目前煤下高硫鋁土礦尚無成熟大規(guī)模工業(yè)化開發(fā)的成功案例。煤下鋁土礦性質(zhì)復(fù)雜,需要通過選礦提質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)資源高效利用。本研究對河南某地區(qū)煤下高硫鋁土礦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究,為該地區(qū)煤下高硫鋁土礦資源的綜合利用提供技術(shù)支撐,對實(shí)現(xiàn)煤下鋁資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 礦石性質(zhì)

河南某地區(qū)煤下高硫鋁土礦破碎至3 mm以下進(jìn)行礦石性質(zhì)分析,多元素分析結(jié)果見表1,物相分析結(jié)果見表2,原礦粒度分析結(jié)果見表3。

表1 礦石主要礦物化學(xué)成分分析 %

表2 原礦物相分析 %

表3 原礦粒度分析結(jié)果

由表1可知:礦石化學(xué)成分主要為Al2O3,其次為SiO2、Fe2O3和S等,Al2O3含量為56.91%、SiO2含量為11.23%、鋁硅比為5.06;S含量高達(dá)5.15%,屬于高硫鋁土礦。

由表2可知:礦石中主要有用礦物是一水硬鋁石及少量一水軟鋁石,脈石礦物以高嶺石、綠泥石和伊利石為主,需要脫除的硫化礦主要以黃鐵礦的形態(tài)存在[4]。根據(jù)化學(xué)成分和礦物組成特點(diǎn),可以認(rèn)為該礦樣屬于以一水硬鋁石為主的高硫鋁土礦。

由表3可知:+1 mm與-0.023 mm粒級的產(chǎn)率較高,分別為30.26%、23.75%,-0.075 mm粒級占比30.51%;隨著原礦粒度變細(xì),Al2O3含量及鋁硅比呈下降趨勢,+0.023～0.075 mm粒級的S含量最高,-0.023 mm粒級的S含量最低。

2 條件試驗(yàn)研究

為有效降低高硫鋁土礦中硫含量,綜合考察了磨礦細(xì)度、礦漿pH值、活化劑用量、抑制劑用量、捕收劑種類和用量等條件對浮選工藝指標(biāo)的影響。條件試驗(yàn)的磨礦細(xì)度(-0.075 mm)為70%～85%;使用草酸和碳酸鈉調(diào)整礦漿pH值3～9;活化劑使用硫酸銅,用量設(shè)定50～200 g/t;使用SNS作為抑制劑,用量為0～3 000 g/t;脫硫捕收劑主要為戊基黃藥與乙硫氮等組合復(fù)配;使用BKS-901型新型起泡劑,其用量為脫硫捕收劑的1/2.5;采用三次粗選刮泡,每次加入脫硫捕收劑和起泡劑。條件試驗(yàn)流程見圖1。

圖1 浮選脫硫條件試驗(yàn)流程

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

該礦石破碎后-0.075 mm粒級占比30.51%,含泥量較高;礦石中的黃鐵礦嵌布粒度為中細(xì)粒,要獲得硫含量較低的精礦既需能夠單體解離,同時(shí)防止過磨發(fā)生泥化現(xiàn)象。磨礦細(xì)度(-0.075 mm)分別為70%、75%、80%、85%,磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 浮選脫硫磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知,隨著磨礦細(xì)度的升高,脫硫粗精礦的S含量先降低后升高;脫硫泡沫的S含量呈下降趨勢。當(dāng)磨礦細(xì)度(-0.075 mm)為75%時(shí),鋁礦物與黃鐵礦完成解離,未產(chǎn)生過多的細(xì)顆粒,獲得粗精礦的S含量最低,脫硫泡沫的S含量較高,指標(biāo)相對較好,故磨礦細(xì)度(-0.075 mm)設(shè)定為75%。

2.2 礦漿pH值試驗(yàn)

酸性條件用草酸調(diào)整礦漿pH值,堿性條件用碳酸鈉調(diào)整礦漿pH值,磨礦細(xì)度(-0.075 mm)為75%,礦漿pH值試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 礦漿pH值試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知,隨著礦漿pH值升高,脫硫粗精礦與脫硫泡沫的S含量均呈現(xiàn)先降低后升高。酸性條件下脫硫指標(biāo)優(yōu)于堿性,該類礦石中的黃鐵礦在pH值為5的酸性條件下具有良好的可浮性。

2.3 活化劑用量試驗(yàn)

硫酸銅是一種被廣泛使用的黃鐵礦活化劑,其主要作用機(jī)理是Cu2+吸附在黃鐵礦表面生成疏水表面,提高黃鐵礦的可浮性[5]。試驗(yàn)考察不同用量的硫酸銅對浮選指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 活化劑用量浮選指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知:隨著活化劑用量增加,脫硫粗精礦的硫含量逐漸降低,活化劑用量分別達(dá)到150、200 g/t時(shí),脫硫粗精礦的硫含量較100 g/t未有明顯變化,且前者的硫精礦硫含量稍低。確定活化劑用量為100 g/t。

2.4 抑制劑用量試驗(yàn)

因礦石中含泥量較高,使用抑制劑SNS對礦泥有一定的分散作用,且其能夠吸附在鋁硅酸鹽礦物表面,形成親水的膠體薄膜。試驗(yàn)考察不同用量的SNS對浮選指標(biāo)的影響,抑制劑用量試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 抑制劑用量浮選指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知:不添加抑制劑SNS時(shí),脫硫粗精礦S含量較高,且產(chǎn)量偏低,隨著SNS用量提升至2 000 g/t時(shí),粗精礦S含量明顯降低;當(dāng)SNS用量提升至3 000 g/t時(shí),粗精礦S含量及產(chǎn)率相比2 000 g/t變化不明顯。綜合考慮抑制劑SNS用量為2 000 g/t。

2.5 捕收劑用量試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.075 mm占比75%,礦漿pH值為5,活化劑用量為100 g/t,抑制劑用量為2 000 g/t時(shí),研究捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響,工藝流程見圖4,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖4 捕收劑用量試驗(yàn)工藝流程

表6 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果 %

由表6可知:①隨著捕收劑用量的增加,鋁精礦產(chǎn)率逐漸降低,硫含量逐漸降低。②當(dāng)捕收劑用量由700 g/t增加至800 g/t時(shí),鋁精礦產(chǎn)率由73.24%降低至71.06%,硫含量由0.72%降低至0.69%,鋁精礦指標(biāo)變化不明顯。因此,確定捕收劑用量為700 g/t。

3 重選預(yù)先脫泥試驗(yàn)

條件試驗(yàn)所得粗精礦S含量均高于0.65%,對粗精礦篩分后發(fā)現(xiàn),-0.023 mm的產(chǎn)率為53%、S含量0.98。添加抑制劑有一定的脫泥效果但不明顯,故采用螺旋溜槽重選預(yù)先脫泥再進(jìn)行浮選脫硫。工藝流程見圖5,試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖5 預(yù)先脫泥+浮選脫硫工藝流程

表7 重選脫泥試驗(yàn)結(jié)果 %

由表7可知:螺旋溜槽預(yù)先脫泥再浮選脫硫,得到脫硫粗精礦S含量為0.48%,較直接浮選脫硫粗精礦有明顯降低;脫硫泡沫S含量達(dá)到22.05%。預(yù)先脫泥有效減少了礦泥對浮選脫硫的不利影響。

4 閉路試驗(yàn)

根據(jù)開路試驗(yàn)確定的高硫鋁土礦浮選脫硫最佳浮選工藝條件,進(jìn)行“預(yù)先脫泥+一粗三精三掃”浮選脫硫閉路試驗(yàn)研究,工藝流程見圖6,試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

由表8中數(shù)據(jù)可知:通過預(yù)先脫泥、浮選脫硫閉路試驗(yàn)可獲得產(chǎn)率為83.08%、Al2O3含量為62.42%、S含量為0.53%、SiO2含量為11.51%、A/S為5.42的鋁精礦和產(chǎn)率為10.14%、S含量為38.04%的硫精礦及產(chǎn)率為6.76%的脫泥尾礦。其中,鋁精礦的Al2O3含量與鋁硅比較原礦都有提升,且鋁精礦的S含量有明顯降低,脫硫效果明顯。鋁鋁精礦的S含量小于0.6%,可與普鋁礦摻配后做為氧化鋁生產(chǎn)的原料礦石;硫精礦的S含量大于38%,可作為生產(chǎn)硫酸的原料。該地區(qū)煤下高硫鋁土礦通過浮選提質(zhì),能夠?qū)崿F(xiàn)資源綜合利用,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

本系列試驗(yàn)主要進(jìn)行了河南某地區(qū)煤下高硫鋁土礦礦石性質(zhì)研究、條件試驗(yàn)研究、重選預(yù)先脫泥試驗(yàn)及閉路試驗(yàn)研究,對該類型高硫鋁土礦進(jìn)行浮選提質(zhì)工藝探索,得出以下結(jié)論:

(1)該礦石中的黃鐵礦嵌布粒度為中細(xì)粒,磨礦細(xì)度(-0.075 mm)為75%時(shí),硫礦物能夠?qū)崿F(xiàn)較好的解離;當(dāng)?shù)V漿pH值為5、活化劑用量為100 g/t、抑制劑用量為2 000 g/t、捕收劑用量為700 g/t時(shí)進(jìn)行浮選,硫礦物具有較好的可浮性;

(2)原礦-0.075 mm粒級占比30.51%,脈石礦物含大量的綠泥石,礦泥影響浮選時(shí)的分選效果,鋁精礦中存在大量硫含量較高的微細(xì)粒。采用預(yù)先脫泥再浮選,能夠有效降低礦泥對浮選的不利影響;

(3)通過閉路試驗(yàn)可得到產(chǎn)率為83.08%、Al2O3含量為62.42%、S含量為0.53%、A/S為5.42的鋁精礦和產(chǎn)率為10.14%、S含量為38.04%的硫精礦及產(chǎn)率為6.78%的脫泥尾礦。其中,鋁精礦可與普鋁礦摻配做為氧化鋁生產(chǎn)的原料礦石;硫精礦可作為生產(chǎn)硫酸的原料。通過預(yù)先脫泥再浮選的方法能夠?qū)崿F(xiàn)該地區(qū)煤下鋁土礦資源的綜合利用,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。