鄭霞

（中鋁山東有限公司，山東 淄博 255061）

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)物。因其pH高、堿性高、黏度大、物化性質(zhì)復(fù)雜等特性，加大了其綜合利用的難度，不僅需投入大量堆存運(yùn)行費(fèi)用，還浪費(fèi)了大量土地，給周圍的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力。目前，赤泥的主要處置方式是采用堆存處置、傾倒入海、填充洼地等堆存方式處理。目前，拜耳法高鐵赤泥可以通過(guò)溜槽、旋流器分級(jí)或者磁選的方式提高氧化鐵品位，當(dāng)TFe>40%，可大規(guī)模在主要鋼鐵行業(yè)作為鋼鐵輔料配料應(yīng)用。本文以拜耳法赤泥為基礎(chǔ)原料，根據(jù)其粒徑分布情況，分析其硅、鐵、鋁、鈉元素及礦物組成在不同粒徑分級(jí)方式，利用水力旋流器進(jìn)行分級(jí)處理?？疾炝嗽囼?yàn)壓力、底流口徑、物料濃度等因素對(duì)旋流器效率及氧化鐵品位的影響，為高效綜合利用赤泥中鐵礦物提供應(yīng)用途徑。

1 原料與設(shè)備

1.1 主要試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)采用的原料為中鋁山東有限公司進(jìn)口礦赤泥，屬于高鐵低鋁低硅赤泥，赤泥主要礦物組成為赤鐵礦、含鋁赤褐鐵礦、鋁針鐵礦、非晶質(zhì)硅酸鹽、石英、方解石等。鐵以赤鐵礦、鈦鐵礦為主要存在狀態(tài)，其次為硅酸鐵鹽類。赤泥定量分析如圖1。

圖1 赤泥定量分析

掃描電鏡分析。從圖2 中的微觀形貌來(lái)看，赤泥主要由細(xì)小顆粒組成，但實(shí)際上赤泥中仍包裹或夾雜一些粗大的顆粒。

圖2 赤泥 SEM 效果圖

通過(guò)粒徑分布表1 可以看出：該進(jìn)口礦赤泥中氧化鐵基本分布在+0.045mm 以上，同時(shí)可以降低堿含量，作為鋼鐵輔料，具有較好的回收價(jià)值。

表1 不同粒徑赤泥的化學(xué)成分（wt%）

1.2 主要試驗(yàn)儀器

烘箱，旋流器FX-100（配套底流口徑14、16、18、20、22mm），渣漿泵、槽體及配套攪拌，X 熒光光譜分析儀、SEM-EDS 掃描電鏡能譜分析儀。

2 工藝研究

該工藝是根據(jù)赤泥中氧化鐵物質(zhì)粒度、真比重較大而鈉硅渣等含堿物質(zhì)粒度小、真比重小的特點(diǎn)，旋流器利用粗顆粒與細(xì)顆粒之間存在粒度差，其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒經(jīng)旋流器底流口排出，而大部分細(xì)顆粒由溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)目的。首先，將赤泥配置成一定濃度的赤泥漿液，攪拌均勻后通過(guò)渣漿泵輸送至旋流器，通過(guò)旋流器底流口徑、錐比、壓力、物料濃度等參數(shù)的控制調(diào)整，測(cè)試分級(jí)產(chǎn)品的TFe、Na2O 指標(biāo),并對(duì)產(chǎn)品分級(jí)效率進(jìn)行分析。

3 結(jié)果討論

3.1 底流口徑

底流口直徑(d)：底流口直徑增大，分級(jí)粒度變細(xì)，底流口直徑減小，分級(jí)粒度變粗。根據(jù)旋流器直徑確定底流口直徑，取值范圍d=(0.15 ～0.25)D，試驗(yàn)選用的是FX100 旋流器，針對(duì)16、18、20、22、24mm 底流口徑進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

圖3 底流口徑對(duì)鐵品位及分級(jí)效率的影響

通過(guò)圖3 顯示可以看出：底流口徑在16 ～22mm 且指標(biāo)滿足鋼鐵行業(yè)應(yīng)用要求，20mm 時(shí)鐵品位及分級(jí)效率綜合最優(yōu)。

3.2 錐比

錐比是底流口直徑和溢流口直徑之比，是設(shè)計(jì)旋流器的主要參數(shù)，也是操作調(diào)整分級(jí)指標(biāo)的重要因素。錐比大，分級(jí)粒度小；錐比小，分級(jí)粒度大；錐比取值范圍在0.35 ～0.65。在進(jìn)料壓力0.2MPa、物料濃度200g/l 條件下，分別對(duì)錐比為0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65 進(jìn)行旋流器分級(jí)試驗(yàn)，錐比對(duì)TFe、Na2O 及分級(jí)效率的影響見(jiàn)表2。

表2 錐比對(duì)主要指標(biāo)的影響

結(jié)果表明，隨著錐比的增加，TFe 含量呈遞減趨勢(shì)，Na2O 含量及分級(jí)效率逐漸增加，綜合考慮，確定旋流器錐比為0.45。

3.3 壓力對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

入料壓力是旋流器工作的重要參數(shù)。提高入料壓力，可以增大礦漿流速，物料所受離心力增大，可以提高分級(jí)效率和底流濃度。處理粗物料時(shí)采用低壓力(0.05 ～0.1MPa)操作，處理細(xì)粒及泥質(zhì)物料時(shí)采用高壓力(0.1～0.3MPa）操作。赤泥物料整體粒度偏細(xì)，試驗(yàn)壓力選擇0.12 ～0.24MPa 進(jìn)行研究，錐比對(duì)TFe、分級(jí)效率的影響如圖4。

圖4 進(jìn)料壓力與鐵品位及分級(jí)效率的關(guān)系圖

3.4 礦漿濃度

給礦含固量在水力旋流器中，礦漿濃度隨著給礦含固量的增加而增加，這導(dǎo)致固體粒子徑向運(yùn)動(dòng)速度的減小。于是，自由離心沉降規(guī)律變?yōu)楦缮娉两狄?guī)律。在接近排礦咀的錐體頂部，礦漿的固相粗粒子形成料較厚的緊密床層。因此，給礦含固量的波動(dòng)會(huì)引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的變化、溢流粒度的變化以及沉砂中細(xì)粒礦泥混入量的變化。固含對(duì)TFe、分級(jí)效率的影響如圖5。

圖5 固含對(duì)TFe、分級(jí)效率的影響

礦漿濃度對(duì)TFe 含量的影響明星波峰現(xiàn)象，固含從160 上升至200g/l 時(shí)，TFe 含量增加，當(dāng)固含進(jìn)一步增加時(shí)，TFe 呈下降趨勢(shì)；分級(jí)效率在固含達(dá)到180g/l 后，隨著固含的增加。分級(jí)效率緩慢下降，綜合TFe 及分級(jí)效率情況，礦漿濃度控制在200g/l 為宜。

3.5 分級(jí)物料物化分析

采用固含200g/l、進(jìn)料壓力0.2MPa、底流口徑為20mm、錐比0.45 條件下的分級(jí)處理試驗(yàn)，物料測(cè)試指標(biāo)如表3。

表3 主要成分分析表（%）

從表3 中可以看出，分級(jí)產(chǎn)品的TFe 達(dá)到了45%以上，且Na2O 含量<2%，滿足鋼鐵行業(yè)作為鋼鐵輔料應(yīng)用要求。

從圖6 可以看出，赤泥經(jīng)過(guò)分級(jí)處理，鐵得到富集，物相主相為Fe2O3、針鐵礦，其他相為金紅石及SiO2。

圖6 XRD 衍射圖

4 結(jié)語(yǔ)

拜耳法高鐵赤泥采用赤泥定向分級(jí)、選擇性分離工藝，進(jìn)行能夠提高鐵品位，實(shí)現(xiàn)了赤泥中鐵礦物的快速、高效回收及低成本減排，為赤泥資源的開發(fā)利用開辟了新的途徑。

高鐵赤泥低成本大規(guī)模分級(jí)利用最佳工藝條件：錐比0.45，底流口徑20mm, 固含200g/l, 壓力0.2MPa,TFe 含量達(dá)到48.9%，分級(jí)效率27.8%，適用于鋼鐵行業(yè)作為輔料進(jìn)行配料使用，同時(shí)減排效果最好。