广西拜耳法赤泥选铁预富集试验研究

王健月，崔卫华，张以河，倪　文，刘　轩

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室，北京 100083；3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

广西拜耳法赤泥选铁预富集试验研究

王健月1，2，崔卫华3，张以河3，倪文1，2，刘轩1，2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室，北京 100083；3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

摘要：随着Al2O3需求量的增长和铝土矿品位的降低，赤泥排放量将越来越大，如何有效地利用赤泥已引起世界各国的普遍重视。拜耳法赤泥中主要化学成分为Fe2O3，若将其中的铁回收利用，不仅可以提高赤泥的利用程度，而且有利于实现可持续发展。本文提出了一条预富集-深度还原-磁选分离提铁的技术路线，通过使用浮选、单一强磁选、选择性疏水絮凝-磁选等方法对广西赤泥进行选别和比较，最终确定使用单一强磁选作为预富集手段，得到全铁品位为30.74%的富铁赤泥，可以为后续的深度还原试验提供合适的原料。

关键词：拜耳法赤泥；预富集；强磁选

赤泥是拜耳法生产Al2O3过程中排出的工业固体废弃物，具有强碱性[1]。目前，采用拜耳法生产1t Al2O3，将产生1.0～1.4 t赤泥。随着Al2O3需求量的增大和铝土矿品位的降低[2]，赤泥排放量将越来越大。目前国内外氧化铝厂大都将赤泥输送至堆场，筑坝湿法堆存[3]。大量赤泥的堆放，不但占用土地，且赤泥中的化学成分渗入土壤，会造成土地碱化、地下水污染等生态环境问题。因此，对赤泥进行综合利用方面的研究势在必行。

我国铁矿资源的主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位32%，比世界平均品位低11个百分点[4]。而拜耳法赤泥中铁是主要有价组分之一，若将其中的铁回收利用，不仅可以提高赤泥的利用程度，而且有利于实现可持续发展。

由于赤泥具有碱性高、粒度细、矿物成分复杂等特点，使用常规选矿方法难以获得较好指标[5-7]，因此提出了一条预富集-度还原-磁选分离提铁的技术路线。已有的大量研究显示，当铁精矿市场价格较高时，品位在30%以上的极难选含铁物料，通过深度还原直接回收金属铁粉具有经济可行性[8-10]。本文的研究目标是通过对广西拜耳法赤泥的预富集进行研究，为后续深度还原的研究提供原料。

1试验原料

1.1广西赤泥

试验所用原料为广西平果铝业生产Al2O3的过程中排出的工业固体废弃物—拜耳法赤泥(以下简称广西赤泥)，其主要化学成分分析结果见表1，XRD分析图谱见图1。由表1可知，赤泥的TFe为21.52%，其他主要成分是Al2O3、SiO2和CaO。由图1可知，赤泥中铁的物相主要是赤铁矿，而赤泥中其它矿物成分包括钙霞石、钙钛矿和水钙铝榴石。

表2是广西赤泥粒度筛析结果，由表2可知，广西赤泥小于0.0308mm的含量为82.48%，粒度较细。

表1　广西赤泥主要化学成分分析结果

图1广西赤泥的XRD分析图谱

表2广西赤泥粒度筛析结果

粒级/mm产率/%铁品位/%分布率/%+0.15.6023.465.75-0.1+0.0743.2538.135.42-0.074+0.0504.7238.017.85-0.050+0.03083.9532.785.67-0.030882.4820.8675.31合计100.0021.52100.00

1.2试剂与设备

试剂和设备如表3所示。试验所用的药剂均用蒸馏水配制成浓度为1%的溶液。试验中强磁选采用RK/CSQ-50×70型湿式强磁选机，浮选试验采用XFD系列单槽浮选机，选择性疏水絮凝中搅拌过程采用XFGC系列挂槽浮选机，过滤采用XTLZ-φ260/φ200多用真空过滤机，样品烘干采用101-4型电热鼓风恒温干燥箱。

2试验方案

采用4种预富集方法对广西赤泥进行了预富集试验研究，其工艺流程见图2。

表3　试验所用药剂

图2预富集试验流程

1)流程1——阴离子正浮选。由于广西赤泥具有强碱性的特点，因此在进行阴离子正浮选时，未添加pH调整剂，直接进行浮选。首先加入抑制剂水玻璃，抑制硅酸盐矿物，同时分散微细粒赤铁矿[11]，再加入阴离子捕收剂油酸钠捕收赤铁矿。

2)流程2——阴离子反浮选。由于广西赤泥具有强碱性的特点，因此在进行阴离子反浮选时，未添加pH调整剂，直接进行浮选。首先加入抑制剂淀粉，抑制赤铁矿，然后加入活化剂CaO，活化硅酸盐矿物，再加入阴离子捕收剂油酸钠捕收硅酸盐矿物。

3)流程3——单一强磁选。广西赤泥中含铁矿物主要为赤铁矿，因此可通过强磁选进行预集。

4)流程4——选择性疏水絮凝-磁选法。首先在赤泥中加入六偏磷酸钠，使其充分分散。然后在赤泥中添加油酸和煤油乳化液并搅拌，使其中的微细粒赤铁矿选择性疏水絮凝，形成大的絮团，达到用强磁选将赤铁矿有效分离的目的[12]。

3试验结果与讨论

3.1浮选试验

如前所述，广西赤泥具有强碱性，将其溶于水形成的矿浆中各种成分的反应较为复杂，难以通过加入酸性溶液准确调整矿浆pH值，因此在浮选试验中没有进行pH值的优化试验。

3.1.1阴离子正浮选试验

按照图2流程1进行试验，试验结果见表4。由表4可知，阴离子正浮选所得精矿品位为21.93%，仅比原矿品位提高了0.41%，而且尾矿品位为21.22%，与原矿品位相近，说明选别效果不明显。

3.1.2阴离子反浮选试验

按照图2流程2进行试验，试验结果见表5。

表4　阴离子正浮选试验结果

表5　阴离子反浮选试验结果

由表5可知，阴离子反浮选所得精矿品位为25.29%，但回收率较低，仅为41.01%。

3.2强磁选试验

由上述试验可知，阴离子正浮选和阴离子反浮选难以取得较好的分选效果。为进一步提高指标，进行了强磁选试验。

在磁选的体系中，作用在颗粒上的磁场力(F)可表示为下式[13]。

式中：V是颗粒的体积；Sp和So分别是颗粒和周围介质的磁化率；H是磁场强度；dH/dl是磁场梯度。

由上式可以看出，当颗粒粒度减小时，磁性颗粒和非磁性颗粒所受的磁场力之间的差异变小。因此在选别细粒物料时，使用高梯度磁选机进行分选才能取得较好的效果。

根据上式，改善弱磁性细粒矿物的磁选效果可以有两种途径，首先是提高背景场强和磁场梯度，其次是改变颗粒粒度。在水悬浮液中使细粒矿物聚集的方法较多，比如电解质聚沉、高分子聚合物絮凝、疏水絮凝和磁絮凝等，其中疏水絮凝可以得到更紧密而稳定的絮体[14]。因此分别进行了单一强磁选试验和选择性疏水絮凝-磁选试验。

3.2.1单一强磁选试验

由于赤泥粒度较细，所以无需磨矿。每次试验取50g赤泥，加水调整矿浆浓度为5%左右，给入RK/CSQ-50×70湿式强磁选机，改变背景场强进行磁选。按图2流程3进行试验，试验结果见表6。

表6　强磁选别背景场强试验结果

由表6可知，当背景场强为1273.24kA/m时，尾矿铁品位最低且精矿品位较高，预富集精矿铁品位可达30.74%，回收率可达62.90%。当背景场强为954.93kA/m，虽然精矿品位最高，但回收率和产率较低，因此选择1273.24kA/m为强磁选最佳背景场强。

3.2.2选择性疏水絮凝-磁选法

由于本次试验是以文献[12]的试验结果为基础的进一步研究，因此没有进行各个因素的调优试验，整个选择性疏水絮凝-磁选过程的所有条件均为取得最佳选别指标时的条件。根据文献[12]，当磁场强度增加时，铁回收率逐渐升高，但是所得精矿的铁品位迅速下降。因此按照文献[12]，将磁场强度固定为636.62kA/m。

按照图2流程4进行试验，试验结果见表7。由表7可知，选择性疏水絮凝-磁选法所得的精矿品位为33.37%，回收率为54.21%。

表7　选择性疏水絮凝-磁选法试验结果

3.2.3强磁选精矿产品分析

将单一强磁选和选择性疏水絮凝-磁选所得的精矿产品分别在扫描电镜下进行检测，结果如图3所示，其中A点、B点、C点、D点的能谱分别见图4、图5、图6、图7。

图4和图5中的能谱数据显示，A点和B点的主要元素均为铁和氧，C点和D点成分较为复杂，结合图3，可以判断A点和B点均为赤铁矿，C点和D点应为赤泥中的脉石矿物。比较图3(a)和图3(b)，经过选择性疏水絮凝处理过的磁选精矿颗粒之间结合更为紧密，有絮团结构存在。正是这些絮团结构增大了颗粒粒度，改善了强磁选过程，使得选择性疏水絮凝-磁选法取得了较好的分选效果。

图3强磁选精矿扫描电镜照片

图4图3(a)中A点能谱

图5图3(b)中B点能谱

图6图3(a)中C点能谱

图7图3(b)中D点能谱

另外，有研究表明，在进行选择性疏水絮凝-磁选试验的过程中，加入的煤油可以促进油酸溶解，油酸煤油乳化液滴将原本朝向水相的油酸极性基朝向矿物，通过静电力和范德华力以及油酸对铁矿物的特性吸附作用[15]，起选择性捕收团聚作用，从而提高分选效率，获得较好的分选结果。

3.2.4方案比较与分析

1)使用阴离子正浮选和阴离子反浮选效果均较差，不能实现有效的预富集。

2)使用单一强磁选方法对广西赤泥进行选别，所得精矿品位可达30.74%，回收率可达62.90%。工序简单，预富集效果较好。

3)利用选择性疏水絮凝-磁选虽然可以取得较好的预富集效果，但作为一种新的选别技术，理论和工艺上有待进一步深入研究，比如所获得的精矿中药剂的脱除，以及使用该流程与现有流程的衔接等等。

4结论

1)本文所用阴离子正浮选和阴离子反浮选手段不能实现有效的预富集。

2)使用单一强磁选方法对广西赤泥进行预富集，工序简单，所得精矿品位可达30.74%，回收率可达62.90%。因此选择单一强磁选作为广西赤泥选铁预富集的方法，为后续深度还原试验提供合适的原料。

3)选择性疏水絮凝磁选理论和工艺上有待进一步深入研究。

参考文献

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The research of recovering iron from Guangxi Bayer process red mud with pre-concentration method

WANG Jian-yue1，2，CUI Wei-hua3，ZHANG Yi-he3，NI Wen1，2，LIU Xuan1，2

(1.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2.Beijing Key Laboratory on Resource-Oriented Treatment of Industrial Pollutants，Beijing 100083，China；3.China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China)

Abstract:With the increasing need for alumina and the decrease of the grade of bauxite，the discharge of red mud becomes an increasingly important problem.Recovering and reusing the Bayer process red mud of which the main content is iron is beneficial for improving the current state of the utilization of red mud and achieving sustainable development.This paper proposed a technical route to recover iron by pre-concentration-deep reduction-magnetic separation.Compared with flotation，selective hydrophobic flocculation-magnetic separation，high-intensity magnetic separation was finally chosen as the pre-concentration method to provide high iron red mud with iron grade of 30.74% which can be a kind of proper feedstock for deep reduction.

Key words：Bayer process red mud；pre-concentration；high-intensity magnetic separation

收稿日期：2015- 08-15

基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目资助(编号：2012AA06A109)

作者简介：王健月(1991-)，男，硕士研究生。 通讯作者：倪文(1961-)，男，教授，博士，博导，从事深度还原、矿物材料、保温耐火材料及固体废弃物资源化研究。

中图分类号：TD951

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)05-0124-05