高硫铝土矿反浮选中同步脱硫和脱硅的交互影响

严 峥 梅光军 朱国斌 程 潜 周杰强 陈世宁

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉430070；2.平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司，河南平顶山467000）

铝土矿是工业上生产金属铝的最主要来源［1］，拜尔法工艺利用高铝硅比一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝存在着多种不利因素，如果矿石含硅量太大、品位太低，氧化铝溶出过程会造成赤泥量过大，生产流程无法正常运行［2-5］。铝土矿的预脱硅处理，是提高铝硅比行之有效的办法。目前，铝土矿的正浮选工艺已经在不少企业建成投产，并取得不错的选矿效果［6］。但铝土矿浮选采用分步脱硫脱硅工艺，一方面生产工艺流程比较长，影响精矿的因素更加复杂；另一方面水耗、电耗等生产成本较高。

使用铝土矿反浮选同步脱硫脱硅的方法处理高硫铝土矿，符合“浮少抑多”的原则［7］，相比正浮选而言，既可以降低药剂的使用量，也可以降低能耗；相比于分步脱硫脱硅，流程简单。本研究通过选矿试验初步探索一种适合处理高硫高硅铝土矿的反浮选同步脱硫脱硅选矿工艺，通过红外光谱分析，研究了丁基黄药和CTAB与铝土矿的作用机理，并初步对实际矿物进行了同步脱硫脱硅浮选试验，为进一步实现该种浮选工艺应用于高硫高硅铝土矿的开发打下坚实基础。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验原料及设备

高岭石纯矿物取自河南某地，矿样化学成分分析结果见表1，其纯度符合纯矿物试验要求。黄铁矿纯矿物购自中华标准物质网。铝土矿矿样取自重庆某地，化学成分分析结果见表2。

本研究使用的仪器有：Nicolet6700型傅里叶变换红外光谱仪，美国热电子科学仪器公司；真空过滤机，武汉洛克粉磨设备制造有限公司；电子天平，上海浦春计量有限公司；DHG-9035A鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；XFGⅡ5-35G变频挂槽浮选机，武汉探矿机械厂。

十六烷基三甲基溴化铵和碳酸钠、盐酸均为国药试剂分析纯，丁基黄药为科德化工有限公司纯度84.5%的产品。

1.2 试验方法

1.2.1 纯矿物浮选试验

称取4.0 g试样，将其转移至XFG浮选机容积为40 mL的玻璃浮选槽中，用定量的去离子水调浆，将矿浆质量浓度调至10%，并保持矿浆温度为25℃。矿浆的pH调整剂为质量分数为5%的HCl溶液，捕收剂为浓度为1 mg/mL的CTAB溶液和丁基黄药溶液。纯矿物浮选试验流程见图1。浮选结束后，泡沫产品和槽内产品分别过滤、烘干、称重、化验，计算回收率。

1.2.2 铝土矿实际矿物浮选试验

通过丁基黄药和CTAB对铝土矿实际矿物的浮选试验，探究铝土矿同步脱硫脱硅工艺的可行性。根据单矿物试验得到的最佳浮选条件，在相同条件下对铝土矿实际矿物进行1粗1精流程选别，以鉴别铝土矿同步脱硫脱硅浮选试验分选指标的优劣，同步脱硫脱硅1粗1精浮选试验流程如图2所示。

2 试验结果与讨论

2.1 CTAB和丁基黄药对高岭石浮选行为的影响

图3所示为矿浆pH值为5.0时，CTAB和丁基黄药药剂用量对高岭石回收率影响的试验结果。

由图3可知：随着捕收剂CTAB用量的增加，高岭石的回收率先增加而后逐渐趋于平稳；当捕收剂CTAB用量从150 g/t增至250 g/t时，高岭石的回收率由33.85%升高到67.14%，回收率明显提高；当捕收剂CTAB的用量超过250 g/t时，高岭石的回收率虽有起伏，但整体趋于平稳。从图3中可以看出，丁基黄药对高岭石无捕收作用。

图4所示为矿浆pH值为5.0、CTAB用量为250 g/t时，丁基黄药用量对高岭石回收率影响的试验结果。

由图4可知：CTAB对高岭石的回收率在丁基黄药的作用下呈现先降低后增大的趋势；当丁基黄药的用量从50 g/t增加至150 g/t时，CTAB对高岭石的回收率从59.67%降至42.81%；而后随着丁基黄药用量的增加，高岭石的浮选回收率逐渐增大后趋于恒定，当丁基黄药用量为200 g/t时，CTAB对高岭石的浮选回收率达到最大，为86.10%。

浮选试验结果表明：矿浆中丁基黄药用量为200 g/t时，CTAB浮选高岭石与直接用CTAB浮选高岭石（250 g/t）结果相比，浮选回收率提高了18.96个百分点，CTAB药剂用量减少了20%。矿浆中存在一定量丁基黄药时，CTAB和丁基黄药浮选高岭石效果明显优于CTAB直接浮选高岭石。

2.2 CTAB和丁基黄药对黄铁矿浮选行为的影响

图5所示为丁基黄药用量对黄铁矿回收率影响的试验结果。

由图5可知：随着丁基黄药用量的增加，黄铁矿浮选的回收率呈明显上升趋势且无较大波动，当丁基黄药用量从250 g/t增至1 500 g/t时，黄铁矿的回收率由83.57%增加到90.44%，黄铁矿回收率增加了6.87个百分点。

图6所示为丁基黄药用量为250 g/t时，CTAB用量对黄铁矿回收率影响的试验结果。

由图6可知：随着CTAB用量的增加，黄铁矿回收率出现先减少后增加的趋势；CTAB用量由20 g/t增加至75 g/t时，黄铁矿回收率由85.56%降至最低的82.14%；当CTAB药剂用量从75 g/t增加至125 g/t时，黄铁矿回收率增至最高，为90.12%。

试验结果表明：使用CTAB和丁基黄药浮选黄铁矿与直接使用丁基黄药浮选黄铁矿得到的回收率较接近；与直接使用丁基黄药浮选黄铁矿相比，使用CTAB和丁基黄药浮选黄铁矿达到相同的回收率，丁基黄药用量由1 500 g/t降至250 g/t，丁基黄药消耗量仅为直接使用丁基黄药浮选的16.67%。

2.3 CTAB和丁基黄药与矿物作用的红外光谱分析

2.3.1 CTAB和丁基黄药与高岭石作用的红外光谱分析

通过考察矿物表面与药剂吸附前后的红外光谱变化情况研究捕收剂对高岭石的作用机理，对各试样进行红外检测，结果见图7。

由图7可知：与CTAB作用后的高岭石红外光谱曲线中位于2 930 cm-1附近出现了新的吸收峰，这主要归功于CTAB的碳链在2 849～2 958 cm-1处的—CH3和—CH2—反对称和对称伸缩振动的影响；与CTAB作用后的高岭石红外光谱曲线中位于1 480 cm-1附近出现了新的吸收峰，这是由于CTAB在1 487 cm-1处的N—CH3变角振动和1 361～1 473 cm-1处的—CH3和—CH2—变角振动的影响。综合分析说明CTAB捕收剂的碳链及—CH3R2R3R4N+基团在高岭石纯矿物的表面发生了吸附。另外，从图中可以看出，药剂的添加顺序对高岭石的浮选可视为没有影响，但是与单独添加一种药剂时的红外光谱相比，吸附了两种药剂的高岭石红外光谱在3 550～3 750 cm-1和900～1 200 cm-1处吸收峰强度发生明显变化。高岭石在3 550～3 750 cm-1处的吸收峰强度显著减弱，这说明高岭石的—Al—OH裸露量减少，高岭石在900～1 200 cm-1处的吸收峰强度同样也出现了减弱的现象，表明高岭石纯矿物的—OH和—Si==O的裸露量也在下降，在646 cm-1处高岭石红外光谱吸收峰强度的下降表明有C—S基团吸附在高岭石表面，这表明两种药剂相互协同，促进了CTAB在高岭石表面的吸附，这与浮选试验效果也吻合。

2.3.2 CTAB和丁基黄药与黄铁矿作用的红外光谱分析

通过考察矿物表面与药剂吸附前后的红外光谱变化情况研究捕收剂对黄铁矿的作用机理，对各试样进行红外检测，结果见图8。

由图8可知［8-11］：黄铁矿在加入CTAB后红外光谱在3 436 cm-1处的吸收峰移至3 439 cm-1，再加入丁基黄药后黄铁矿的红外光谱的振动频率由3 439 cm-1转移至3 438 cm-1；黄铁矿在加入CTAB时红外光谱在1 629 cm-1处出现新峰，再加入丁基黄药后黄铁矿的红外光谱的振动频率由1 629 cm-1转移至1 625 cm-1，这表明丁基黄药在黄铁矿表面发生吸附，促进了黄铁矿的捕收。黄铁矿在加入丁基黄药后由于吸附碳链红外光谱由3 018 cm-1处转移至3 013 cm-1处，再加入CTAB后黄铁矿的红外光谱由3 013cm-1处转移至3 143 cm-1处，这表明与丁基黄药作用过的黄铁矿对CTAB的吸附比较明显；黄铁矿在加入丁基黄药时红外光谱在1 561 cm-1和670 cm-1处出现新峰，再加入CTAB后黄铁矿纯矿物的红外光谱在670 cm-1处的吸收峰未出现明显变化，但1 561 cm-1处未再出现吸收峰，说明CTAB对C—S基团的影响不明显。CTAB在黄铁矿表面的吸附强化了丁基黄药在黄铁矿表面吸附的稳定性，CTAB对丁基黄药浮选黄铁矿具有吸附增敏效应，浮选效果较单独使用丁基黄药效果更好。

2.4 铝土矿实际矿物试验

根据上述单矿物浮选试验结果，在浮选给矿的磨矿细度为-0.074 mm含量75%，脱硫捕收剂丁基黄药总添加量为360 g/t，脱硅捕收剂CTAB总添加量为300 g/t，浮选矿浆pH值为5.0的条件下，对铝土矿实际矿物进行1粗1精选别试验，铝土矿同步脱硫脱硅1粗1精浮选试验流程见图2，试验产品的分析结果如表3所示。

由表3可知：通过铝土矿实际矿物同步脱硫脱硅1粗1精浮选试验，可以得到铝硅比为5.29，S含量0.21%的精矿，精矿铝硅比较原矿铝硅比提高1.65，精矿产率为42.87%。实际矿物浮选试验结果表明，铝土矿实际矿物采用丁基黄药和十六烷基三甲基溴化铵两种药剂进行反浮选同步脱硫脱硅试验可以得到较好的浮选指标。精矿的回收率有待进一步提高，这表明使用该种工艺进行铝土矿工艺浮选生产具有切实可行性。

3 结 论

（1）丁基黄药用量为200 g/t，CTAB用量为250 g/t时，CTAB和丁基黄药浮选高岭石纯矿物的回收率为86.10%，与使用CTAB直接浮选高岭石相比，高岭石回收率提高了18.96个百分点；当丁基黄药用量为250 g/t，CTAB用量为75 g/t时，CTAB和丁基黄药浮选黄铁矿纯矿物的回收率为90.12%，与使用丁基黄药用量为1 500 g/t浮选黄铁矿回收率相差仅为0.32个百分点。CTAB-丁基黄药浮选黄铁矿强化了丁基黄药在黄铁矿表面的吸附，CTAB对黄铁矿吸附丁基黄药具有吸附增敏效应。

（2）重庆某铝土矿原矿硫品位为2.14%，氧化铝品位55.24%，铝硅比为3.64，属典型低品位高硫铝土矿，经过最佳试验条件下一段磨矿工艺，1粗1精浮选工艺流程，获得了精矿产率为42.87%、硫品位为0.21%、Al2O3品位为63.14%、回收率为49.00%、铝硅比为5.29的浮选指标。