豫西低品位高硫铝土矿脱硫脱硅工艺技术研究

张建强,杜五星,马俊伟,魏兆斌

(1.中铝郑州有色金属研究院有限公司,河南 郑州 450041;2.国家铝冶炼工程技术研究中心,河南 郑州 450041)

随着中国氧化铝产能的迅速增加,国内铝土矿资源日趋紧张铝土矿“贫、细、杂、难”的特点日益突出,使得铝土矿选矿技术及选矿装备面临着诸多新挑战。随着铝土矿资源的减少及品质的降低,铝土矿中有用矿物的嵌布粒度越来越细,与脉石矿物之间的共生关系越来越复杂,使得选矿提质降杂的难度增加、生产成本提高、工艺指标下降[1-6]。豫西存在大量低品位高硫铝土矿,储量在6000万吨以上,其硫含量约为1.2%～2.0%,矿石铝硅比约为4.5～5.0,仅通过浮选脱硫,无法获得高A/S选精矿,仅通过正浮选脱硅,其浮选精矿硫含量在0.8%以上,无法满足氧化铝生产需求。为经济合理地开发利用该资源,本文对豫西低品位高硫铝土矿进行脱硫脱硅工艺技术研究。

1 矿石成分

对取自豫西的低品位高硫铝土矿原矿进行多元素分析、X-衍射分析和物相组成分析以了解原矿性质,为后续试验提供矿物学指导,分析结果见表1、图1和表2。

表1 原矿多元素分析结果 %

表1、表2和图1分析可知,原矿中Al2O3含量为58.09%,SiO2含量为13.10%,A/S仅为4.43,有害杂质S含量为1.21%,属于低品位高硫铝土矿,矿石中的有用矿物主要为一水硬铝石,脉石矿物主要为伊利石、高岭石、绿泥石、方解石等,含硫矿物主要为黄铁矿。该铝土矿必须经选矿处理后才能用于氧化铝冶炼,通过浮选脱硫降低有害杂质S含量和浮选脱硅提高矿石A/S来满足氧化铝冶炼要求[7-9]。

图1 原矿XRD图谱

表2 原矿物相分析结果/%

2 实验室试验

2.1 磨矿细度试验

根据矿石性质研究,该矿样属于低品位一水硬铝石型高硫铝土矿,拟采用反浮选脱硫方法实现铝精矿产品中硫含量的降低,采用正浮选脱硅方法实现铝精矿A/S的有效提高。合理的磨矿细度不仅对铝土矿选矿工艺和指标具有重要影响,还影响到后续铝土矿精矿产品的溶出性能[10],为获得最佳的浮选脱硫脱硅指标,按下面流程进行磨矿细度试验,试验结果见图3。

图2 磨矿细度试验流程

图3 磨矿细度试验结果

由图3试验结果可知,磨矿细度越粗,硫精矿S含量越高,而铝精矿的S含量和产率随着磨矿细度的降低而降低;而铝精矿的A/S和产率随着磨矿细度的降低而不断降低,综合考虑铝精矿指标和硫精矿指标,在磨矿细度-0.074 mm含量占85.00%时,浮选脱硫及脱硅综合效果较佳,可获得产率为67.33%,S含量为0.12%,A/S为9.91的铝精矿,以及产率为3.44%、硫含量为27.81%的硫精矿。

2.2 脱硫捕收剂种类试验

在磨矿细度-0.074 mm含量占85.00%的条件下,按图4所示流程研究脱硫捕收剂种类对浮选脱硫的影响,试验结果见图5。

图4 脱硫条件试验流程

图5 脱硫捕收剂种类试验结果

由图5试验结果可知,使用戊基黄药所得铝精矿中S含量较其它脱硫药剂都高。丁基黄药对矿石中的黄铁矿有较强的捕收能力且选择性也比较好,可以得到S含量最低的铝土矿精矿。综合比较铝精矿S含量和硫精矿S含量,以丁基黄药为脱硫捕收剂。

2.3 脱硫捕收剂用量试验

捕收剂主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性,因此捕收剂的用量对浮选工艺指标有着极其重要的影响。在起泡剂用量与脱硫捕收剂用量为3∶1的情况下,捕收按起泡剂图4所示流程研究丁基黄药用量A(粗选150/精选50)、B(粗选200/精选100)、C(粗选300/精选100)、D(粗选400/精选100)、E(粗选500/精选100)对浮选脱硫指标的影响,试验结果见图6。

由图6试验结果可知,随着脱硫捕收剂用量的加大,浮选脱硫铝精矿的S含量及硫精矿S含量均逐步降低,硫精矿产率逐步提高。当丁基黄药用量为B时,综合浮选效果较佳,药剂总用量低于B时,铝精矿中硫含量过高,当药剂总用量大于B时,药剂用量的加大对铝精矿中S含量降低效果不明显,故综合考虑经济效益与浮选脱硫指标确定丁基黄药用量为B(粗选200/精选100)。

图6 脱硫捕收剂用量试验结果

2.4 活化剂种类试验

为强化浮选脱硫效果,需要对黄铁矿进行活化,在丁基黄药总用量为B(粗选200/精选100),起泡剂用量(粗选70/精选30)时,按图4所示流程考察活化剂种类对脱硫指标的影响,试验结果见图7。

图7 脱硫活化剂种类试验结果

由图7试验结果可知,在四种活化剂用量相同时,硫酸铜作为活化剂所得铝精矿中S含量最低仅有0.16%,且硫精矿中S含量为30.84%仅次于硫酸亚铁的30.99%,故选择硫酸铜作为浮选脱硫的活化剂。

2.5 活化剂用量试验

在原矿磨矿细度-0.074 mm占85%的条件下,丁基脱硫捕收剂总用量为B(粗选200/扫选100),起泡剂用量(粗选70/精选30)时,按图4所示流程考察脱硫活化剂硫酸铜用量对浮选脱硫的影响,试验结果见图8。

图8 脱硫活化剂用量试验结果

从图8中看出,随着脱硫活化剂硫酸铜用量的加大,浮选脱硫铝精矿的S含量整体上先降低后升高,浮选硫精矿的S含量逐步降低而后突然升高。当脱硫活化剂硫酸铜用量为25 g/t时,综合浮选脱硫效果较佳,此时浮选脱硫铝精矿S含量为0.16%,浮选硫精矿硫含量为30.67%。

2.6 起泡剂用量试验

在原矿磨矿细度-0.074 mm占85.00%,丁基脱硫捕收剂总用量为300 g/t(粗选200/扫选100)时,活化剂硫酸铜用量为25 g/t的条件下,按图4所示流程考察脱硫起泡剂2#油用量A(粗选40/精选20)、B(粗选50/精选30)、C(粗选70/精选30)、D(粗选100/精选50)对浮选脱硫的影响,试验结果见图9所示。

图9 起泡剂用量试验结果

由图9可知,随着脱硫起泡剂2#油的总用量的加大,浮选脱硫铝精矿的产率和S含量逐步下降。当起泡剂总用量超过C以后,铝精矿的产率急剧下降,这是由于起泡剂用量过大造成的。即起泡剂总用量为C(粗选70/精选30)时,综合浮选效果较佳,可以获得产率为84.47%,S含量为0.16%浮选铝精矿以及S含量为30.67%的硫精矿。

2.7 脱硅捕收剂种类试验

按图11所示流程考察脱硅捕收种类对浮选脱硅指标的影响,试验结果见图10所示。

图10 脱硅条件试验流程图

图11 脱硅捕收剂种类试验结果

由图11试验结果可知,对比4种脱硅捕收剂中SW的脱硅效果最差,其他三种在A/S相差不大的情况下,自制捕收剂BKS的铝精矿产率最高,综合考虑确认使用自制BKS捕收剂作为该矿的脱硅捕收剂。

2.8 脱硅捕收剂用量试验

在使用自制BKS脱硅捕收剂的条件下,按图10所示流程考察BKS脱硅捕收剂用量A(粗选700/扫选100/精选Ⅰ100)、B(粗选800/扫选100/精选Ⅰ100)、C(粗选900/扫选100/精选Ⅰ100)、D(粗选1000/扫选100/精选Ⅰ100)对浮选脱硅指标的影响,试验结果见图12。

图12 脱硅捕收剂用量试验结果

由图12试验结果可知:脱硅捕收剂BKS总用量越大,铝精矿产率越高,铝精矿的A/S越低。当脱硅捕收剂BKS总用量为C(粗选900/扫选100/精选Ⅰ100)时,铝精矿产率可达70.33%,铝精矿A/S为9.99;当总用量达到D时,铝精矿产率为71.72%,铝精矿A/S为9.6,铝精矿产率增加有限。综合考虑药剂用量与浮选效果及药剂成本,确定较合适的脱硅药剂总用量为C(粗选900/扫选100/精选Ⅰ 100)。

图13 全流程闭路试验流程图

2.9 全流程闭路试验

在脱硫与脱硅条件试验的基础上,为考察脱硫脱硅整体流程的可靠性与可行性,按图14所示流程进行浮选脱硫脱硅闭路试验,试验结果见表4。

表4 全流程闭路试验结果

由表4全流程闭路试验可知,原矿经 “一次粗选一次精选两次扫选” 浮选脱硫,脱硫铝精矿经 “一次粗选两次精选一次扫选” 浮选脱硅闭路流程处理后,可得到产率为76.55%,S含量为0.15%,Al2O3含量为65.25%,A/S为9.02的铝精矿以及S含量为23.27%,产率为4.60%的硫精矿,取得了较好的浮选指标,铝精矿S含量满足了氧化铝冶炼要求。

3 结 论

(1)根据原矿性质研究可知,原矿中Al2O3的含量为58.09%,SiO2含量为13.10%,A/S仅为4.43,其中有害杂质S含量为1.21%,属于中低品位高硫铝土矿,矿石中的有用矿物主要为一水硬铝石,含硫矿物主要为黄铁矿。该铝土矿必须经选矿处理后才能用于氧化铝冶炼,可以通过浮选脱硫降低有害杂质S含量和浮选脱硅提高矿石A/S来满足氧化铝冶炼要求。

(2)脱硅捕收剂种类对比试验发现,自制脱硅捕收BKS具有较强的捕收能力和较强的选择性。

(3)豫西低品位高硫铝土矿经 “一次粗选一次精选两次扫选” 浮选脱硫,脱硫铝精矿经 “一次粗选两次精选一次扫选” 浮选脱硅闭路试验流程,可得到产率为76.55%,S含量为0.14%,Al2O3含量为64.25%,A/S为8.02的铝精矿以及S含量为23.27%,产率为4.60%的硫精矿,取得了较好的浮选指标,为低品位高硫铝土矿资源的经济高效利用提供了技术参考。