山西难选低品位铝土矿浮选脱硅试验研究

姚 杰,张建强,刘中原,张站云

(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)

根据国家统计局数据显示,2020年,我国电解铝产量为3708万吨[1],创下年度产量最高纪录。铝土矿作为氧化铝生产的主要原料,铝产量的增加,必然致使铝土矿的消耗量增加。随着我国铝工业的快速发展,优质铝土矿越来越少,难选低品位铝土矿的综合利用迫在眉睫。难选低品位铝土矿的综合利用有利于我国资源的综合开发,提高资源利用率,对我国经济发展具有重要意义。

我国99%的铝土矿属于矿物组成复杂的一水硬铝石[2],其中大部分为沉积型铝土矿,具有高铝、高硅、低铁的特点[3]。铝土矿中的铝硅比指标直接影响氧化铝生产的工艺指标,因此,针对难选低品位铝土矿的选矿工艺主要是脱除矿石中的硅酸盐矿物,提高铝土矿的铝硅比。硅矿物在碱法生产氧化铝的过程中危害极大,比如生成不溶于水的钠硅渣,此物质进一步生成结垢,对能源和资金造成浪费[4]。

1 矿石性质

该矿样经过破碎、缩分、取样、制样对其进行性质分析,矿样化学分析及物相分析结果如表1、表2。通过化学分析和物相分析可知,矿样Al2O3含量51.24%,SiO2含量25.53%,A/S 2.01,属于低品位铝土矿;该矿样有用矿物主要为一水硬铝石,脉石矿物主要为高岭土、伊利石、石英、赤铁矿,还含有少量的锐钛矿、金红石、方解石等,属于典型的沉积型一水硬铝石型铝土矿,其中高岭土、伊利石等硅酸盐矿物含量较高,属于难选型铝土矿,增加了浮选难度。

表1 矿石化学分析 %

表2 矿石物相分析 %

2 试验研究

根据矿样性质分析,该矿样为难选低品位一水硬铝石型铝土矿,本试验采用正浮选脱硅试验方法对矿样进行浮选脱硅试验,主要进行调整剂种类及用量、捕收剂种类及用量等条件试验,提高铝精矿的铝硅比。

2.1 试验方法

本试验采用“一次粗选一次精选两次扫选”的正浮选脱硅工艺,试验流程如图1。每次磨矿的矿石重量为500 g,浮选试验选用XFD-1.5型浮选机,浮选槽容积为1.5 L,浮选浓度为27%。通过对调整剂种类及用量、捕收剂种类及用量的试验研究,确定该矿样的浮选条件。

图1 浮选脱硅试验工艺流程

2.2 磨矿细度试验

铝土矿中的有用矿物和脉石矿物没有得到充分的解离,很难通过物理选矿方法将有用矿物进行富集。因此,通过磨矿作业可以使有用矿物和脉石矿物充分解离,获得合适的浮选粒度,增加矿粒表面积,降低矿粒在矿浆中的湍流振荡阻力,增加矿粒在泡沫上的附着力,提高浮选效率。

磨矿细度试验中,磨矿细度分别80%、85%、90%、95%、98%。在矿浆pH值为9、捕收剂用量为800 g/t条件下进行试验,试验结果见图2。

从图2看出,随着磨矿细度的增加,铝精矿的铝硅比先升高后降低,而铝精矿产率随着磨矿细度的增加不断提高。当磨矿细度超过一定范围后,矿石过磨现象严重,超微细粒在矿浆中占比增多,超微细粒中绝大多数为易磨的硅酸盐矿物,该部分矿物由于表面积较大,也易随矿浆泡沫一起上浮进入到铝精矿中,从而降低了铝精矿品位,在矿石解离度较高的情况下,进一步提高矿石的磨矿细度,会消耗更多的动能,增加生产成本。结合铝精矿品位及产率情况,该矿样的磨矿细度确定为95%。

2.3 调整剂种类试验

调整剂是为了改善矿物表面和矿浆的状况,最大限度地的提高浮选过程的选择性和选矿指标[5]。本试验采用碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和氢氧化钠混合(1∶1)进行调整种类试验。试验结果如表3。

表3 调整剂种类试验结果 %

从表3看出,使用碳酸钠作为调整剂时,铝精矿产率为49.27%,A/S为5.17;使用氢氧化钠作为调整剂时,铝精矿产率为 51.16%,A/S为4.97;使用混合调整剂时,铝精矿产率为49.94%,A/S为5.06。氢氧化钠是强碱性调整剂,能迅速解离出大量的氢氧根离子,使矿浆迅速达到碱性条件,在浮选过程中,pH值不稳定、泡沫黏度较大且夹杂严重,而且氢氧化钠价格较高,在配制过程中危险系数较大。碳酸钠是中碱性调整剂,在水溶液中解离为Na+和CO32-,水中反应式如下:

Na2CO3+2H2O=2Na++2OH-+H2CO3

(1)

H2CO3=H++HCO3-

(2)

HCO3-=H++CO32-

(3)

解离出的碳酸根离子可以沉淀矿浆中的钙离子和镁离子等有害离子,同时CO32-、HCO3-和OH-等吸附在矿泥表面,使矿泥表面电荷处于同性相斥状态,对矿泥有一定的分散作用。结合铝精矿品位及产率情况,该矿样采用碳酸钠作为浮选调整剂。

2.4 调整剂用量试验

pH值影响矿物表面的电性,因为氢离子和氢氧根离子是各种矿物的定位离子,所以,不同pH值影响矿物表面的荷电性质,因而影响捕收剂的选择。调整剂用量直接影响矿浆pH值的变化,故调整剂用量试验即pH值变化试验,调整用量与pH值对照表如表4,试验结果如图3。

表4 调整剂用量与矿浆pH值对照

图3 调整剂用量试验结果

从图3看出,随着调整剂用量的增加,铝精矿的铝硅比先上升,当超过一定用量时,铝精矿铝硅比出现下降趋势;而铝精矿的产率随着调整剂用量的增加而增加。当调整剂用量为2 g,pH值为9时,铝精矿的铝硅比最高,为5.15。结合铝精矿品位及产率情况,该矿样调整剂用量为2 g,矿浆pH值为9。

2.5 捕收剂种类试验

捕收剂用以提高矿粒表面疏水性和可浮性的药剂。捕收剂分子是有一定长、宽、高的实体,可以在矿粒与水分子之间起屏蔽作用,作用于矿粒表面后,可以使目的矿物颗粒表面疏水性增加,上浮性增加,达到分选的目的。本试验采用油酸、妥尔油、FMD-1进行捕收剂试验,捕收剂配制浓度为5%,用量为800 g/t,捕收剂种类试验结果如表5。

由表5看出,复合型捕收剂FMD-1的捕收效果最好,且铝精矿产率相对也较高,所以,确定捕收剂为FMD-1型捕收剂。

表5 捕收剂种类试验结果 %

2.6 捕收剂用量试验

捕收剂用量试验中,FMD-1型捕收剂用量分别为500 g/t、600 g/t、700 g/t、800 g/t,900 g/t。在磨矿细度为95%、矿浆pH值为9的条件下进行试验,试验结果如图4。

图4 捕收剂用量试验结果

由图4看出,捕收剂用量增多,铝精矿的铝硅比随之降低,但产率不断增加。当捕收剂用量为800 g/t时,两条曲线相交,此时,铝精矿的铝硅比较好,产率较高。通过对比确定捕收剂的用量为800 g/t。

2.7 闭路试验

通过以上条件试验确定的参数进行闭路试验:磨矿细度95%、调整剂碳酸钠用量为2 g(pH值9)、捕收剂FMD-1用量800 g/t,闭路试验流程及参数如图5,试验结果如表6。由表6结果可知,闭路试验得到产率为51.17%,A/S为5.01的铝精矿,试验结果较好。该矿样通过浮选脱硅的铝精矿能够满足氧化铝生产的原料需求。

表6 闭路试验结果 %

图5 闭路试验流程

3 结 论

(1)该难选低品位铝土矿通过正浮选脱硅试验能够有效的提高铝精矿铝硅比,使铝精矿中氧化铝含量及铝硅比满足氧化铝生产工艺要求。

(2)该矿石中铝矿物和脉石矿物嵌布粒度细,磨矿细度要求较高,磨矿细度-0.074 mm粒级占比95%,铝矿物和脉石矿物才能较好的解离。矿石解离不充分或过磨现象严重都不利于浮选过程的进行:解离不充分会造成铝矿物无法上浮;过磨现象严重会使矿浆重超微细粒增多,且超微细粒主要为易磨的硅酸盐矿物,该部分超微细粒易随浮选泡沫上浮,都会影响铝精矿指标。

(3)试验通过条件对比试验,采用碳酸钠作为调整剂,矿浆pH值为9,FMD-1作为脱硅捕收剂,用量800 g/t,通过“一次粗选一次精选两次扫选”正浮选脱硅工艺,可以得到Al2O3含量64.21%,A/S为5.01,产率51.17%的铝精矿,该产品可为氧化铝生产原料。