低品位三水鋁石型鋁土礦選礦試驗研究

艾光華，劉俊星

（1．江西理工大學(xué)，江西 贛州341000；2．太原理工大學(xué)，山西 太原030024）

隨著國內(nèi)低溫拜耳法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)能的迅速擴大，對進口三水鋁土礦的需求也越來越大。據(jù)中國海關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2009年全國進口鋁礦石約1970萬t，2010年上半年進口鋁礦石約1400萬t。與進口鋁礦石數(shù)量不斷增長不同的是，其質(zhì)量出現(xiàn)很大程度的下降。主要表現(xiàn)在礦石有效鋁硅比的降低，對低溫拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的經(jīng)濟性造成了很大的負(fù)面影響。

由于優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源日益減少，目前對中低品位三水鋁石型鋁土礦的開發(fā)利用開展了大量的研究，并已取得一定的成功。對易洗的三水鋁石型中低品位鋁土礦，采用工藝簡單的洗礦方法進行脫硅；而對于難洗的三水鋁石型鋁土礦的脫硅研究，主要以浮選的方法為主。楊小生、李艷軍等以氧化石蠟皂和塔爾油作捕收劑，碳酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉等作調(diào)整劑，磨礦細(xì)度75%－200目時，碳酸鈉用量4 000g／t、水玻璃2kg／t、六偏磷酸鈉250 g／t、捕收劑用量700 g／t、浮選礦漿濃度28．57%，精礦回收率達到63．49%，精礦鋁硅比達到11．18［1］。陳志友、李旺興等以斐濟的三水鋁石型鋁土礦洗礦精礦為原料，ZYY作為捕收劑，碳酸鈉和六偏磷酸鈉作調(diào)整劑，在磨礦細(xì)度86%－200目時，p H值為9．5，六偏磷酸鈉80g／t，捕收劑用量1200 g／t，精礦的鋁硅比9．06，回收率76．79%［2］。本試驗以山東鋁業(yè)公司進口的某三水鋁石型鋁土礦為原料，通過采用分級浮選流程，考察磨礦細(xì)度、捕收劑和調(diào)整劑用量等多因素條件試驗，以提高此礦石的有效鋁硅比為目的，探索低鋁硅比三水鋁石型鋁土礦的有效脫硅途徑。

1 礦石性質(zhì)

此三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。原礦礦物含量和化學(xué)組成見表1和表2。原礦破碎到－2mm后的粒度組成見表3。

表1 原礦礦物含量／%

表2 原礦化學(xué)組成／%

表3 原礦粒度組成

2 試驗方法

通過對原礦的篩分分析可以發(fā)現(xiàn)，如果原礦沒有經(jīng)過磨礦而直接進行分級，其中鋁硅礦物很難實現(xiàn)有效分離，各粒級產(chǎn)品含硅仍然較高；而對原礦進行一定程度的磨礦后發(fā)現(xiàn)，其中的鋁硅礦物分布隨粒度變化呈現(xiàn)出較好的規(guī)律性，尤其大于100目的粗顆粒含硅量得到了明顯降低，但同時，小于100目的細(xì)顆粒其中鋁硅礦物的含量隨粒級變化不大。因此，可以認(rèn)為，若不經(jīng)過磨礦而僅僅利用分級洗礦，很難實現(xiàn)礦物的有效脫硅。較好方案應(yīng)該是：原礦經(jīng)過一定程度的磨礦后，先通過分級，得到一部分粗顆粒直接作為粗粒精礦，而剩下的細(xì)顆粒再進行浮選法脫硅，再得到細(xì)粒精礦，兩精礦合并成最終精礦。

3 選礦試驗

3.1 選擇性磨礦試驗研究

磨礦試驗主要針對礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結(jié)晶特性和物理性質(zhì)的差異，在不同的磨礦條件下，使一部分易磨的高嶺石礦物優(yōu)先磨碎進入細(xì)粒級礦物中，從而達到富集礦物的作用。詳細(xì)的磨礦試驗結(jié)果，如表4所示。

通過選擇性磨礦試驗研究發(fā)現(xiàn)，＋100目粒級的產(chǎn)品中，三水鋁石的含量隨著磨礦的加強先增加然后再降低，而高嶺石的相對含量卻隨磨礦時間的延長呈先降低而后增加的趨勢；當(dāng)磨礦細(xì)度為＋100含量為27．67%時，粗粒級產(chǎn)品質(zhì)量最好，其中三水鋁石含量為68．1%，高嶺石含量為8．90%。

表4 選擇性磨礦試驗研究結(jié)果

3.2 細(xì)粒浮選條件試驗

3．2．1 碳酸鈉用量試驗研究

在p H調(diào)整劑篩選試驗研究中，選擇了Na2CO3和NaOH進行對比。研究結(jié)果表明，采用Na2CO3作p H調(diào)整劑，浮選效果明顯優(yōu)于使用NaOH時，這主要由于Na2CO3除可調(diào)整礦漿酸堿度外，還能起到分散礦漿、不同程度的抑制硅酸鹽礦物的作用。因此，試驗研究最后確定采用Na2CO3作為浮選p H調(diào)整劑。碳酸鈉在鋁土礦浮選中起重要的作用，它可調(diào)節(jié)鋁土礦浮選的適宜p H條件，對含鋁硅酸鹽礦物起分散作用，減少礦漿中鈣、鎂離子對鋁土礦浮選的影響。條件試驗流程如圖1所示。Na2CO3用量確定試驗研究結(jié)果見表5。

研究結(jié)果表明：堿性條件下，隨著Na2CO3用量的變化，浮選精礦的質(zhì)量變化不明顯，浮選精礦三氧化鋁的品位在53%左右；但是，精礦中三氧化鋁的回收率卻隨著捕收劑用量的增加呈下降趨勢。綜合考慮，最后確定Na2CO3用量為6000g／t。

圖1 條件試驗流程

3．2．2 抑制劑種類的篩選及用量試驗研究

浮選實踐表明，抑制劑用量對浮選過程有著重要的影響作用。首先，如果用量不夠，脈石礦物抑制效果差，實現(xiàn)礦物有效分離難；其二，若抑制劑用量太多，既會造成不必的藥劑浪費，也會使目的礦物受到一定程度地抑制，從而影響浮選效果。試驗流程見圖1，進行了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同抑制劑的對比試驗研究。研究結(jié)果表明，使用抑制劑Ⅰ進行浮選分離，無論是對精礦質(zhì)量，還是對產(chǎn)率都能獲得較好選別指標(biāo)。原礦經(jīng)一次粗選，可獲得Al2O3品位為55．98%、SiO2品位為7．19%、Al2O3作業(yè)回收率為69．26%的粗精礦。同時，進行了抑制劑Ⅰ用量試驗，條件試驗流程見圖1。抑制劑Ⅰ用量試驗研究結(jié)果見表6。

表5 Na2 CO3用量試驗條件及結(jié)果

表6 抑制劑Ⅰ用量試驗結(jié)果

由表6可知，隨著抑制劑用量的增加，浮選粗精礦質(zhì)量不斷的提高，但浮選粗精礦產(chǎn)率卻先增加而后減少。當(dāng)抑制劑用量達1080g／t時，此時原礦篩去＋100顆粒，經(jīng)一次粗選后，浮選粗精礦中三氧化鋁含量高達56．10%，但此時浮選精礦的產(chǎn)率卻只有16．09%，浮選尾礦產(chǎn)率為52．80%，說明在抑制高嶺石的同時，三水鋁石也被抑制了。考慮到粗選既要確保較高的回收率，同時也要求粗精礦具有一定的品位，以便給后續(xù)精選作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。因此，綜合考慮，最后確定抑制劑最佳用量為600 g／t原礦。3．2．3 捕收劑用量試驗研究

進行了捕收劑種類篩選試驗研究，在試驗過程中，固定p H調(diào)整劑Na2CO3用量6000g／t，抑制劑Ⅰ用量600g／t，磨礦細(xì)度約65%。捕收劑用量和試驗結(jié)果如表7所示。條件試驗流程見圖1。

研究結(jié)果表明，最初隨著捕收劑用量的增加，浮選精礦中Al2O3的品位略有下降，Al2O3回收率卻有較大的增加；但當(dāng)捕收劑用量達200g／t時，浮選精礦中Al2O3回收率和Al2O3品位變化趨向于平緩；但當(dāng)捕收劑用量繼續(xù)增大超過300g／t時，大量硅礦物開始上浮，導(dǎo)致浮選精礦質(zhì)量明顯下降，其中浮選精礦Al2O3品位只有49．56%、而SiO2含量卻高達9．81%。因此，最后確定粗選最佳捕收劑用量為200g／t，此時浮選精礦產(chǎn)率36．19%、Al2O3品 位 55．14%、SiO2含 量為7．74%。

3．2．4 綜合開路試驗研究

我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，養(yǎng)老服務(wù)體系不斷完善、居民生活水平不斷提高，但我國各區(qū)域之間經(jīng)濟發(fā)展仍不平衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間仍存在很大差異。本文對我國區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布及特征進行深入實證分析研究，得出如下結(jié)論。

在前面一系列條件試驗的基礎(chǔ)上，確定了各選別階段最佳工藝參數(shù)，進行綜合開路試驗研究，綜合開路的試驗流程見圖2。試驗研究結(jié)果見表8。

綜合開路試驗研究結(jié)果表明：原礦磨至－100目占64．17%時，＋100目作為精礦1，而－100目產(chǎn)品再進入浮選，通過一粗一掃一精的原則流程，可獲得Al2O3含量57．93%、含二氧化硅6．60%、產(chǎn)率為31．54%的浮選精礦，總精礦產(chǎn)率為67．37%，此時浮選尾礦中的二氧化硅含量已達40．17%，浮選脫硅效果良好。綜合開路試驗研究結(jié)果見表8。

3.3 閉路試驗

在確定原則工藝流程和各種條件試驗的基礎(chǔ)上，并增加一次精選，進行了實驗室全流程閉路試驗，閉路試驗流程如圖3所示，各產(chǎn)品礦物組成分析見表9，閉路試驗研究結(jié)果見表10。

表7 捕收劑用量試驗條件及結(jié)果

表8 綜合開路試驗研究結(jié)果

圖2 綜合開路試驗流程

圖3 閉路試驗流程

表9 閉路試驗各產(chǎn)品礦物組成分析

O

尾礦 25．82 32．78 17．06 30．9 16．2 8．8 11．3 49．80 9．60

6．38 2．08

表10 閉路試驗研究結(jié)果

閉路試驗結(jié)果表明：精礦1中三水鋁石的品位為65．90%、高嶺石含量6．70%、有效鋁的回收率為40．11%；精礦2中三水鋁石的品位為70．90%、高嶺石含量12．40%、有效鋁的回收率為52．29%；最終精礦中三水鋁石的品位為68．64%、高嶺石含量9．82%、有效鋁的回收率為92．40%、有效鋁中＋100目含量為45．21%。總精礦的鋁硅比達5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%，閉路試驗結(jié)果指標(biāo)良好。

4 結(jié)語

（1）某地進口的三水鋁石型鋁土礦主要含鋁礦物為三水鋁石，少量的為一水軟鋁石；含硅礦物主要為高嶺石和石英，并含赤鐵礦、鋁針鐵礦等。

（2）針對礦石中三水鋁石和高嶺石礦物結(jié)晶特性和物理性質(zhì)的差異，在不同的磨礦條件下，可以使一部分易磨的高嶺石礦物優(yōu)先磨碎進入細(xì)粒級礦物中，從而達到含鋁礦物在粗粒級富集的目的。

（3）依據(jù)礦石性質(zhì)特點，采用分級浮選流程，獲得了總精礦的鋁硅比達5．41，有效鋁硅比為11．07，三水鋁石的回收率為92．41%的良好試驗效果。

［1］ 楊小生．浮選方法提高三水鋁石鋁硅比的研究 ［J］．金屬礦山，2006，31 （5）：14－17．

［2］ 陳志友．三水鋁石型鋁土礦的浮選脫硅試驗研究 ［J］．輕金屬，2008 （7）：7－10．