西南某鋁土礦同步脫硫脫硅浮選試驗研究

吳國亮,張建強,杜五星

1.中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州450041； 2.國家鋁冶煉工程技術研究中心，河南 鄭州 450041

引言

鋁土礦是生產金屬鋁、耐火材料、研磨材料以及高鋁水泥的重要原材料，隨著國內鋁土礦資源的逐步貧化和枯竭，以及開采方法的不科學，直接用于生產氧化鋁和高檔耐火材料的鋁土礦越來越少，而大量高硅高硫鋁土礦又不能得到合理利用[1-2]。低品質鋁土礦選礦技術的開發對國內越來越“貧細雜”化鋁土礦的利用，對我國氧化鋁行業的健康和可持續發展，以及減輕對國外鋁土礦礦石的依賴具有重大意義。目前，工業上對低A/S(鋁硅比)含硫鋁土礦提質最為廣泛的方法為浮選法，比較成熟的工藝是先浮選脫硫后浮選脫硅的工藝流程，但是該工藝流程存在工藝復雜和流程較長等問題[3-6]。西南某地存在大量的高硫、低A/S的鋁土礦，為經濟合理地開發利用該資源，本文采用同步脫硫脫硅新工藝對該高硫高硅鋁土礦進行除雜提質試驗研究。

1 礦石性質

1.1 礦石組成

對取自西南某地的代表性原礦樣進行化學多元素分析、X-衍射分析和物相組成分析以了解原礦性質，為后續的浮選提供指導，分析結果分別見表1、圖1和表2。

圖1 原礦的XRD圖Fig.1 The XRD pattern of raw ore

表2 原礦礦物組成分析結果 /%Table 2 The phase analysis results of raw ore

由表1分析結果可知，原礦中Al2O3的含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S僅為3.82，屬于中低品位鋁土礦，其中有害雜質S含量為1.57%，屬于高硫鋁土礦。該鋁土礦必須經選礦處理后才能用于氧化鋁冶煉。

由表2和圖1的分析結果可知，原礦中主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物是以綠泥石、高嶺石、伊利石等為主的硅酸鹽類礦物；還有少量的黃鐵礦，針鐵礦、菱鐵礦、金紅石等礦物；礦石中的有害雜質S主要以黃鐵礦的形式在原礦中賦存。綜合來看，該礦石為高S、低A/S型鋁土礦，可以通過浮選脫硅提高礦石A/S和浮選脫硫降低有害雜質S含量，以滿足氧化鋁冶煉要求。

1.2 試劑及設備

碳酸鈉(Na2CO3)、鹽酸(HCl)、硫酸銅(CuSO3·5H2O)、丁基黃藥(C4H9OCSSNa)、戊基黃藥(C5H11OCSSNa)均為分析純；自制陰離子混合脫硫捕收劑BA-1；自制陰離子混合脫硫捕收劑BA-2，抑制劑SNS分析純，自制陽離子混合脫硅捕收劑SW，自制陽離子混合脫硅捕收劑FWA，自制陽離子混合脫硅捕收劑EXA，松醇油工業品。

XMQφ240×90型錐形球磨機，Rex pHS-3C型pH計，BSA2202型電子天平，DL5C型真空抽濾機，XFG-63/1.5L/0.75L掛槽式浮選機，101A-1型鼓風干燥箱。

2 試驗研究

2.1 磨礦細度試驗

合理的磨礦細度不僅對鋁土礦選礦工藝和指標具有重要影響，還影響到后續鋁土礦精礦產品的溶出性能。為獲得較好的浮選指標，在pH調整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量60 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t(脫硫捕收劑與起泡劑的質量比為31)，脫硅捕收劑EXA用量160 g/t的條件下，按照圖2所示的工藝流程圖進行磨礦細度試驗，試驗結果如圖3所示。

圖2 粗選條件試驗流程Fig.2 The condition test flow chart of roughing

表3 磨礦細度試驗結果Table 3 The test results of grinding fineness

由表3磨礦細度試驗結果可知，隨著磨礦細度的不斷增加，精礦產率不斷降低，而精礦Al2O3品位先升高后降低，S含量先降低后升高，當磨礦細度-0.074 mm含量增至69%以后，由于精礦夾雜嚴重，導致精礦Al2O3品位提升困難，反而略微降低，回收率下降，同時導致精礦S含量升高。磨礦細度-0.074 mm含量占69%時精礦Al2O3品位最高，S含量也最低，回收率也較高，因此綜合考慮磨礦細度-0.074 mm含量占69%時為最佳磨礦細度。

2.2 礦漿pH值試驗

在浮選過程中礦漿pH值對礦物的表面電性和浮選藥劑的活性均有很大的影響，各種礦物只有在各自最適宜的pH范圍內才能有效地實現浮選[7]。因為該鋁土礦含硫且長期露天堆放導致酸化，磨礦后的礦漿為酸性，考察最佳pH時直接用Na2CO3進行調節。在磨礦細度-0.074 mm占69%、活化劑CuSO4用量40 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t，脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t的條件下，按照圖2所示的工藝流程進行pH值試驗，試驗結果見表4。

表4 礦漿pH值試驗結果Table 4 The test results of pulp pH

由表4試驗結果可知，在pH值為5的偏酸性條件時，浮選脫硫效果較好，脫硅效果也較佳；當pH值為6時，浮選脫硅效果最好，脫硫效果也較佳；pH值繼續升高由于礦石已經酸化，碳酸鈉添加量過大，導致浮選體系中電解離子濃度過高，致使浮選夾雜嚴重，脫硅的分選效果較差。綜合考慮試驗選擇pH=6時為最佳脫硫脫硅浮選環境，此時Na2CO3用量為3 800 g/t。

2.3 活化劑用量試驗

為強化同步脫硫脫硅過程中脫硫的效果，需要對黃鐵礦進行活化，目前黃鐵礦浮選活化劑最常用的為CuSO4[8]，所以本文不再對活化劑的種類進行試驗研究，而是在磨礦細度-0.074 mm占69%、pH調整劑Na2CO3用量3 800 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑2#油用量100 g/t、脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t條件下直接按圖2所示流程進行CuSO4用量試驗，試驗結果見圖4。

根據圖3試驗結果可知，添加活化劑CuSO4的浮選效果要比不添加的浮選效果好。還可以看出，隨著CuSO4用量的不斷增加鋁精礦的S含量不斷降低，而S的脫除率在不斷增加，當CuSO4用量超過60 g/t以后精礦的S含量和S脫除率趨于平穩。綜合考慮藥劑用量和浮選效果活化劑CuSO4用量為60g/t時脫S效果最好。

圖3 活化劑CuSO4用量試驗結果Fig.3 The dosage test results of activator CuSO4

2.4 脫硫捕收劑種類試驗

脫硫捕收劑種類的選擇對最終浮選指標的好壞至關重要，目前脫硫捕收劑主要是各類型黃藥[9]，為了篩選出對該礦石具有較好脫硫效果的捕收劑，在磨礦細度-0.074 mm占69%、pH調整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量為40 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t、脫硅捕收劑EXA用量為160 g/t條件下直接按圖2所示流程進行試驗，試驗結果見圖4。

圖4 脫硫捕收劑種類試驗結果Fig.4 The test results of desulfurization collector categories

根據圖4試驗結果可知，自制脫硫捕收劑BA-1和BA-2的脫硫效果要比丁基黃藥和戊基黃藥的浮選效果好，通過對比BA-1和BA-2兩種藥劑浮選指標發現，兩者精礦含S量差別不大，分別為0.41%和0.38%，但是BA-1的脫硫率要比BA-2的脫硫率高2.23個百分點，所以采用BA-1作為脫硫捕收劑。

2.5 脫硅捕收劑種類試驗

鋁土礦反浮選研究較長時期內處于瓶頸狀態，其主要原因是大多數礦石中硅酸鹽脈石礦物組分復雜，各種脈石礦物對分選條件和分選藥劑種類要求不同，致使單一藥劑很難對鋁土礦有較好的分選效果[10]。在磨礦細度-0.074 mm占69%、pH值調整劑Na2CO3用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量60 g/t、抑制劑SNS用量1 000 g/t、脫硫捕收劑BA-1用量300 g/t、起泡劑松醇油用量100 g/t、脫硅捕收劑用量為160 g/t條件下，按圖2所示流程考察不同種類的自制藥劑對脫硅的影響，試驗結果見圖5。

圖5 脫硅捕收劑種類試驗結果Fig.5 The test results of desilication collector categories

由圖6試驗結果可知，三種自制脫硅捕收劑對脫硅均有較好的效果，其中EXA對脈石礦物的捕收能力最好，精礦的A/S最高，FWA的次之。同時還可發現EXA的硅脫除率也最好，所以決定采用自制捕收劑EXA作為脫硅捕收劑。

2.6 藥劑用量試驗

浮選粗選藥劑用量影響浮選結果的因素較多，試驗量比較大，可以利用多因素組合正交試驗法[11]來快速尋找合適的藥劑條件。在磨礦細度-0.074 mm含量占69%、pH值調整劑碳酸鈉用量3 800 g/t、活化劑CuSO4用量為40 g/t的條件下，按圖2所示流程采用L9(34)正交表安排了三因素三水平9次試驗考察抑制劑、脫硫捕收劑和脫硅捕收劑用量，試驗影響因素及水平見表5，試驗結果見表6。

表5 藥劑用量試驗影響因素及水平Table 5 The influence factors and levels of reagent dosage tests

根據表6正交試驗結果可知，添加抑制劑SNS有助于強化分選效果提高精礦Al2O3品位，同時抑制劑對精礦的含S幾乎沒有影響。隨著脫硫捕收劑BA-1用量的不斷增加，精礦的含S量不斷降低，當用量超過300 g/t后，精礦的含S量幾乎不再降低，所以脫硫捕收劑的用量為300 g/t比較合適。隨著脫硅捕收劑EXA用量的不斷加大，精礦Al2O3品位先增加后降低，而Al2O3回收率卻不斷降低，當用量為160 g/t時，鋁精礦的Al2O3品位為59.25%，而回收率為86.25%，所以脫硅捕收劑用量160 g/t為最佳用量。

表6 藥劑用量正交試驗結果Table 6 The orthogonal test results of reagent dosage

2.7 閉路試驗

在條件試驗的基礎上，為考察同步脫硫脫硅工藝處理該礦石的可行性和穩定性，按圖6所示流程進行閉路試驗研究，試驗結果見表7。

圖6 路試驗流程圖Fig.6 The test flowchart of closed circuit

表7 閉路流程試驗結果Table 7 The test results of closed circuit

根據閉路試驗結果可知，采用圖6所示閉路流程處理A/S為3.83的原礦，可以得到Al2O3為61.03%，SiO2為11.95%，S含量為0.19%，A/S為5.11的鋁土礦精礦。精礦相較于原礦A/S提高了1.28，S的脫除率達到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料，證明了該同步脫硫脫硅工藝流程的可行性和穩定性，為該類型礦石的開發和利用提供了一種全新的技術思路。

3 結 論

(1)原礦Al2O3含量為56.86%，SiO2含量為14.86%，A/S僅為3.82，有害雜質S含量為1.57%，主要有用礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石；脈石礦物是以綠泥石、高嶺石、伊利石等為主的硅酸鹽類礦物，礦石中的有害雜質S主要以黃鐵礦的形式在原礦賦存。

(2)經閉路試驗，可以得到精礦Al2O3含量為61.03%，SiO2為11.95%，S含量為0.19，A/S為5.11%的優異浮選指標。精礦A/S相較于原礦提高了1.28，S的脫除率達到98.99%，該精礦可以直接作為冶煉氧化鋁原料。

(3)通過試驗發現，同步脫硅脫硫工藝能夠處理該礦石，為該類型礦石的開發和利用提供了一種全新的技術思路。