重慶高硫鋁土礦反浮選脫硫試驗研究

姚 杰,張建強,張站云,劉中原

(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)

根據中華人民共和國自然資源部發布的礦產資源報告統計數據,2019年底我國查明鋁土礦資源儲量有54.5億t[1-2]。在查明的儲量中,有部分硫含量超過0.7%的高硫鋁土礦,該部分鋁土礦不能直接被用于氧化鋁生產,需進行脫硫處理。因為在氧化鋁生產過程中,硫元素不僅會腐蝕設備,而且還會影響氧化鋁的產品質量,所以,研究經濟合理的脫硫方法對鋁工業的發展進步具有很重要的現實意義[3]。

1 含硫礦物在拜耳法生產中的危害

鋁土礦中的硫主要以黃鐵礦的形式存在,主要有三種,二價硫、硫酸鹽和單質硫,不同地區硫的賦存形態不同。鋁土礦中的硫元素不僅會造成氧化鈉的損失,而且會對設備造成腐蝕,使溶液中的鐵含量增加[4],影響氧化鋁產品質量。同時,硫酸鹽在母液中的濃度達到飽和后會結晶析出,導致設備表面結垢,傳熱系數降低[5],溶出效率降低。硫酸鹽含量的增加會增加系統的排鹽量,進而增加能耗,增加生產成本。

2 原礦性質研究

本次試驗礦樣取自重慶某地高硫鋁土礦,礦物的主要化學成分分析和物相分析分別如表1、表2所示。由表1、表2可知,礦石中Al2O3含量56.45%,SiO2含量14.23%,S含量2.35%,鋁硅比3.97。因此,該礦石是典型的高硫鋁土礦。礦石中主要鋁礦物為一水硬鋁石和一水軟鋁石;鋁硅酸鹽礦物類型復雜,主要有:綠泥石、高嶺石、伊利石,鐵礦物主要為黃鐵礦和菱鐵礦;鈦礦物主要為銳鈦礦和金紅石。硫礦物主要以黃鐵礦的形式存在。

表1 礦石主要化學成分 %

表2 礦石物相 %

3 試驗研究

根據礦石分析結果,該礦石屬于一水硬鋁石型高硫鋁土礦,通過磨礦細度、抑制劑用量、活化劑用量、捕收劑用量等條件試驗,采用反浮選脫硫工藝方法,研究礦石中鋁礦物與含硫礦物的分離效果。

3.1 試驗方法

本試驗采用“一次粗選一次精選一次掃選”的反浮選脫硫法進行試驗,試驗流程如圖1所示。試驗選用XFD-1.5型浮選機,浮選槽容積為1.5 L,礦漿濃度為27%,礦漿pH=9。礦漿預攪拌時間4 min,各藥劑加入后攪拌2 min,經充分攪拌和充氣,含硫礦物通過泡沫浮出。本文采用碳酸鈉作為調整劑,調整礦漿pH值=9,SNS作為抑制劑,硫酸銅作為活化劑,ZBD作為捕收劑,ZYQ作為起泡劑。

圖1 高硫鋁土礦浮選脫硫試驗工藝流程

3.2 磨礦細度試驗

礦物中的鋁礦物和脈石礦物是緊密連生在一起的,通過磨礦將鋁礦物和脈石實現分離,磨礦細度較粗,不利于礦物的解離;磨礦細度較細,容易造成過磨現象,微細粒增多,也不利于浮選進行。磨礦細度的最佳值主要取決于礦石性質,目的礦物嵌布粒度較粗時,低磨礦細度就能實現礦物的單體解離,目的礦物嵌布粒度較細時,需要高磨礦細度才能實現礦物的單體解離[6]。

磨礦細度試驗條件中,磨礦細度分別為55%、65%、75%、80%。在礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、活化劑用量50 g/t、捕收劑用量400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下進行試驗,試驗結果如圖2。

圖2 磨礦細度(-0.074 mm)對浮選指標的影響

從圖2看出,鋁精礦中硫含量隨著磨礦細度的增加而降低,說明礦石在細磨的情況下黃鐵礦與鋁礦物解離更充分,有利于黃鐵礦的分選。當磨礦細度為75%～80%時,鋁精礦中硫含量為0.22%,曲線趨于水平,說明在該磨礦細度范圍內,黃鐵礦與鋁礦物解離度較高,且磨礦細度增加會消耗更多能耗,增加生產成本。綜合鋁精礦硫含量及產率情況,磨礦細度確定為75%。

3.3 抑制劑用量試驗

為了減少鋁礦物跟隨浮選泡沫上浮,在試驗過程中加入抑制劑,抑制鋁礦物上浮。抑制劑吸附于鋁礦物表面,增強鋁礦物的親水性,不僅可以提高脫硫率,而且可以保證鋁精礦的產率,減少鋁礦物的浪費。

抑制劑用量對浮選指標影響試驗中,抑制劑用量分別為0 g/t、500 g/t、1000 g/t、1500 g/t、2000 g/t。在磨礦細度為75%,礦漿pH值為9、活化劑用量50 g/t、捕收劑用量400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下進行試驗,試驗結果如圖3。

圖3 抑制劑用量對浮選指標的影響

從圖3看出,抑制劑有利于降低鋁精礦中的硫含量,對浮選脫硫具有一定的促進作用,當抑制劑用量超過1000 g/t時,鋁精礦中硫含量的變化很小。鋁精礦產率隨著抑制劑用量的增加,產率不斷增加,當抑制劑用量超過1000 g/t時,鋁精礦產率波動很小。抑制劑在浮選過程中,對鋁礦物具有一定的抑制作用,可以提高含硫礦物與捕收劑的作用效果,增加含硫礦物的上浮率,當用量超過一定范圍后,浮選效果變化不大。綜合鋁精礦硫含量及產率情況,抑制劑用量確定為1000 g/t。

3.4 活化劑用量試驗

活化劑可以促進目的礦物和捕收劑作用,在浮選過程中提高目的礦物的上浮率,提高浮選效率。活化劑分子吸附在目的礦物表面,可以增加目的礦物表面的疏水性,易于目的礦物與泡沫接觸并上浮。

活化劑用量對浮選指標影響試驗中,活化劑用量分別為0 g/t、50 g/t、100 g/t、150 g/t。在磨礦細度為75%、礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、捕收劑400 g/t、起泡劑用量130 g/t條件下試驗,試驗結果如圖4。

圖4 活化劑用量對浮選指標的影響

從圖4看出,活化劑有利于降低鋁精礦中的硫含量控制,對浮選脫硫具有一定的促進作用,當加入活化劑用量50g/t時,鋁精礦中硫含量明顯降低。活化劑用量繼續增加時,鋁精礦中硫含量變化較小,鋁精礦產率波動也較小。活化劑在浮選脫硫過程中可以增加含硫礦物表面與捕收劑結合的電性,提高含硫礦物與捕收劑的結合率。綜合鋁精礦硫含量及產率情況,活化劑用量確定為50 g/t。

3.5 捕收劑用量試驗

捕收劑在浮選過程中,作用于目的礦物表面,增強目的礦物表面的疏水性,使目的礦物與泡沫結合上浮,達到分選的目的。

本次捕收劑用量試驗過程中,起泡劑按照捕收劑用量的1/3加入。在磨礦細度為75%、礦漿pH值為9、抑制劑用量1000 g/t、活化劑用量50 g/t條件下試驗,試驗結果如圖5。從圖5看出,隨著捕收劑用量的增加,鋁精礦中硫含量不斷降低,產率也隨之降低;當捕收劑用量超過400 g/t后,繼續增加藥劑用量,鋁精礦中硫含量降低不大,產率降低明顯,此時,起泡劑用量為130 g/t。綜合鋁精礦硫含量及產率情況,捕收劑用量為400 g/t,起泡劑用量為130 g/t。

圖5 捕收劑用量對浮選指標的影響

本文不對調整劑進行篩選和用量進行條件試驗,主要因為: ① 在酸性條件下,對設備的腐蝕性較嚴重,增加檢修成本和縮短設備使用年限;② 在強堿性條件下,礦漿粘度增加,降低藥物對目的礦物的分選性;③ 在強堿性條件下,泡沫粘度增加,泡沫上夾雜的鋁礦物較多,降低鋁精礦的產率;④ 前期經過大量的試驗對比,浮選礦漿pH值在9左右的時候,調漿藥劑用量少,且浮選指標較好;⑤ 前期經過NaOH、NaOH∶NaCO3(1∶1)、NaCO3對比試驗,試驗結果基本相同,而且使用NaOH調節礦漿pH值時,NaOH在稱量過程中,容易吸收空氣中的水份而受潮、相對成本較高且腐蝕性強。因此,本文使用NaCO3調整礦漿pH值,調漿pH值為9。

3.6 閉路試驗

在條件試驗基礎上進行閉路試驗,閉路試驗流程及參數如圖6,試驗結果如表3。由表3結果可知,閉路試驗得到硫含量0.23%,產率92.47%的鋁精礦,試驗結果較好。

圖6 閉路試驗流程

表3 閉路試驗結果

4 結 論

(1)該高硫鋁土礦通過反浮選脫硫能夠有效的降低鋁精礦中硫含量,使鋁精礦中硫含量符合氧化鋁生產要求。

(2)磨礦細度(-0.074 mm)在75%時,可以將該礦石中的鋁礦物和含硫礦物比較好的解離。細度較粗,解離不充分;細度較細,會出現細粒級團聚現象,造成礦粒與藥劑接觸不充分,影響浮選結果。

(3)本試驗高硫鋁土礦在pH為9的弱堿性條件下,抑制劑用量1000 g/t,活化劑用量50 g/t,捕收劑用量400 g/t,起泡劑用量130 g/t,通過“一次粗選一次精選一次掃選”反浮選工藝,可以得到硫含量0.23%,產率92.47%的鋁精礦。通過該工藝流程選別后,能夠有效脫除礦樣中硫含量,為氧化鋁生產提供原料。