張 碩，張凱熙，刁朝蕾，葛陽(yáng)陽(yáng)，曹月明

(1.河北省地礦中心實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071051；2.河北科技學(xué)院，河北 保定 071051)

0 引 言

鋁土礦的應(yīng)用領(lǐng)域有金屬和非金屬兩個(gè)方面，金屬領(lǐng)域主要作為生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料，其用量占世界鋁土礦總產(chǎn)量的90%以上；非金屬領(lǐng)域的應(yīng)用則是作研磨材料、耐火材料、化學(xué)制品及高鋁水泥的原料[1]。世界上采用拜爾法生產(chǎn)的氧化鋁約有90%，該方法的直接能耗與間接能耗都比燒結(jié)法和聯(lián)合法低，但拜爾法生產(chǎn)氧化鋁要求鋁土礦原料的鋁硅比在8以上，而我國(guó)75%以上的鋁土礦鋁硅比在7以下[2]。這就需要通過選礦工藝脫硅而提高鋁土礦的鋁硅比，滿足拜爾法的原料需求，從而達(dá)到提高資源利用率的目的。目前，國(guó)內(nèi)多采用浮選脫硅的工藝提高鋁土礦鋁硅比[3]。馮運(yùn)偉等[4]對(duì)河南平頂山地區(qū)鋁硅比4.7的低品位鋁土礦進(jìn)行了浮選脫硅試驗(yàn)研究，添加浮選分散劑Na2CO3、抑制劑偏磷酸鹽組合PL和組合捕收劑CUB，通過“兩粗兩精一掃”的浮選流程，可實(shí)現(xiàn)該低鋁硅比鋁土礦的脫硅富集，最終浮選產(chǎn)品精礦指標(biāo)為鋁硅比8.73，產(chǎn)率69.50%，回收率78.10%。

本文針對(duì)山東某低鋁硅比鋁土礦礦石性質(zhì)特點(diǎn)，采用常規(guī)的磁選除鐵以及浮選脫硅的工藝，提高精礦鋁硅比，降低鐵含量，滿足拜耳法生產(chǎn)工藝對(duì)原料的要求。

1 試樣性質(zhì)

試樣為山東某低鋁硅比鋁土礦，鋁硅比為3.18。原礦中含鋁礦物主要是一水硬鋁石和一水軟鋁石，含硅礦物主要為高嶺石、石英、伊利石、綠泥石和地開石，含鐵礦物主要為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和磁黃鐵礦。此外還有少量的正長(zhǎng)石、方解石和黃鐵礦。原礦化學(xué)成分分析見表1，礦石的含量組成見表2。

礦物工藝學(xué)的研究表明，礦石中的鋁礦物主要為一水硬鋁石、少量的一水軟鋁石。其中以一水硬鋁石狀態(tài)存在的鋁占76.35%，以一水軟鋁石狀態(tài)存在的鋁占3.51%，以鋁硅酸鹽狀態(tài)存在的鋁占20.14%。該鋁土礦的選礦難點(diǎn)是將一水硬鋁石和一水軟鋁石有效的富集，將鋁硅酸鹽礦物有效的脫除，同時(shí)降低精礦中鐵的含量。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 90%的條件下，對(duì)磨礦試驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行了篩析和粒級(jí)金屬分布測(cè)定，結(jié)果見表3。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果

注：*無(wú)單位。

表2 礦石中礦物的組成及含量

表3 -0.074 mm 90%的磨礦產(chǎn)物粒級(jí)金屬分布測(cè)定

注：*無(wú)單位。

從表3結(jié)果看出，該低鋁硅比鋁土礦嵌布粒度較細(xì)，硅含量高，故粗顆粒的相對(duì)富集程度不大。因此，沒有進(jìn)行選擇性磨礦作業(yè)預(yù)先分選試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)藥劑，設(shè)備及方法

2.1 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)所用藥劑包括pH值調(diào)整劑碳酸鈉(分析純)、抑制劑六偏磷酸鈉(分析純)和捕收劑油酸鈉(分析純)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括XTLZΦ260/Φ200多用真空過濾機(jī)，XMQ-67錐形球磨機(jī)，XFD單槽式浮選機(jī)，SLON-500立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，鼓式磁選機(jī)等。

試驗(yàn)方法包括磁選條件試驗(yàn)，粗選條件試驗(yàn)，精選抑制劑用量試驗(yàn)，閉路試驗(yàn)。

3 選礦試驗(yàn)

試驗(yàn)中鋁土礦浮選采用油酸鈉為捕收劑，六偏磷酸鈉為抑制劑和礦漿分散劑，Na2CO3為pH值調(diào)整劑，采用弱磁-強(qiáng)磁-浮選的工藝流程，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2×105A/m，強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為9.6×105A/m，其工藝流程見圖1。

圖1 試驗(yàn)工藝流程

3.1 磁選條件試驗(yàn)

3.1.1 弱磁選磁場(chǎng)條件試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-0.074 mm 94.55%的條件下，進(jìn)行弱磁選磁場(chǎng)條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究結(jié)果

由圖2可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，精礦鋁品位逐漸升高，鋁回收率逐漸降低。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度由1.2×105A/m增加到1.4×105A/m之后，鋁品位由56.94%上升至57.18%，上升平緩，回收率則由90.47%下降至86.59%，下降明顯。綜合考慮，確定弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度1.2×105A/m。

3.1.2 強(qiáng)磁選磁場(chǎng)條件試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 94.55%，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2×105A/m的條件下，進(jìn)行強(qiáng)磁選磁場(chǎng)條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，精礦鋁品位逐漸升高，鋁回收率逐漸降低。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度由9.6×105A/m增加到12.8×105A/m之后，鋁品位由57.90%上升至58.83%，回收率則由80.39%下降至72.19%，下降明顯。綜合考慮，確定弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度9.6×105A/m。

3.2 粗選條件試驗(yàn)

3.2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為了獲得最佳磨礦細(xì)度，分別進(jìn)行了磨礦細(xì)度-0.074 mm占比為68.16%、78.55%、84.60%、90.46%、94.55%、98.60%條件下的浮選試驗(yàn)。碳酸鈉用量為3 500 g/t，六偏磷酸鈉用量為40 g/t，油酸鈉用量為1 200 g/t，礦漿pH值為9。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖3 強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究結(jié)果

圖4 磨礦細(xì)度浮選試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦回收率和鋁硅比逐漸升高，當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm 94.55%時(shí)，鋁硅比達(dá)到最高4.58，之后呈下降趨勢(shì)。綜合考慮確定鋁土礦粗選磨礦細(xì)度為-0.074 mm 94.55%。

3.2.2 粗選礦漿pH值試驗(yàn)

確定捕收劑用量為1 200 g/t，六偏磷酸鈉用量為40 g/t，進(jìn)行pH值調(diào)整劑Na2CO3用量試驗(yàn)，考察不同pH值條件下鋁土礦的選礦指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著礦漿pH值的增加，精礦鋁回收率逐漸降低，鋁硅比逐漸升高。當(dāng)?shù)V漿pH值超過9，精礦鋁回收率由66.77%下降至59.38%，下降明顯。綜合考慮鋁土礦的選礦指標(biāo)，確定礦漿pH值為9，此時(shí)Na2CO3用量為3 500 g/t。

3.2.3 捕收劑用量試驗(yàn)

試驗(yàn)研究選取油酸鈉作為鋁土礦的捕收劑。調(diào)節(jié)礦漿pH值為9，六偏磷酸鈉用量為40 g/t，進(jìn)行了捕收劑用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖5 礦漿pH值試驗(yàn)研究結(jié)果

圖6 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知，隨著捕收劑油酸鈉用量的增加，精礦鋁回收率逐漸降低，硅鋁比逐漸升高。當(dāng)油酸鈉用量超過1 200 g/t之后，精礦鋁回收率由66.77%下降至62.48%，下降明顯。為保證精礦適宜的鋁硅比及回收率，確定捕收劑油酸鈉用量為1 200 g/t。

3.3 精選抑制劑用量試驗(yàn)

鋁土礦浮選試驗(yàn)采用“一粗一精”的選礦工藝流程。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)精選流程中，六偏磷酸鈉用量對(duì)精礦的選礦指標(biāo)影響較大，因此進(jìn)行精選六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)。粗選油酸鈉用量為1 200 g/t,六偏磷酸鈉用量為40 g/t，碳酸鈉用量保持粗選和精選的礦漿pH值均為9。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

由圖7可知，隨著六偏磷酸鈉用量增加，精礦鋁回收率下降幅度加大，鋁硅比先呈上升趨勢(shì)，當(dāng)六偏磷酸鈉用量超過10 g/t之后，精礦鋁回收率由58.16%下降至55.65%，同樣鋁硅比則由9.10下降至8.69。六偏磷酸鈉不僅對(duì)硅酸鹽有抑制作用，對(duì)一水硬鋁石也有較強(qiáng)的抑制作用，低用量時(shí)對(duì)于硅酸鹽的抑制作用要高于對(duì)一水硬鋁石的抑制作用。綜合考慮，確定精選流程中六偏磷酸鈉的用量為10 g/t。

3.4 閉路試驗(yàn)流程

在確定了浮選試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了弱磁-強(qiáng)磁-浮選閉路流程試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖7 精選六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果

產(chǎn)率/%品位/%回收率/%Al2O3SiO2Fe2O3Al2O3SiO2Fe2O3A/S精礦55.6962.476.912.1562.7422.1012.289.04尾礦21.3045.9542.626.4017.6552.1113.991.08磁性礦物23.0147.2719.5331.2119.6125.7973.732.42合計(jì)100.0055.4517.429.74100.00100.00100.003.18

由表4結(jié)果可知，采用“弱磁-強(qiáng)磁-浮選”工藝流程得到的最終精礦產(chǎn)品鋁硅比為9.04，鋁品位為62.47%，回收率為62.74%，硅品位為6.91%，鐵品位為2.15%，精礦產(chǎn)品質(zhì)量品級(jí)為Ⅱ級(jí)品(Al2O3>50% A/S>9)。

圖8 弱磁-強(qiáng)磁-浮選閉路流程

4 結(jié) 論

1) 鋁土礦中的鋁礦物主要以一水硬鋁石形式存在，同時(shí)也存在少量的一水軟鋁石，通過磁選-浮選的選礦流程，精礦鋁硅比以及精礦中鋁的含量已達(dá)到鋁土礦Ⅱ級(jí)品質(zhì)量要求，可作為拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的原料。

2) 根據(jù)礦石的性質(zhì)特征，采用“弱磁-強(qiáng)磁-浮選”的工藝流程，最終精礦產(chǎn)品鋁硅比為9.04，鋁品位為62.47%，回收率為62.74%，硅品位為6.91%，鐵品位為2.15%，產(chǎn)品指標(biāo)良好。

3) 試樣嵌布粒度較細(xì)，硅含量高，粗顆粒的相對(duì)富集程度不大，因此，沒有進(jìn)行選擇性磨礦作業(yè)預(yù)先分選試驗(yàn)研究。試驗(yàn)確定的磨礦細(xì)度較高，造成在磁選和浮選流程中，微細(xì)粒級(jí)的鋁土礦隨脈石礦物選出，造成最終精礦產(chǎn)品鋁回收率較低。

[1] 中國(guó)礦業(yè)氧吧之十七 鋁土礦[J].資源與人居環(huán)境,2007(17):22-25.

[2] 王鵬.復(fù)合力場(chǎng)分選低品位鋁土礦的試驗(yàn)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué),2008.

[3] 劉水紅,方啟學(xué).鋁土礦選礦脫硅技術(shù)研究現(xiàn)狀述評(píng)[J].礦冶,2004,13(4):24-29.

[4] 馮運(yùn)偉,鄧海波,陳興華,等.平頂山低鋁硅比鋁土礦選礦脫硅試驗(yàn)研究[J].輕金屬,2015(7):4-8.