張建強,杜五星,馬俊偉,魏兆斌

(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)

高硫鋁土礦作為氧化鋁生產的補充資源,一直應用于氧化鋁生產,部分硫含量小于1%的高硫鋁土礦以配礦形式進入氧化鋁生產。河南、貴州、重慶等地部分企業(yè)采用浮選方法進行脫硫后用于氧化鋁生產。高硫鋁土礦生產氧化鋁的應用研究已取得一定進展,其中浮選脫硫是一種針對高硫鋁土礦綜合利用行之有效且已進行產業(yè)化應用的方法[1-3]。相關調查發(fā)現,遵義及周邊地區(qū)硫含量大于4%的超高硫鋁土礦資源超過800萬噸,開采出的礦石受堆放條件影響,氧化酸化較為嚴重。通過對其進行一系列浮選脫硫試驗發(fā)現,該礦樣在酸性條件下浮選脫硫,對設備腐蝕嚴重;在堿性條件下浮選脫硫,碳酸鈉用量為30 kg/t-原礦以上時才能將礦漿pH值調至8.0～9.0,不僅浮選藥劑成本較高,同時pH調整劑用量過多時,會導致浮選泡沫發(fā)粘、夾雜嚴重,使浮選脫硫分選指標變差[4-6]。為開發(fā)利用難選超高硫鋁土礦資源和解決因礦石酸化而引起的環(huán)境問題,有必要加快開發(fā)和完善難選超高硫鋁土礦綜合利用工藝技術。

1 礦石性質研究

1.1 礦樣性質分析

本次試驗礦樣取自遵義某高硫鋁土礦礦山,為確定原礦中元素的種類、含量以及礦物組成,對其進行多元素分析和物相分析,分析結果見表1、表2。

表1 原礦多元素分析結果 %

表2 原礦物相分析結果 %

由表1可知,原礦樣品中Al2O3含量為52.86%,SiO2含量為11.91%,礦石中的硫含量為7.29%,屬于典型的超高硫鋁土礦。由表2知,礦石中有用礦物主要為一水硬鋁石,脈石礦物主要為伊利石和綠泥石等硅酸鹽礦物,硫礦物主要以黃鐵礦的形式在礦石中賦存。

1.2 礦樣粒度

為了解原礦粒度特性、硫含量的分布情況以及為后續(xù)磨礦過程中磨礦粒度的控制提供依據,對超高硫鋁土礦原礦進行粒度篩分分析,分析結果見表3。

表3 原礦粒度篩分分析結果 %

由表3可知,原礦中+5 mm和-0.023 mm的粒級占比最多,而硫的含量隨著粒級越細整體上呈現降低的趨勢。其中含量為20.07%的-0.023 mm原生礦泥為浮選脫硫獲得合格鋁精礦增加了難度。而+0.074 mm的較粗粒級中有較多的連生體,需要進行磨礦處理才能使有用礦物和脈石礦物實現單體解離。在礦漿濃度為30%時原礦的pH 值為3.5左右,礦石酸化較為嚴重。

2 結果與討論

根據超高硫鋁土礦礦石基本性質,含硫礦物黃鐵礦與含鋁礦物一水硬鋁石兩者比重差異較大,根據公式1計算可知難選超高硫鋁土礦重選脫硫的可選性系數約為2,重選脫硫可行性較強[7],本文采用重選和浮選聯(lián)合的方法對難選超高硫鋁土礦進行脫硫試驗研究。難選超高硫鋁土礦中有部分黃鐵礦的嵌布粒度較粗,經細碎或粗磨就能實現較好的解離,可用重選法處理難選超高硫鋁土礦,實現部分黃鐵礦與鋁礦物的有效分離,重選后再進行浮選脫硫,可有效消除硫酸根離子對浮選脫硫的影響,因此按圖1流程對原礦進行篩分破碎處理得到原生礦泥和篩分后礦石。

圖1 原礦篩分破碎流程圖

(1)

式中:E——重選可選性系數;

δ2——重礦物比重;

δ1——輕礦物比重;

ρ——分選介質密度。

2.1 搖床重選脫硫試驗

2.1.1 磨礦方式試驗

搖床是分選細粒級物料時應用最為廣泛的一種重力選礦設備,其具有分選精度高、富集比大,能夠一次就分選出高品位精礦和中礦以及尾礦產物的優(yōu)點[8]。根據條件試驗,采用兩段搖床對提高硫礦物脫除率比較有利,搖床重選是在保證不產生大量次生礦泥的前提下盡可能的脫除鋁土礦中的含硫礦物,因此在礦石磨礦細度-0.074 mm含量為50.00%時,按圖2所示流程進行球磨和棒磨兩種磨礦方式試驗,試驗結果見表4。

圖2 搖床重選條件試驗流程圖

由表4可知,在礦石磨礦細度-0.074 mm為50.00%時,球磨和棒磨后的礦漿經搖床重選后均能獲得高品質的硫精礦,但棒磨后的重選鋁精礦硫含量相對較低,且硫的累計脫除率達到了57.79%,高于球磨的43.95%,同時棒磨產生的次生礦泥更少。鑒于棒磨介質的線接觸相較于點接觸的球磨,在產品粒度均勻性、磨礦能耗等方面更有優(yōu)勢[9]。綜合考慮,確定采用棒磨作為搖床重選的磨礦方式。

表4 不同磨礦方式搖床重選試驗結果 %

2.1.2 磨礦細度試驗

合理的磨礦細度不僅對搖床重選的工藝指標具有重要影響,還影響到后續(xù)礦石的浮選脫硫以及精礦產品的沉降性能。為獲得較好搖床重選指標,在一段沖程為9 mm,二段沖程為7 mm,一段搖床的床面坡度為5°,二段搖床的床面坡度為4°時,按圖2流程進行磨礦細度試驗,試驗結果見圖3。

圖3 搖床重選磨礦細度試驗結果

由圖3可知,隨著棒磨機磨礦細度的不斷增加,硫精礦的硫脫除率先提升后降低,而次生礦泥的產生量一直不斷增加,當棒磨機的磨礦細度-0.074 mm含量為45.00%時,兩段搖床重選脫硫的分選指標較好,此時兩段搖床的硫脫除率為63.79%,重選鋁精礦的硫含量為3.16%,因此確定磨礦細度-0.074 mm含量為45.00%。

2.1.3 搖床坡度試驗

為取得較好搖床重選脫硫效果,開展了一段搖床、二段搖床的最佳參數試驗研究。主要考察搖床坡度對搖床重選脫硫指標的影響,在磨礦細度為-0.074 mm含量為45.00%、一段沖程為9 mm、二段沖程為7 mm的條件下,按圖2所示流程考察床面坡度對搖床分選指標的影響,試驗結果見圖4。

由圖4試驗結果可知,一段搖床和二段搖床硫的脫除率均隨著床面坡度的升高呈先升高后降低趨勢,當一段搖床的床面坡度為5°、二段搖床的床面坡度為4°時搖床重選脫硫指標最好。因此確定一段搖床的床面坡度為5°,二段搖床的床面坡度為4°。

圖4 搖床重選搖床坡度試驗結果

2.2 原生礦泥浮選脫硫試驗

2.2.1 活化劑用量試驗

由于原礦酸化較為嚴重,篩分后的原生礦泥pH值約為3.5,如果將pH值調節(jié)到堿性條件需要消耗較多的碳酸鈉,增加選礦成本的同時還會導致浮選泡沫發(fā)粘、惡化浮選脫硫指標等問題。根據相關文獻可知,黃鐵礦的表面狀態(tài)與礦漿pH值有關,在酸性介質中其表面可能發(fā)生FeS2→FeS+S的反應,提高自身氧化電位從而提高自身的可浮性[10],本次試驗直接在自然pH條件下進行浮選脫硫,活化劑硫酸銅在浮選體系通過提高黃鐵礦表面自身的氧化電位和溶解吸附在黃鐵礦表面的親水性物質,使黃鐵礦表面疏水性增大以提高可浮性[11]。為獲得原生礦泥最佳的脫硫效果,按圖5所示流程考察活化劑硫酸銅用量對原生礦泥浮選脫硫的影響,試驗結果見圖6。

圖5 原生礦泥試驗流程圖

由圖6可知,隨著硫酸銅用量的不斷增加,鋁精礦的硫含量逐漸降低,而硫精礦的硫含量先增高后降低。當硫酸銅用量為50 g/t時,硫精礦的硫含量最高,此時鋁精礦的硫含量為0.43%,隨著硫酸銅用量的繼續(xù)增加,鋁精礦硫含量降低較少。綜合考慮鋁精礦硫含量、硫精礦硫含量和浮選成本確定原生礦泥活化劑的用量為50 g/t。

圖6 原生礦泥活化劑用量試驗結果

2.2.2 捕收劑種類試驗

在浮選體系中捕收劑與黃鐵礦表面裸露的化學鍵發(fā)生化學系吸附,從而提高黃鐵礦的可浮性,進而達到與鋁礦物浮選分離的目的,捕收劑種類的選擇對浮選脫硫指標至關重要[12]。在自然pH值,活化劑CuSO4用量為50 g/t的條件下,按圖5所示流程進行原生礦泥脫硫捕收劑種類試驗研究,試驗結果見圖7。

圖7 原生礦泥捕收劑種類試驗結果

由圖7可知,在硫精礦硫含量相差不大的情況下,通過對比鋁精礦的硫含量,發(fā)現丁基黃藥比38#黃藥,丙基黃藥、乙基黃藥的脫硫效果都好,所以采用丁基黃藥作為原生礦泥脫硫的捕收劑。

2.2.3 原生礦泥閉路試驗

在原生礦泥條件試驗的基礎上,為了考察閉路流程的可靠性和可行性,按圖8所示流程進行原生礦泥“一粗二精三掃”的脫硫閉路試驗,試驗結果見表5。

圖8 原生礦泥閉路試驗流程圖

由表5原生礦泥閉路試驗結果可知,原生礦泥經過“一粗二精三掃”的閉路浮選試驗后,可以得到產率為93.35%、硫含量為0.61%的鋁精礦以及硫含量為22.22%的硫精礦。

表5 原生礦泥閉路試驗結果 %

2.3 重選鋁精礦浮選脫硫試驗

處理后礦石經過搖床分選后除得到硫精礦以外,還得到硫含量分別為5.06%、3.16%的次生礦泥與重選鋁精礦,兩者的硫含量均大于3%,為得到合格的鋁精礦必須進行浮選脫硫處理,按圖9所示流程進行硫含量為3.16%的重選鋁精礦的“一粗二精三掃”閉路試驗,試驗結果見表6。

圖9 重選鋁精礦閉路浮選試驗流程圖

由表6閉路試驗結果可知,重選鋁精礦經過“一粗二精三掃”的閉路流程處理后,可以得到產率為9.15%、硫含量為32.71%的硫精礦以及產率為90.85%、硫含量為0.18%的鋁精礦,鋁精礦硫含量較低,可以滿足氧化鋁生產原料要求。

表6 重選鋁精礦閉路浮選試驗結果 %

2.4 次生礦泥浮選脫硫試驗

為了得到合格鋁精礦,按圖10所示流程對硫含量為5.06%的次生礦泥進行“一粗二精三掃”的脫硫閉路試驗,試驗結果見表7。

圖10 次生礦泥閉路試驗流程圖

表7 次生礦泥閉路試驗結果 %

由表7可知,次生礦泥經過“一粗二精三掃”的閉路浮選試驗后,可以得到產率為83.11%、硫含量為0.53%的鋁精礦以及硫含量為27.36%的硫精礦。

2.5 全流程試驗

在搖床重選、重選鋁精浮選以及原生礦泥浮選條件試驗的基礎上按照圖11進行全流程閉路試驗,試驗結果見表8。

表8 超高硫鋁土礦重浮聯(lián)合全流程試驗結果 %

圖11 超高硫鋁土礦重浮聯(lián)合全流程試驗圖

由表8可知,難選超高硫鋁土礦原礦經全流程處理后,將各流程得到的硫精礦和鋁精礦分別合并后,可以得到產率為80.60%、硫含量為0.40%的綜合鋁精礦以及產率為19.40%、硫含量為35.05%的綜合硫精礦,取得了較好的脫硫指標,鋁精礦硫含量較低,可以滿足氧化鋁生產原料要求,實現了超高硫鋁土礦的綜合利用。

3 結 論

(1)遵義某超高硫鋁土礦原礦Al2O3含量為52.86%,SiO2含量為11.91%,硫含量為7.29%;有用礦物為一水硬鋁石,主要含硫礦物為黃鐵礦,礦樣中黃鐵礦與其它礦物的嵌布關系較為復雜,并且礦石酸化程度較嚴重,為難選超高硫鋁土礦。

(2)針對硫含量為7.29%的難選超高硫鋁土礦,通過采用“原礦分級脫泥+重浮聯(lián)合脫硫”全流程閉路試驗,可以獲得產率為80.60%、硫含量為0.40%的綜合鋁精礦以及硫含量為35.94%的綜合硫精礦,鋁精礦硫含量較低,可以滿足氧化鋁生產原料要求,實現了超高硫鋁土礦的綜合利用。

(3)難選超高硫鋁土礦重浮聯(lián)合脫硫關鍵工藝技術的成功開發(fā),不僅能解決難選超高硫鋁土礦的綜合利用難題,緩解氧化鋁企業(yè)現有供礦危機,而且還解決了因礦石堆場酸化而產生的環(huán)境問題,具有較好的經濟效益和環(huán)境效益。