山西岢岚铝土矿选矿试验研究

2015-09-07郭珍旭刘长淼

中国矿业 2015年11期

张坤，郭珍旭，方霖，卫敏，刘长淼

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南郑州450006）

我国铝土矿资源主要为沉积型一水硬铝石型铝土矿，矿石特点是铝、硅含量高，铝硅比较低，且贫矿资源比重较大，截至2008年底，我国铝土矿保有资源储量30.56亿t，其中铝硅比在3～7间的贫矿保有资源储量为13.18亿t，约占43%，铝硅比小于9的矿石占81.38%［1－2］。为了有效利用我国大量的中低品位的铝土矿，常用的办法是采用选冶联合方法，即通过选矿的方法预先脱除部分硅质脉石以提高铝硅比，再采取先进的拜耳法（或石灰拜耳法）工艺生产氧化铝，经改良的石灰拜耳法对原料铝硅比的要求可下降至7左右，大大降低了铝土矿选矿的难度［3－4］。

一水硬铝石型铝土矿中有用矿物一水硬铝石的硬度较大，比较难磨；脉石矿物以铝硅酸盐矿物为主，硬度小，易泥化［5］，因此采用选择性磨矿的方法可以预先分离出一部分高铝硅比的精矿。目前对于细粒级铝土矿降硅提铝的主要方法是浮选脱硅，其中正浮选应用最广［5－7］。采用选择性磨矿，可以获得粗粒的铝土矿精矿，不仅满足了氧化铝冶金工业对原料粒度的要求，而且提高了生产效率，降低了成本，消除或者减少了粗粒级沉槽现象，再结合正浮选脱硅工艺，强化对细粒铝土矿的回收，可以取得较好的综合效果［5－6］。

山西岢岚铝土矿品位较低，但储量丰富，开发利用潜力较大。笔者以山西岢岚低品位铝土矿为研究对象，经过多种实验方案探索研究，以期为该铝土矿的开发利用提供技术支撑。

1 原矿性质

原矿的主要化学成分分析结果见表1，矿石中主要矿物组成与含量见表2，原矿（－2mm）粒度筛析结果见表3。

表1 原矿化学分析结果／%

表2 矿石中主要矿物组成与含量／%

表3 原矿筛析各粒级化学分析结果／%

由表1可知，原矿中主要有用元素为铝，杂质元素以硅、钛、硫、铁为主。由表2可知，主要有用矿物为一水硬铝石，主要含硅脉石矿物为高岭石、伊利石、石英等。矿石中硅、铝含量较高，因此该矿主要选矿工作内容是降硅、提高铝硅比。由表3可知，该矿样的中间粒级（0.15～0.074mm）含量较少，主要集中在粗粒级和细粒级。由各粒级的化学分析结果可知，粗粒级样品的铝硅比较高，说明该铝土矿存在选择性磨矿获取粗粒精矿的可能，选择合适的磨矿方式，将有助于获得一部分铝硅比较高的粗粒级精矿。

2 选矿试验研究

根据原矿性质的研究结果，拟通过选择性磨矿预先富集粗粒级精矿，然后对细粒级的铝土矿则采用正浮选的方法加以分离。

2.1 选择性磨矿实验

2.1.1 磨矿时间条件试验

为了探究选择性磨矿对该铝土矿的分选效果，首先考察了不同磨矿时间下铝土矿的磨矿效果。试验中磨矿浓度控制为66.7%，磨矿时间分别控制为5min、7min、8min和10min，对磨矿产品进行筛分分级，粒度控制为0.1mm，磨矿时间对＋0.1mm粒级产品的铝硅比和氧化铝回收率的影响如图1所示。

图1 磨矿时间对＋0.1mm产品铝硅比和氧化铝回收率的影响关系

由图1可知，随着磨矿时间的增加，＋0.1mm粒级的氧化铝回收率从50.67%下降到35.50%，铝硅比则从7.69提高到9.34，磨矿产品中的粗粒产品（＋0.1mm）的氧化铝回收率较高，粗粒产品的铝硅比有很大提高。当磨矿时间为8min时，＋0.1mm粒级氧化铝回收率为44.24%，铝硅比为8.76，达到了拜耳法生产氧化铝合格精矿的标准，因此确定磨矿时间为8min。

2.1.2 磨矿浓度条件试验

在上述试验结果的基础上，继续考察了不同磨矿浓度对该铝土矿的磨矿效果。磨矿浓度分别控制为54.5%、60%、66.7%和70.5%。不同磨矿浓度对＋0.1mm磨矿产品的铝硅比和氧化铝回收率的影响见图2。

由图2可知，随着磨矿浓度的增加，磨矿产品中＋0.1mm粒级产品的氧化铝回收率增大，但铝硅比则先增加后减小。当磨矿浓度分别为66.7%和70%时，均可获得铝硅比大于8，氧化铝回收率大于40%的合格粗精矿，而当浓度为66.7%时的铝硅比稍高一些，因此选择磨矿浓度为66.7%较为适宜。综上所述，确定磨矿时间为8min，磨矿浓度为66.7%，此时磨矿细度－0.1mm含量62.67%。

2.2 铝土矿正浮选试验

在选择性磨矿的基础上，采用自制的改性捕收剂ZMC－3，在磨矿细度－0.1mm含量62.67%的条件下，进行－0.1mm级别样品的浮选条件试验。

2.2.1 粗选捕收剂种类探索试验

正浮选法是铝土矿物理选矿的主要方法之一［5－7］。试验中采用正浮选方法，探索不同捕收剂油酸、ZMC－3和ZMC－8对细粒级铝土矿的浮选效果。其中ZMC－3和ZMC－8为各种植物油酸的改性产物。浮选试验流程及工艺条件见图3，试验结果见图4。

图2 磨矿浓度对＋0.1mm产品铝硅比和氧化铝回收率的影响关系

图3 粗选捕收剂种类探索试验流程

由图4可知，当新型捕收剂ZMC－3的用量为800g／t时，只经过一道粗选，精矿的铝硅比就可以达到8以上，回收率为35.99%，说明新型捕收剂ZMC－3的浮选效果最好，而且可以兼顾精矿铝硅比和回收率。因此，确定ZMC－3为后续试验的捕收剂。

2.2.2 粗选捕收剂ZMC－3用量试验

在上述实验的基础上，为了考察捕收剂ZMC－3用量对选别指标的影响，开展ZMC－3用量试验，试验结果见图5。

图4 粗选捕收剂种类探索试验结果

图5 粗选捕收剂ZMC－3用量对精矿产品铝硅比及氧化铝回收率的影响

由图5可知，随着新型捕收剂ZMC－3用量的增加，氧化铝回收率逐渐增加，而铝硅比却在逐渐下降。当ZMC－3用量分别为700g／t和800g／t时，粗精矿铝硅比都大于8，满足石灰拜耳法的精矿要求，而当其用量增大到1000g／t时，粗精矿铝硅比下降到6.88，降幅十分明显。兼顾考虑氧化铝的回收率，故选择粗选捕收剂ZMC－3的用量为800g／t。

2.2.3 调整剂选择试验

在铝土矿正浮选体系中，调整剂的选择十分重要，常用的调整剂有六偏磷酸钠和水玻璃［8－9］。本实验在磨矿细度－0.1mm含量62.67%，粗选捕收剂ZMC－3为800g／t的条件下，探索常用的调整剂六偏磷酸钠和水玻璃以及一种新型调整剂ZMD－1对此铝土矿浮选效果的影响，试验结果见图6。

由图6实验结果可知，采用水玻璃可以在回收率差别不大的情况下，获得铝硅比9.09的精矿，远远优于另外两个指标。因此，选用水玻璃为调整剂，初步确定用量为800g／t。

2.2.4 正浮选闭路试验

在以上各试验因素最佳条件的基础上，进行大量的探索试验，最终确定如图7所示的全闭路流程试验，试验结果见表4。

图6 调整剂选择试验结果

表4 闭路试验结果

图7 闭路试验流程图

由闭路试验的结果可知，粗粒级精矿产品的氧化铝品位为55.35%，二氧化硅品位为6.65%，铝硅比为8.32，氧化铝回收率为43.50%；浮选精矿的氧化铝品位为61.27%，二氧化硅品位为5.48%，铝硅比为11.18，氧化铝回收率为29.10%；混合精矿产品的氧化铝品位为57.58%，二氧化硅品位为6.21%，铝硅比可达9.27，氧化铝总回收率为72.60%。