贵州某高硫铝土矿反浮选脱硫试验

杨 卓 刘如明 张治华 陈兴华 赖祥生

(1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083；2.河南有色汇源铝业有限公司，河南 平顶山 467311；3.平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司，河南 平顶山 467100)

铝土矿是指以一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石为主要矿物所组成的矿石的统称，是生产金属铝的最佳原料[1]。据统计，近几年来我国铝土矿储量稳定，基本维持在10亿t左右，我国氧化铝产量逐年增加，到2015年已经增至近6 000万t[2]。我国虽然铝土矿储量依旧丰富，但我国现查明的铝土矿大多是以一水硬铝石为主的中低品位铝土矿，飞速发展的铝工业对铝土矿资源的消耗急剧增加，使得我国优质铝土矿资源严重短缺，极大地限制了铝工业的发展[3]。

随着对铝土矿资源需求的增大，如何高效利用高硫铝土矿等难选铝土矿资源对我国铝工业的发展尤为重要。高硫铝土矿是铝工业重要的潜在可利用资源，根据近几年各省地质部门资料统计，我国已探明的高硫铝土矿储量超过8亿t，远景储量约20亿t，主要分布在山东、贵州、重庆、河南等省份[4]。拜耳法生产氧化铝工艺一般要求矿石含硫量低于0.7%，矿石含硫量太高对拜耳法生产氧化铝会带来很大的影响，比如溶液中的硫化物会腐蚀设备，降低蒸发效率等，严重时会致使氧化铝生产系统无法顺利操作，中断整个生产过程[5]。因此在采用拜耳法生产氧化铝之前，对高硫铝土矿进行预先脱硫是极为必要的。根据不同铝土矿工艺矿物学的不同，铝土矿脱硫的方法有化学法脱硫、微生物法脱硫、烧结法脱硫和浮选法脱硫等[6]。其中有关浮选法脱硫的研究相对较多，浮选法脱硫环境污染小、设备成本低和资源回收利用率高，有较好的应用前景[6-7]。本试验对贵州某高硫铝土矿进行反浮选脱硫工艺流程试验，为该高硫铝土矿脱硫工艺流程确定提供依据。

1 试验矿样

试验矿样取自贵州某铝土矿区，原矿破碎至-2 mm，作为试验用样。对矿石分别进行化学组成和矿物组成分析，结果见表1、表2。

表1 矿石化学组成分析结果Table 1 Chemical composition analysis result of the ore %

表2 矿石矿物组成分析结果Table 2 Mineral composition analysis result of the ore %

由表1、表2可知，矿石含铝、含硫、含铁较高，铝硅比较高，为11.54。主要有用矿物为一水硬铝石，脉石矿物主要为伊利石与高岭石，含铁矿物主要为黄铁矿，属于典型的高品位一水硬铝石型高硫铝土矿。

2 试验结果及讨论

2.1 粗选条件试验

综合考虑原矿性质及生产成本，确定采用反浮选工艺流程进行脱硫试验，反浮粗选条件试验流程见图1。

图1 粗选条件试验流程Fig.1 Rough conditions flotation test process

2.1.1 磨矿细度试验

对中低品位的矿石而言，适宜的磨矿细度至关重要。不同的磨矿细度影响矿石的单体解离度，决定着后续的反浮选试验能否有效脱硫，进而影响最终产品的质量[8]。将矿石磨细到-0.074 mm含量分别为75%、80%、85%、90%，在碳酸钠调矿浆pH为8.5，硫酸铜用量为100 g/t，改性淀粉用量为100 g/t，丁基黄药用量为100 g/t条件下进行试验，结果见图2。

图2 磨矿细度对粗精矿指标的影响Fig.2 Effect of grinding fineness on rough concentrate index●—含硫量；■—脱硫率

由图2可知，随着磨矿细度的增加，物料粒度变细，粗精矿含硫量先减后增，脱硫率变化不明显；当磨矿细度为-0.074 mm占85%时，粗精矿含硫量最低。综合考虑，确定磨矿细度为0.074 mm占85%。

2.1.2 矿浆pH试验

矿浆pH值的大小直接影响矿物表面的亲水性和电位，从而影响浮选效果[9]。在磨矿细度为 -0.074 mm占85%，碳酸钠调矿浆pH分别为7.5、8.0、8.5、9.0，硫酸铜用量为100 g/t、改性淀粉用量为100 g/t、丁基黄药用量为100 g/t条件下进行试验，结果见图3。

图3 pH对粗精矿指标的影响Fig.3 Effect of pH on rough concentrate index●—含硫量；■—脱硫率

由图3可知：随着碳酸钠用量的增加，矿浆pH升高，粗精矿含硫量先减后增，脱硫率先增后减；当矿浆pH为8.5时，粗精矿含硫量最低，且硫脱率最高。综合考虑，确定矿浆pH为8.5，此时碳酸钠用量为4 kg/t。

2.1.3 捕收剂选择及用量试验

选择高效浮选捕收剂是获得较好浮选指标的有效途径，黄药类捕收剂对于硫化矿物特别敏感，在高硫铝土矿的反浮选中起到至关重要的作用[10-11]。在磨矿细度为-0.074 mm占85%，碳酸钠调矿浆pH为8.5，硫酸铜用量为100 g/t，改性淀粉用量为100 g/t时，分别以乙基黄药、丙基黄药、丁基黄药、戊基黄药为捕收剂(用量均为100 g/t)进行试验，结果见图4。

图4 捕收剂种类对粗精矿指标的影响Fig.4 Effect of collector's type on rough concentrate index

由图4可知，以丁基黄药为捕收剂时，获得的粗精矿含硫量最低，且脱硫率最高。因此，确定丁基黄药为脱硫捕收剂。

在磨矿细度为-0.074 mm占85%，碳酸钠调矿浆pH为8.5，硫酸铜用量为100 g/t，改性淀粉用量为100 g/t，丁基黄药用量分别为100、150、200、250 g/t条件下进行试验，结果见图5。

图5 丁基黄药用量对粗精矿指标的影响Fig.5 Effect of butyl xanthate dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脱硫率

由图5可知：随着丁基黄药用量的增加，粗精矿含硫量逐渐下降，脱硫率逐渐升高；当丁基黄药用量大于150 g/t时，粗精矿含硫量和脱硫率均随丁基黄药用量增加变化不明显，继续增加丁基黄药的用量对浮选脱硫意义不大。综合考虑，确定丁基黄药用量为150 g/t。

2.1.4 硫酸铜用量试验

硫酸铜水解生成的硫酸根离子可溶解氢氧化铁薄膜，铜离子可附着到黄铁矿表面，增强其表面活性，从而使捕收剂在黄铁矿表面的吸附能力增加，起到活化浮选的作用[12]。在磨矿细度为-0.074 mm占85%，碳酸钠调矿浆pH为8.5，改性淀粉用量为100 g/t，丁基黄药用量为150 g/t，硫酸铜用量分别为0、50、100、150 g/t条件下进行试验，结果见图6。

图6 硫酸铜用量对粗精矿指标的影响Fig.6 Effect of butyl copper sulfate dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脱硫率

由图6可知，随着硫酸铜用量的增加，粗精矿含硫量先降低后小幅升高，脱硫率逐渐升高。综合考虑，确定硫酸铜用量为100 g/t。

2.1.5 改性淀粉用量试验

改性淀粉引进了更多的极性基团，提高了其溶解度，且有较强的吸附作用，可以吸附在一水硬铝石的表面，增强其表面亲水性，从而对一水硬铝石起到抑制作用[12]。在磨矿细度为-0.074 mm占85%，碳酸钠调矿浆pH为8.5，硫酸铜用量为100 g/t，丁基黄药用量为150 g/t，改性淀粉用量分别为0、50、100、150 g/t条件下进行试验，结果见图7。

图7 改性淀粉用量对粗精矿指标的影响Fig.7 Effect of modified starch dosage on rough concentrate index●—含硫量；■—脱硫率

由图7可知，随着改性淀粉用量的增加，粗精矿含硫量小幅降低，脱硫率小幅增加。综合考虑，确定改性淀粉用量为100 g/t。

2.2 全流程开路试验

根据条件试验结果确定的参数，按图8所示流程进行全流程开路试验，开路试验结果见表3。

由表3可知，开路试验得到的铝精矿的含硫量可以降低到0.21%，硫尾矿的含硫量可以达到31.76%，精矿产率为68.60%，氧化铝回收率为80.58%，硫尾矿硫回收率高达92.67%。为了提高精矿中氧化铝的回收率，达到更好的除硫效果，后续的全流程闭路试验再多进行1次扫选，同时中矿1和中矿2产品合并返回粗选。

图8 开路试验流程Fig.8 Open-circuit test process

表3 开路试验结果Table 3 Results of open-circuit test %

2.3 全流程闭路试验

在开路试验结果的基础上，按图9所示流程进行了全流程闭路试验，结果见表4。

图9 闭路试验流程Fig.9 Closed-circuit test process

表4 闭路试验结果Table 4 Results of closed-circuit test %

由表4可知，闭路试验获得了Al2O3含量为72.06%、回收率为91.20%，硫含量为0.27%的铝精矿，尾矿含硫量达到33.51%。

3 结 论

贵州某高硫铝土矿主要有用矿物为一水硬铝石，属于典型的高品位一水硬铝石型高硫铝土矿。在磨矿细度为-0.074 mm占85%条件下，以碳酸钠为矿浆pH调整剂，硫酸铜为活化剂，改性淀粉为抑制剂，丁基黄药为捕收剂，松醇油为起泡剂，经1粗1精2扫、精选尾矿和扫选精矿均返回至粗选闭路流程浮选试验，获得了Al2O3含量72.06%、含硫量0.27%的精矿产品，尾矿含硫量达33.51%。试验结果可以为该铝土矿资源的开发提供参考。

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