山东低铝硅比铝土矿降铁脱硅试验研究

张 硕，张凯熙，刁朝蕾，葛阳阳，曹月明

(1.河北省地矿中心实验室，河北 保定 071051；2.河北科技学院，河北 保定 071051)

0 引 言

铝土矿的应用领域有金属和非金属两个方面，金属领域主要作为生产金属铝的最佳原料，其用量占世界铝土矿总产量的90%以上；非金属领域的应用则是作研磨材料、耐火材料、化学制品及高铝水泥的原料[1]。世界上采用拜尔法生产的氧化铝约有90%，该方法的直接能耗与间接能耗都比烧结法和联合法低，但拜尔法生产氧化铝要求铝土矿原料的铝硅比在8以上，而我国75%以上的铝土矿铝硅比在7以下[2]。这就需要通过选矿工艺脱硅而提高铝土矿的铝硅比，满足拜尔法的原料需求，从而达到提高资源利用率的目的。目前，国内多采用浮选脱硅的工艺提高铝土矿铝硅比[3]。冯运伟等[4]对河南平顶山地区铝硅比4.7的低品位铝土矿进行了浮选脱硅试验研究，添加浮选分散剂Na2CO3、抑制剂偏磷酸盐组合PL和组合捕收剂CUB，通过“两粗两精一扫”的浮选流程，可实现该低铝硅比铝土矿的脱硅富集，最终浮选产品精矿指标为铝硅比8.73，产率69.50%，回收率78.10%。

本文针对山东某低铝硅比铝土矿矿石性质特点，采用常规的磁选除铁以及浮选脱硅的工艺，提高精矿铝硅比，降低铁含量，满足拜耳法生产工艺对原料的要求。

1 试样性质

试样为山东某低铝硅比铝土矿，铝硅比为3.18。原矿中含铝矿物主要是一水硬铝石和一水软铝石，含硅矿物主要为高岭石、石英、伊利石、绿泥石和地开石，含铁矿物主要为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和磁黄铁矿。此外还有少量的正长石、方解石和黄铁矿。原矿化学成分分析见表1，矿石的含量组成见表2。

矿物工艺学的研究表明，矿石中的铝矿物主要为一水硬铝石、少量的一水软铝石。其中以一水硬铝石状态存在的铝占76.35%，以一水软铝石状态存在的铝占3.51%，以铝硅酸盐状态存在的铝占20.14%。该铝土矿的选矿难点是将一水硬铝石和一水软铝石有效的富集，将铝硅酸盐矿物有效的脱除，同时降低精矿中铁的含量。在磨矿细度-0.074 mm 90%的条件下，对磨矿试验产物进行了筛析和粒级金属分布测定，结果见表3。

表1 试样化学成分分析结果

注：*无单位。

表2 矿石中矿物的组成及含量

表3 -0.074 mm 90%的磨矿产物粒级金属分布测定

注：*无单位。

从表3结果看出，该低铝硅比铝土矿嵌布粒度较细，硅含量高，故粗颗粒的相对富集程度不大。因此，没有进行选择性磨矿作业预先分选试验研究。

2 试验药剂，设备及方法

2.1 试验药剂

试验所用药剂包括pH值调整剂碳酸钠(分析纯)、抑制剂六偏磷酸钠(分析纯)和捕收剂油酸钠(分析纯)。

2.2 试验设备及方法

实验设备包括XTLZΦ260/Φ200多用真空过滤机，XMQ-67锥形球磨机，XFD单槽式浮选机，SLON-500立环脉动高梯度磁选机，鼓式磁选机等。

试验方法包括磁选条件试验，粗选条件试验，精选抑制剂用量试验，闭路试验。

3 选矿试验

试验中铝土矿浮选采用油酸钠为捕收剂，六偏磷酸钠为抑制剂和矿浆分散剂，Na2CO3为pH值调整剂，采用弱磁-强磁-浮选的工艺流程，弱磁选磁场强度为1.2×105A/m，强磁选磁场强度为9.6×105A/m，其工艺流程见图1。

图1 试验工艺流程

3.1 磁选条件试验

3.1.1 弱磁选磁场条件试验

在磨矿细度-0.074 mm 94.55%的条件下，进行弱磁选磁场条件试验，试验结果见图2。

图2 弱磁选磁场强度试验研究结果

由图2可以看出，随着磁场强度的增加，精矿铝品位逐渐升高，铝回收率逐渐降低。当磁场强度由1.2×105A/m增加到1.4×105A/m之后，铝品位由56.94%上升至57.18%，上升平缓，回收率则由90.47%下降至86.59%，下降明显。综合考虑，确定弱磁选磁场强度1.2×105A/m。

3.1.2 强磁选磁场条件试验

在磨矿细度为-0.074 mm 94.55%，弱磁选磁场强度为1.2×105A/m的条件下，进行强磁选磁场条件试验，试验结果见图3。

由图3可以看出，随着磁场强度的增加，精矿铝品位逐渐升高，铝回收率逐渐降低。当磁场强度由9.6×105A/m增加到12.8×105A/m之后，铝品位由57.90%上升至58.83%，回收率则由80.39%下降至72.19%，下降明显。综合考虑，确定弱磁选磁场强度9.6×105A/m。

3.2 粗选条件试验

3.2.1 磨矿细度试验

为了获得最佳磨矿细度，分别进行了磨矿细度-0.074 mm占比为68.16%、78.55%、84.60%、90.46%、94.55%、98.60%条件下的浮选试验。碳酸钠用量为3 500 g/t，六偏磷酸钠用量为40 g/t，油酸钠用量为1 200 g/t，矿浆pH值为9。试验结果见图4。

图3 强磁选磁场强度试验研究结果

图4 磨矿细度浮选试验结果

由图4可看出，随着磨矿细度的增加，精矿回收率和铝硅比逐渐升高，当磨矿细度达到-0.074 mm 94.55%时，铝硅比达到最高4.58，之后呈下降趋势。综合考虑确定铝土矿粗选磨矿细度为-0.074 mm 94.55%。

3.2.2 粗选矿浆pH值试验

确定捕收剂用量为1 200 g/t，六偏磷酸钠用量为40 g/t，进行pH值调整剂Na2CO3用量试验，考察不同pH值条件下铝土矿的选矿指标。试验结果见图5。

由图5可知，随着矿浆pH值的增加，精矿铝回收率逐渐降低，铝硅比逐渐升高。当矿浆pH值超过9，精矿铝回收率由66.77%下降至59.38%，下降明显。综合考虑铝土矿的选矿指标，确定矿浆pH值为9，此时Na2CO3用量为3 500 g/t。

3.2.3 捕收剂用量试验

试验研究选取油酸钠作为铝土矿的捕收剂。调节矿浆pH值为9，六偏磷酸钠用量为40 g/t，进行了捕收剂用量试验，试验结果见图6。

图5 矿浆pH值试验研究结果

图6 捕收剂用量试验结果

由图6可知，随着捕收剂油酸钠用量的增加，精矿铝回收率逐渐降低，硅铝比逐渐升高。当油酸钠用量超过1 200 g/t之后，精矿铝回收率由66.77%下降至62.48%，下降明显。为保证精矿适宜的铝硅比及回收率，确定捕收剂油酸钠用量为1 200 g/t。

3.3 精选抑制剂用量试验

铝土矿浮选试验采用“一粗一精”的选矿工艺流程。在试验过程中发现精选流程中，六偏磷酸钠用量对精矿的选矿指标影响较大，因此进行精选六偏磷酸钠用量试验。粗选油酸钠用量为1 200 g/t,六偏磷酸钠用量为40 g/t，碳酸钠用量保持粗选和精选的矿浆pH值均为9。试验结果见图7。

由图7可知，随着六偏磷酸钠用量增加，精矿铝回收率下降幅度加大，铝硅比先呈上升趋势，当六偏磷酸钠用量超过10 g/t之后，精矿铝回收率由58.16%下降至55.65%，同样铝硅比则由9.10下降至8.69。六偏磷酸钠不仅对硅酸盐有抑制作用，对一水硬铝石也有较强的抑制作用，低用量时对于硅酸盐的抑制作用要高于对一水硬铝石的抑制作用。综合考虑，确定精选流程中六偏磷酸钠的用量为10 g/t。

3.4 闭路试验流程

在确定了浮选试验条件的基础上，进行了弱磁-强磁-浮选闭路流程试验，试验流程见图8，试验结果见表4。

图7 精选六偏磷酸钠用量试验结果

产率/%品位/%回收率/%Al2O3SiO2Fe2O3Al2O3SiO2Fe2O3A/S精矿55.6962.476.912.1562.7422.1012.289.04尾矿21.3045.9542.626.4017.6552.1113.991.08磁性矿物23.0147.2719.5331.2119.6125.7973.732.42合计100.0055.4517.429.74100.00100.00100.003.18

由表4结果可知，采用“弱磁-强磁-浮选”工艺流程得到的最终精矿产品铝硅比为9.04，铝品位为62.47%，回收率为62.74%，硅品位为6.91%，铁品位为2.15%，精矿产品质量品级为Ⅱ级品(Al2O3>50% A/S>9)。

图8 弱磁-强磁-浮选闭路流程

4 结 论

1) 铝土矿中的铝矿物主要以一水硬铝石形式存在，同时也存在少量的一水软铝石，通过磁选-浮选的选矿流程，精矿铝硅比以及精矿中铝的含量已达到铝土矿Ⅱ级品质量要求，可作为拜尔法生产氧化铝的原料。

2) 根据矿石的性质特征，采用“弱磁-强磁-浮选”的工艺流程，最终精矿产品铝硅比为9.04，铝品位为62.47%，回收率为62.74%，硅品位为6.91%，铁品位为2.15%，产品指标良好。

3) 试样嵌布粒度较细，硅含量高，粗颗粒的相对富集程度不大，因此，没有进行选择性磨矿作业预先分选试验研究。试验确定的磨矿细度较高，造成在磁选和浮选流程中，微细粒级的铝土矿随脉石矿物选出，造成最终精矿产品铝回收率较低。

[1] 中国矿业氧吧之十七 铝土矿[J].资源与人居环境,2007(17):22-25.

[2] 王鹏.复合力场分选低品位铝土矿的试验研究[D].沈阳：东北大学,2008.

[3] 刘水红,方启学.铝土矿选矿脱硅技术研究现状述评[J].矿冶,2004,13(4):24-29.

[4] 冯运伟,邓海波,陈兴华,等.平顶山低铝硅比铝土矿选矿脱硅试验研究[J].轻金属,2015(7):4-8.