山西某低品位铝土矿浮选脱硅扩大连选试验研究

张站云,张建强,魏兆斌,刘中原

(1.中铝郑州有色金属研究院有限公司,河南 郑州 450041;2.国家铝冶炼工程技术研究中心,河南 郑州 450041)

铝土矿既是铝工业原料,又是一种主要的化工原料,铝产品在世界的消耗量仅次于钢铁。随着铝工业的高速发展,对铝土矿需求量迅猛增加,导致优质资源逐渐减少,铝土矿资源瓶颈制约加剧,对我国铝工业的生存与发展构成严峻威胁。我国的铝土矿资源分布比较集中,山西省的保有资源储量占全国的40%左右,其丰富的铝土矿资源,为铝工业的发展奠定了坚实的基础,但铝土矿普遍硅含量高,资源品位低,低品位资源占比80%以上,该部分资源不能直接开发利用,限制了铝工业的发展[1-4]。

目前,铝土矿的工业界定边界品位为铝硅比(A/S)≥2.6,但氧化铝企业生产要求铝硅比(A/S)≥4.5,对于铝硅比(A/S)处于2.6～4.5之间的矿石,直接进入氧化铝生产流程,其生产成本高、经济效益差,较可行的方法是通过选矿提高矿石铝硅比(A/S)。正浮选脱硅的方法是将有用的含铝矿物提出,含硅的矿物作为尾矿[5-8]。

1 矿样性质

试验矿样来源为山西某企业提供的低品位铝土矿扩大连选试验矿样共约30 t,矿样的化学多元素分析结果见表1,矿物组成分析结果见表2。

表1 矿样的化学多元素分析

表2 矿样的矿物组成分析

由分析结果可知,该矿样Al2O3含量为51.13%,SiO2含量为20.28%,铝硅比为2.52,Fe2O3含量为8.82%,属于典型的低品位高铁铝土矿。有用铝矿物主要为一水硬铝石和三水铝石,含硅脉石矿物有高岭石、绿泥石、伊利石和石英,铁矿物主要为赤铁矿。

矿样中硅矿物的组成种类较多,采用反浮选工艺进行脱硅,要求捕收剂能捕捉多种硅矿物,对捕收剂要求高,而采用正浮选工艺脱硅,则主要是捕捉一水硬铝石矿物,捕收剂成熟,工艺已实现产业化。

2 正浮选脱硅试验研究

铝土矿正浮选脱硅的捕收剂主要是以脂肪酸为代表的阴离子型捕收剂,本次试验研究使用的脱硅捕收剂是郑州研究院自主研发的BKS型正浮选高效脱硅捕收剂。无机调整剂主要起调整矿浆pH值、改变矿物表面电位、分散矿物和活化目的矿物等作用,试验采用的无机调整剂为碳酸钠。

本次试验研究的单因素参数试验有磨矿细度及脱硅捕收剂用量试验,浮选脱硅单因素参数试验流程见图1。

图1 浮选脱硅单因素参数试验流程图

2.1 磨矿细度试验研究

磨矿细度决定着矿物的单体解离程度,从而影响目的矿物浮出效果,磨矿细度的最佳值主要取决于有用矿物及脉石矿物的嵌布粒度。磨矿细度试验研究流程见图1,试验结果见图2。

由图2可知,浮选精矿铝硅比随着磨矿细度的增加呈现先稳定后降低的趋势, Al2O3回收率呈升高趋势。随着磨矿细度的提高,矿石解离充分,精矿铝硅比微降,但其回收率增加较快,当磨矿细度过高时,矿石过磨现象严重,泡沫夹杂,铝精矿铝硅比急剧下降。在磨矿细度-0.074 mm占比93%时,浮选尾矿铝硅比最低,铝精矿铝硅比较高,且回收率较高,因此综合考虑磨矿细度为-0.074 mm占比93%时为最佳磨矿细度。

图2 浮选脱硅磨矿细度与指标的关系

2.2 脱硅捕收剂用量试验研究

捕收剂用量对于浮选产物的影响较大,捕收剂用量不足时,浮选铝精矿的Al2O3回收率偏低;捕收剂用量过量时,浮选精矿铝硅比降低。在磨矿细度-0.074 mm占93%时,考察捕收剂用量对于低品位铝土矿浮选脱硅的影响,脱硅捕收剂用量试验研究流程见图1,试验结果见图3。

图3 浮选脱硅捕收剂用量与指标的关系

由图3可知,浮选铝精矿铝硅比随着捕收剂用量的增加呈现降低的趋势,Al2O3回收率随着捕收剂用量的增加呈现上升趋势,尾矿铝硅比先降低后基本保持稳定。在捕收剂用量为800 g/t时,其浮选铝精矿铝硅比和Al2O3回收率均较佳,因此综合考虑最佳药剂用量为800 g/t。

2.3 浮选脱硅开路试验研究

在磨矿细度-0.074 mm占93%时,粗选捕收剂用量为800 g/t时,铝精矿铝硅比高于4.5,尾矿铝硅比偏高,因此拟采用“一粗一精两扫”正浮选脱硅开路流程进行试验研究,试验流程见图4,试验结果见表3。

图4 开路试验流程图

表3 开路试验结果

根据表3的开路试验结果可知:试验矿样Al2O3含量为51.24%,A/S为2.58时,经过“一粗一精两扫”的开路流程试验后,可以得到产率为55.17%,Al2O3含量为59.50%,A/S为4.78,回收率64.07%的铝精矿;尾矿Al2O3含量为39.13%,A/S为1.26。浮选所得铝精矿满足了氧化铝冶炼原料的要求,且尾矿Al2O3含量及A/S较低,该流程可以处理该矿石。

2.4 浮选脱硅闭路试验研究

在磨矿细度-0.074 mm占93%时,进行“一粗一精两扫”闭路试验,试验流程见图5,试验结果见表4。

图5 闭路试验流程图

表4 闭路试验结果

由表4闭路试验结果可知:试验原矿Al2O3含量为51.41%,铝硅比为2.60时,通过“一粗一精两扫”的闭路浮选试验可得:浮选铝精矿产率54.06%,Al2O3含量为59.83%,铝硅比为4.87,Al2O3回收率为62.92%;尾矿铝硅比为1.45。

3 扩大连选试验研究

低品位铝土矿浮选脱硅扩大连选试验处理规模为4.8 t/d,试验采用的是“一段磨矿两段分级+一次粗选一次精选两次扫选”的正浮选脱硅工艺流程。

原矿石经过一段磨矿两段分级,分级后合格产品进入粗选作业,粗选泡沫进入精选作业,精选泡沫为铝精矿;精选底流进入粗选作业,粗选底流进入扫选一作业,扫选一底流进入扫选二作业,扫选二底流为尾矿;扫选二泡沫返回扫选一作业,扫选一泡沫返回粗选作业。浮选设备均为Φ800 mm无传动浮选槽,共4台,其工艺流程见图6。

图6 “一粗一精两扫”正浮选脱硅扩大连选试验流程图

3.1 扩大连选试验研究

连选试验期间,通过工艺参数优化试验研究后,确定了各作业的最佳工作参数,并进行连续稳定运转达100 h,期间每隔4 h取一次原矿、铝精矿、尾矿样品进行分析化验,连续运转期间试验指标见表5。

由表5连续调试指标结果可知:在低品位铝土矿原矿Al2O3含量为51.32%,铝硅比为2.60时,通过“一粗一精两扫”正浮选脱硅工艺流程连续调试,可得浮选铝精矿平均产率55.24%,Al2O3含量平均为59.10%,铝硅比平均为4.92;尾矿平均产率44.76%,铝硅比平均为1.45。

表5 “一粗一精两扫”正浮选脱硅扩大连选试验指标

3.2 扩大连选试验流程考察计算

在连续调试期间取浮选脱硅全流程考察样,进行了流程考察计算,全流程数质量和矿浆流程见图7。

图7 “一粗一精两扫”全流程数质量和矿浆流程图

由流程考察结果可知:原矿Al2O3含量为50.84%,铝硅比为2.58,通过“一粗一精两扫”正浮选脱硅工艺流程,所得铝精矿产率55.99%,Al2O3含量为58.02%,铝硅比为4.81;尾矿产率44.01%,铝硅比为1.42。

4 结 论

低品位铝土矿正浮选脱硅提质是低品位铝土矿开发利用的一种有效途径。针对山西某低品位铝土矿,通过实验室试验研究,确定了磨矿细度、药剂制度及工艺流程,进行了“一粗一精两扫”正浮选脱硅扩大连选试验研究,得到浮选铝精矿平均产率55.24%,Al2O3含量平均为59.10%,铝硅比平均为4.92;尾矿平均产率44.76%,铝硅比平均为1.45。并考察计算了全流程数质量及矿浆流量,为该低品位铝土矿的后续选厂设计提供了数据支撑。