云南某低品位铝土矿铝硅浮选分离试验研究

杨 林 张锦仙 吕 超 马原琳

(1.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031;2.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083;3.云南省选冶新技术重点实验室，云南 昆明 650031;4.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 653030)

铝是国民经济建设的重要金属，铝土矿是金属铝的主要来源。铝土矿主要分为三水铝石、一水硬铝石及一水软铝石3种。全球铝土矿资源量约为550～750亿t，主要分布在几内亚、澳大利亚、巴西、越南、牙买加、中国、印度尼西亚及印度等国家[1]。我国铝土矿储量约为10亿t[2]，但大部分品质较差，主要为一水硬铝石型，采用拜耳法生产氧化铝存在溶出温度高、能耗大等问题;同时，部分铝土矿含铁、钛及硫高，选矿工艺复杂，铝精矿产品质量差[3-6]。

国内铝土矿中脉石矿物以高岭石、伊利石及叶蜡石等硅酸盐矿物为主，浮选是分离铝硅的主要工艺[7]，常见工艺有正浮选工艺和反浮选工艺。反浮选工艺捕收剂主要包括脂肪胺类、醚胺及改性胺等，国内科研工作者就反浮选脱硅开展了较多的试验研究[8-11]，取得了一定成果，但存在矿泥影响较大、药剂制度不完善等问题，因此相关工业应用的报道较少;正浮选工艺工业应用较多，捕收剂主要为脂肪酸及其改性产物，针对其选择性差、不耐低温及泡沫流动性不佳等问题，学者们开展了相关研究工作，选矿技术指标得到明显提升[12-16]。针对不同矿石的正浮选工艺，捕收剂及抑制剂的开发研究是关键。

拜耳法生产氧化铝要求铝土矿的铝硅比大于7，浮选法获得满足此要求产品的关键是研发与选择高效捕收剂及抑制剂。云南某铝土矿铁、钛含量较高，而铝、硅含量较低，虽然浮选工艺复杂，但所得铝精矿产品质量并不理想，本研究开发了适应性较好的改性复合脂肪酸类捕收剂及组合抑制剂，并研究了各药剂适宜用量及协同工艺，较好地实现了该铝土矿中铝硅的高效浮选分离，为此类铝土矿资源的开发利用提供借鉴。

1 试样、药剂及设备

1.1 试 样

试验矿样取自云南文山某地的铝土矿，矿样破碎至-2 mm，混匀缩分后作为试验矿样。试样化学多元素分析、矿物组成分析结果分别见表1、表2。

表2 试样矿物组成及含量Table 2 Minerals composition and its contents of the samples %

由表1和表2可知，该试样Al2O3及SiO2含量较低，Fe及TiO2含量较高，属于高铁高钛、低铝低硅型铝土矿;可回收铝矿物主要以一水硬铝石相态存在，铁矿物主要包括赤铁矿与针铁矿，钛矿物主要以锐钛矿相态存在，脉石矿物主要为高岭石。

1.2 试验药剂及设备

试验所用药剂包括碳酸钠、硅酸钠、油酸、亚油酸、松香酸、妥尔油、十二烷基磺酸钠、苯甲羟肟酸、篦麻油酸、HQ、GY，均为试剂纯，购自麦克林试剂网。

试验所用设备包括XFDⅣ型温控单槽浮选机(1.0、1.5 L)，吉林探矿机械厂生产;XMQ-φ240 mm×90 mm锥形球磨机，武汉探矿机械厂生产。

2 试验方案

该试样的铝硅分离主要是一水硬铝石与高岭石的分离，试验采用正浮选工艺流程，重点考察磨矿细度、捕收剂种类与用量、调整剂种类与用量等条件对浮选效果的影响，最终确定适用于该矿石铝硅浮选分离的药剂体系及浮选工艺流程。试验原则流程见图1。

图1 浮选试验原则流程Fig.1 Principle flowsheet of the floation test

3 试验结果与讨论

3.1 捕收剂种类试验

固定磨矿细度为-0.074 mm占70%、碳酸钠用量为4 000 g/t、硅酸钠用量为400 g/t、捕收剂用量为1 000 g/t，考察捕收剂种类对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见表3。

表3 捕收剂种类试验结果Table 3 Test results of the collectors types

由表3可知，妥尔油、油酸、亚油酸、十二烷基磺酸钠及蓖麻油酸对一水硬铝石具有较好的捕收效果，苯甲羟肟酸及松香酸的捕收力较弱，妥尔油属于油酸、亚油酸及松香酸等脂肪酸的混合物，其捕收能力最好;亚油酸由于具有2个双键，理论上其捕收性、水溶性与抗低温性等均比油酸好，试验结果也表明其捕收性及选择性均比油酸好，接下来以油酸、亚油酸、妥尔油为基础开展改性试验。

3.2 捕收剂的改性研究

通过捕收剂的探索试验研究，发现油酸、亚油酸及妥尔油等主体捕收剂均具有较好的捕收性与选择性，但试验结果也表明，采用单一捕收剂，存在浮选回收率偏低的问题，在广泛探索试验研究的基础上，采用妥尔油、亚油酸及油酸按质量比为1∶1∶1作为主体捕收剂，对主体捕收剂进行了酸化及乳化改性，最终形成KYB捕收剂，在磨矿细度为-0.074mm占70%、碳酸钠用量为4 000 g/t、硅酸钠用量为400 g/t、捕收剂用量为1 000 g/t的条件下，KYB捕收剂与单一捕收剂浮选试验结果对比结果见表4。

表4 捕收剂改性对比试验结果Table 4 Comparative test results of collector modification

由表4可知，通过对妥尔油、油酸及亚油酸进行组合并改性后，在相同条件下，改性后捕收剂的浮选回收率有明显提高，而铝硅比与采用单一捕收剂基本相当，后续相关试验研究选择KYB为捕收剂。

3.3 磨矿细度试验

以KYB为捕收剂，开展相关协同工艺条件的研究。固定碳酸钠用量为4 000 g/t、硅酸钠用量为400 g/t、KYB 用量为 1 000 g/t，考察磨矿细度对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见图2。

图2 磨矿细度试验结果Fig.2 Test results of grinding fineness

由图2可知，随着磨矿细度的提高，精矿Al2O3回收率逐步提高，铝硅比变化不大，表明磨矿粒度越细，一水硬铝石与高岭石等脉石矿物的解离越充分，更有利于浮选分离，选择适宜的磨矿细度为-0.074 mm占90%。

3.4 KYB用量试验

固定磨矿细度为-0.074 mm占90%、碳酸钠用量为4 000 g/t、硅酸钠用量为400 g/t，考察 KYB 用量对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见图3。

图3 KYB用量试验结果Fig.3 Test results of KYB dosage

由图3可知，随着KYB用量的增大，精矿Al2O3回收率逐渐提高，但铝硅比逐渐下降。综合考虑回收率、铝硅比及药剂成本，确定适宜的KYB用量为1 000 g/t。

3.5 碳酸钠用量试验

碳酸钠主要作为pH调整剂、矿浆电位调整剂，并具有一定的分散作用。固定磨矿细度为-0.074 mm占90%、硅酸钠用量为400 g/t、捕收剂KYB用量为1 000 g/t，考察碳酸钠用量对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见图4。

图4 碳酸钠用量试验结果Fig.4 Test results of sodium carbonate dosage

由图4可知，随着碳酸钠用量的增大，精矿Al2O3回收率逐渐降低，铝硅比整体呈降低趋势。因此，确定适宜的碳酸钠用量为2 000 g/t。

3.6 抑制剂种类试验

铝土矿浮选抑制剂主要包括硅酸钠及六偏磷酸钠等，本节主要研究抑制剂种类及其组合对高岭石的抑制效果，其中HQ为含羟基小分子有机物的复合物，GY-1、GY-2及GY-3为含羧基的不同分子链及结构小分子有机物的复合物。固定磨矿细度为-0.074 mm占90%、碳酸钠用量为2 000 g/t、抑制剂用量为400 g/t、KYB 用量为 1 000 g/t，考察抑制剂种类对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见表5。

表5 抑制剂种类试验结果Table 5 Test results of inhibitor types

由表5可知，采用有机抑制剂，精矿铝硅比均比硅酸钠高，但Al2O3回收率有所降低，表明有机抑制剂对高岭石的抑制剂作用较硅酸钠明显;采用硅酸钠+GY-3的组合药剂，综合效果较好，且浮选泡沫黏度较低，因此后续试验选择硅酸钠+GY-3(质量比为3∶1)为组合抑制剂。

3.7 硅酸钠+GY-3用量试验

固定磨矿细度为-0.074 mm占90%、碳酸钠用量为2 000 g/t、KYB 用量为 1 000 g/t，考察硅酸钠+GY-3用量对铝硅浮选分离效果的影响，试验结果见图5。

图5 硅酸钠+GY-3用量试验结果Fig.5 Test results of sodium silicate+GY-3 dosage

由图5可知，随着硅酸钠+GY-3用量的增大，精矿Al2O3回收率呈缓慢下降趋势，铝硅比先提高后降低。综合考虑，确定适宜的硅酸钠+GY-3用量为200～400 g/t。

3.8 闭路试验

根据条件试验结果，确定了该铝土矿铝硅浮选分离粗选的药剂种类及用量，在此基础上，开展闭路试验研究，试验流程见图6，试验结果见表6。

图6 闭路试验流程Fig.6 Flowsheet of the closed-circuit flotation test

表6 闭路试验结果Table 6 Results of the closed-circuit flotation test

由表6可知，经过“1粗2精1扫”闭路试验，最终可以获得铝硅比为9.79、Al2O3回收率为81.62%的铝精矿，尾矿铝硅比降低至1.27，表明采用以上闭路试验的药剂体系及流程，该铝土矿矿石铝硅浮选分离效果较好。

4 结 论

(1)云南某低品位铝土矿Al2O3及SiO2含量分别为 44.35%、10.52%，Fe及 TiO2含量分别为13.36%、4.64%，属于高铁高钛、低铝低硅型铝土矿;可回收铝矿物主要以一水硬铝石相态存在，铁矿物主要包括赤铁矿与针铁矿，钛矿物主要以锐钛矿相态存在，脉石矿物主要为高岭石。

(2)通过对捕收剂与抑制剂的广泛试验筛选，最终确定以改性组合脂肪酸KYB为捕收剂，硅酸钠+GY-3为组合抑制剂，碳酸钠为调整剂，在磨矿细度为-0.074mm占90%的条件下，采用“1粗2精1扫”闭路试验可以获得铝硅比为9.79、Al2O3回收率为81.62%的铝精矿，较好地实现了该类型铝土矿中铝硅的高效分离。