山西某高硫铝土矿浮选脱硫提质扩大连选试验研究

2022-06-16张站云张建强魏兆斌

轻金属 2022年5期

张站云,张建强,魏兆斌,姚杰

(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)

随着铝工业的高速发展,对铝土矿需求量也迅猛增加,导致优质资源逐渐减少,加剧了铝土矿资源瓶颈的制约,对我国铝工业的生存与发展构成严峻威胁。我国高硫铝土矿资源较为丰富,探明储量中高硫铝土矿占比达6.5%以上,高硫铝土矿的工业应用可为铝工业发展提供合格原料,缓解铝土矿资源紧缺现状[1-3]。

高硫铝土矿中的硫对拜耳法生产氧化铝危害严重,会造成管道与装备腐蚀、赤泥沉降性能恶化、蒸发效率降低、碱耗升高、产品品质降低等不利影响,氧化铝生产企业一般要求进入系统的原矿硫含量小于0.3%,故而高硫铝土矿需脱硫后才能资源化利用[4-6]。

1 矿样性质

山西省的铝土矿保有资源储量占全国的40%左右,以高铝高硅的低品位资源为主,但随着矿石开采深度的增加,部分铝土矿中含有硫且含量大于2%,其主要的硫矿物为黄铁矿[7-8]。

本次试验矿样来源为山西某企业提供的高硫铝土矿扩大连选试验矿样共约32 t,矿样的化学多元素分析结果见表1,物相分析结果见表2。

表1 矿样的化学多元素分析

表2 矿样的物相分析

由分析结果可知,该矿样Al2O3含量为49.44%,铝硅比为3.48,硫含量为2.30%,Fe2O3含量为11.46%,属于典型的低铝硅比高铁高硫铝土矿。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,硫矿物主要为黄铁矿(FeS2)。

黄铁矿(FeS2)容易用黄药等捕收剂浮选,而含铝矿物以氧化物和氢氧化物形式存在,亲水,不易被黄药捕收,因此浮选采用黄药当捕收剂容易实现黄铁矿和含铝矿物的分离[9]。

2 浮选脱硫试验研究

浮选脱硫捕收剂及起泡剂采用BKS型,捕收剂主要成分为丁基黄药,起泡剂的主要成分为松醇油,使用比例为3∶1。反浮选脱硫在碱性条件(pH 8.5)时可得到较好的脱硫指标,且对设备的腐蚀性较低,其它脱硫药剂主要还有活化剂、调整剂等,适合反浮选脱硫的活化剂为硫酸铜,调整剂为SNS类型[10-11]。

为了有效的降低高硫铝土矿中的硫含量,综合考察了磨矿细度、活化剂用量、调整剂用量、捕收剂及起泡剂用量等条件对浮选脱硫的影响。磨矿细度、活化剂用量、调整剂用量的条件试验流程图见图1。

图1 条件试验流程图

2.1 磨矿细度试验

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。在活化剂用量50 g/t、调整剂用量为1000 g/t时,按图1条件试验流程进行磨矿细度试验,试验结果见图2所示。

图2 磨矿细度试验的铝精矿产率及硫含量

由图2试验结果可知,铝精矿中硫含量随着磨矿细度的提高呈现先减后增的趋势,这是因为随着磨矿细度提高,黄铁矿与一水硬铝石的解离度提高,铝精矿中的硫含量逐步降低,但随着磨矿细度的进一步提高,部分解离的黄铁矿存在过磨现象,导致部分过磨的细粒黄铁矿因夹杂而未上浮。综合比较,确定最佳磨矿细度为-0.074 mm含量占75%～80%。

2.2 活化剂用量试验

活化剂是浮选脱硫常用药剂之一,浮选黄铁矿时起预先活化作用,当黄铁矿氧化较严重时,添加活化剂溶去黄铁矿表面的氧化膜,使之露出新鲜表面,以利于浮选。

在磨矿细度为-0.074 mm含量占75%,调整剂用量为1000 g/t时,进行活化剂用量试验,试验结果见图3所示。

图3 活化剂用量试验的铝精矿产率及硫含量

由图3试验结果可知,随着活化剂用量的增加,铝精矿中硫含量呈降低后稳定趋势,表明该活化剂对黄铁矿的上浮有较好的促进作用;当活化剂用量大于100 g/t时,铝精矿中产率呈降低趋势,硫含量未呈现降低趋势;综合比较其经济性,确定活化剂的最佳用量为100 g/t。

2.3 调整剂用量试验

调整剂是调整捕收剂的作用及介质条件,抑制非欲浮颗粒可浮性,促使料浆中非欲浮颗粒呈分散状态,SNS类调整剂可抑制铝硅酸盐矿物的同时起分散作用,阻止细矿粒聚集,使其处于单体状态。

在磨矿细度为-0.074 mm含量占75%,活化剂用量为100 g/t时,进行SNS调整剂用量试验,试验结果见图4所示。

图4 调整剂用量试验的铝精矿产率及硫含量

由图4试验结果可知,随着调整剂用量的增加,铝精矿中硫含量呈先降低后上升的趋势,产率呈逐步上升趋势,主要是因为SNS调整剂加入抑制了铝硅酸盐矿物的上浮,同时起了分散作用,但当用量过大时,同时抑制了未完全单体解离的黄铁矿,导致铝精矿硫含量上升。综合比较,确定SNS调整剂的最佳用量为1000 g/t。

2.4 捕收剂及起泡剂用量试验

捕收剂主要作用是使目的矿物表面疏水、使浮游的矿粒黏附于气泡上,因此捕收剂用量对浮选工艺指标有着极其重要的影响。起泡剂是一种表面活性物质,主要是在气-水界面上降低界面张力,促使空气在料浆中形成小气泡,扩大分选界面,并保证气泡上升形成泡沫层,与捕收剂配合使用。

结合条件试验结果,在磨矿细度为-0.074 mm 含量占75%、活化剂用量100 g/t、SNS调整剂为1000 g/t、捕收剂与起泡剂的用量比在3∶1左右,进行捕收剂及起泡剂用量试验,试验流程图见图5,试验结果见表3。

图5 捕收剂及起泡剂用量试验流程图

表3 捕收剂及起泡剂用量试验结果

由表3试验结果可知,在一定的捕收剂用量范围内,随着药剂用量提高,吸附量增大,泡沫上浮量增大,铝精矿中硫含量降低;当用量达到相当值后,继续增加药剂用量时,泡沫上浮量增大,但铝精矿产率呈降低趋势,硫含量不再继续降低;综合比较确定最佳药剂用量为捕收剂总用量600 g/t、起泡剂总用量200 g/t。

2.5 脱硫开路试验

在条件试验最佳的基础上,按图6所示开路试验流程图,进行脱硫开路试验,试验结果见表4。

图6 开路试验流程图

由表4的开路试验结果可知,原矿经过“一粗两精两扫”的浮选脱硫开路试验后,可以得到产率为71.82%,硫含量为0.17%的铝精矿,该铝精矿满足了氧化铝冶炼原料的要求。

表4 开路试验结果

2.6 脱硫闭路试验

在开路试验的基础上,进行“一粗两精两扫”闭路试验,闭路试验流程见图7,试验结果见表5。

图7 闭路试验流程图

表5 闭路试验结果

由表5闭路试验结果可知,通过“一粗二精两扫”的闭路浮选试验可得:浮选铝精矿产率92.07%,硫含量为0.30%;硫精矿硫含量为25.38%。本流程可以处理该高硫铝土矿。

3 扩大连选试验研究

高硫铝土矿浮选脱硫扩大连选试验处理规模为4.8 t/d,试验期间先后进行了“一粗一精一扫”、“一粗两精一扫”流程对比试验以及“一粗两精两扫”连续试验。

3.1 “一粗一精一扫”流程试验

“一粗一精一扫”流程试验采用“一段磨矿一段分级+一次粗选一次精选一次扫选”的反浮选脱硫工艺进行了流程调试:原矿石经过一段磨矿一段分级,旋振筛合格产品进入粗选,粗选底流进入精选,精选底流为铝精矿;精选泡沫进入粗选,粗选泡沫进入扫选,扫选泡沫为硫精矿;扫选底流返回粗选。浮选设备均为Φ800 mm无传动浮选槽,共3台。“一粗一精一扫”反浮选脱硫工艺流程见图8,试验指标见表6。

图8 “一粗一精一扫”反浮选脱硫扩大连选试验流程图

表6 “一粗一精一扫”反浮选脱硫扩大连选试验结果

由“一粗一精一扫”反浮选脱硫工艺流程调试可知,在高硫铝土矿原矿硫含量为2.26%时,通过“一粗一精一扫”浮选脱硫提质流程调试,可得浮选铝精矿平均硫含量为0.39%、产率为89.31%,硫精矿平均硫含量为17.88%;该流程浮选工艺相对简单,设备投资少,但其流程适应性较差,且其铝精矿硫含量偏高,硫精矿硫含量未较好富集,铝精矿产率偏低。

3.2 “一粗两精一扫”流程试验

“一粗两精一扫”流程试验采用“一段磨矿一段分级+一次粗选两次精选一次扫选”的反浮选脱硫工艺进行了流程调试:原矿石经过一段磨矿一段分级,旋振筛合格产品进入粗选,粗选底流进入精选一,精选一底流进入精选二,精选二底流为铝精矿;精选二泡沫进入精选一,精选一泡沫进入粗选,粗选泡沫进入扫选,扫选泡沫为硫精矿;扫选底流返回粗选。浮选设备均为Φ800 mm无传动浮选槽,共4台。“一粗两精一扫”反浮选脱硫工艺流程见图9,试验指标见表7。

图9 “一粗两精一扫”反浮选脱硫扩大连选试验流程图

表7 “一粗两精一扫”反浮选脱硫扩大连选试验结果

由“一粗两精一扫”反浮选脱硫工艺流程调试可知,在高硫铝土矿原矿硫含量为2.31%时,通过“一粗两精一扫”浮选脱硫提质流程调试,可得浮选铝精矿平均硫含量为0.31%、产率为89.11%,硫精矿平均硫含量为18.65%;该流程浮选所得铝精矿硫含量较低,但其硫精矿硫含量未较好的富集,铝精矿产率偏低。

3.3 “一粗两精两扫”流程连续试验

“一粗两精两扫”流程连续试验采用“一段磨矿一段分级+一次粗选两次精选两次扫选”的反浮选脱硫工艺进行了连续运转调试:原矿石经过一段磨矿一段分级,旋振筛合格产品进入粗选,粗选底流进入精选一,精选一底流进入精选二,精选二底流为铝精矿;精选二泡沫进入精选一,精选一泡沫进入粗选,粗选泡沫进入扫选一,扫选一泡沫进入扫选二,扫选二泡沫为硫精矿;扫选二底流返回扫选一,扫选一底流返回粗选。浮选设备均为Φ800 mm无传动浮选槽,共5台。连续调试工艺流程见图10,浮选指标见表8。