高硫铝土矿浮选脱硫试验研究

张站云,张建强,李莎莎,魏兆斌

(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)

我国现有储量巨大的铝土矿因为其含硫量过高而无法进行氧化铝生产,其中品位较高的高硫一水硬铝石型铝土矿储量占我国高品位铝土矿总储量的55%以上,主要集中在贵州南部、广西平果、山东淄博等三个地区[1-3]。由某地区勘查的大量矿石化学成分数据可知某高硫铝土矿的Al2O3含量为40%～75%、S含量为2%～15%,该部分高硫铝土矿开发利用程度较低,且仅用于选冶过程中的配矿使用,其单独利用处于空白[4-5]。

高硫铝土矿中的主要硫化矿物有黄铁矿(FeS2)及其异构体白铁矿和胶黄铁矿以及石膏CaSO4一类硫酸盐。拜耳法过程中硫的主要危害首先表现在不同价态的变价硫会加速矿浆加热及溶出系统以及蒸发系统设备的腐蚀过程;其次会使得氧化铝产品中铁含量升高,产品化学质量变差;再者拜耳法过程中硫的存在还会给赤泥沉降分离及母液蒸发过程的操作带来相应的困难;并且拜耳法过程中硫的存在会使碱耗增加[6-9]。由此可见,高硫铝土矿不能直接用于氧化铝生产。

1 矿样性质

本次试验矿样为某地区的高硫铝土矿,通过钻孔取样约500 kg,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64.55%, SiO2含量为1.70,硫含量为7.18%,Fe2O3含量为9.20%,铝硅比为37.35;有用铝矿物主要为一水硬铝石,含硅脉石矿物有高岭石和石英,硫矿物主要为黄铁矿(FeS2)。

2 解离工艺矿物学研究

采用QEMSCAN对矿样中的主要矿物嵌布关系及解离度进行分析。样品中主要矿物的嵌布关系见图1,解离度分析结果见表3。

由图1可知,26.99%的黄铁矿与一水硬铝石相连,0.99%的黄铁矿与高岭石相连,1.10%的黄铁矿与钛矿物相连,0.02%的黄铁矿与石英相连,0.84%的黄铁矿与其它矿物相连。

对磨矿解离产品进行筛分,分析各粒级中的黄铁矿单体解离度,分析结果见表3。

图1 主要矿物嵌布关系图

表3 不同粒级中黄铁矿的单体解离度

从分析结果看出:矿石中黄铁矿单体解离度在各粒级变化较大,粒度越细单体解离程度越高;磨矿产品中解离度在80%以上的黄铁矿含量为84.24%,整体解离度尚可。

3 浮选脱硫试验研究

浮选脱硫主要是通过添加浮选药剂脱除矿石中含硫矿物,从而实现矿石中硫杂质的降低、品质的提升。为有效地分选有用矿物与脉石矿物,需添加某些药剂,以改变矿物表面的物理化学性质及介质的性质,这些药剂统称浮选药剂,按其用途可分为捕收剂、抑制剂、活化剂、起泡剂等。

本试验研究在解离工艺矿物学研究确定的磨矿条件下,开展pH值的影响、抑制剂用量、活化剂用量、捕收剂用量等条件试验研究,试验流程如图2所示。

图2 条件试验流程图

3.1 pH值对浮选的影响试验研究

矿浆pH值,又叫矿浆酸碱度,它是指矿浆中氢离子的浓度[H+]或碱离子的浓度[OH-]的大小。各种矿物的浮选,在一定条件下存在着一个适宜的pH值,因为矿浆的pH值往往直接或间接影响矿物的可浮性。开展pH值对浮选脱硫的影响试验研究,确定最适宜的矿样浮选脱硫pH值,试验流程见图2,试验结果见图3。

图3 pH值对浮选脱硫的影响试验研究结果对比

由图3试验结果对比可知,随着pH值改变,浮选铝精矿中硫含量在pH 1～2.5时呈稳定趋势、pH 2.5～7时呈上升趋势、pH 7～8.5时呈下降趋势、pH 8.5～13呈上升趋势。整体对比较佳的浮选pH值为2.5,浮选指标较佳。其主要原因为阴离子捕收剂在矿物表面的吸附密度就与黄药阴离子的浓度和氢氧离子浓度的比值[X-]/[(OH-)]有一定的关系,pH值愈高,黄药在矿物表面的吸附量越低;在酸性至弱碱性条件下,pH也影响到矿粒表面的电性,pH值的大小改变了矿粒表面的电位;在碱性条件下,由于pH值较大,矿桨中的[OH-]离子较多,矿粒表面吸附大量的[OH-]会使矿粒表面亲水性增大并阻碍捕收剂阴离子的吸附。

3.2 抑制剂用量试验

在浮选脱硫过程中,黄铁矿附着在气泡上进入泡沫产品,为避免含铝矿物上浮,需要添加脱硫抑制剂,阻碍含铝矿物的上浮。开展脱硫抑制剂用量试验研究,试验流程见图2,试验结果见图4。

由图4试验结果可知,在抑制剂作用下,随着用量的增加浮选铝精矿硫含量呈先降后升趋势,抑制剂在矿浆中主要吸附在石英、硅酸盐及铝硅酸盐矿物的表面,当用量达到一定量时,吸附效果最优,浮选结果较佳;用量过小时,部分矿物未被吸附而跟随气泡上浮;当用量过大时,部分黄铁矿的表面也被水玻璃吸附。比较确定最佳的抑制剂用量为2 000 g/t。

图4 抑制剂用量试验的结果对比

3.3 活化剂用量试验

活化剂在浮选黄铁矿时起预先活化作用,添加活化剂溶去抑制性的氢氧化铁薄膜,使之露出新鲜表面,有利于捕收剂对黄铁矿的捕收。本试验主要考察活化剂用量对浮选脱硫的影响,试验流程见图2,试验结果见图5。

由图5可知:随着活化剂的用量增加,浮选铝精矿产率呈降低趋势、硫含量先降后升的趋势,表明硫酸铜作为活化剂可促进捕收剂选择吸附黄铁矿,但用量过大时,则造成了产率的降低。综合比较活化剂用量为100 g/t时效果较佳。

图5 脱硫活化剂用量试验研究结果对比

3.4 捕收剂用量试验

捕收剂主要作用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。本试验主要考察不同类型的捕收剂及其用量对浮选脱硫的影响,试验流程见图6,试验结果见表4、表5。

由表4、5试验结果可知:随着捕收剂用量的增加浮选铝精矿硫含量呈逐步降低并趋稳的趋势,当用量超过600 g/t时,铝精矿硫含量趋于稳定、产率逐步下降,确定最佳用量为600 g/t时,铝精矿产率59.58%、硫含量0.35%。

图6 捕收剂用量试验流程图

表4 脱硫捕收剂用量试验研究结果(一)

表5 脱硫捕收剂用量试验研究结果(二)

3.5 脱硫开路试验

在条件试验最佳的基础上,按图7所示开路试验流程图,进行脱硫开路试验,试验结果见表6。

图7 开路试验流程图

表6 开路试验结果

由表6的开路试验结果可知,原矿经过“一粗两精三扫”的浮选脱硫开路试验后,可以得到产率为60.87%,硫含量为0.34%的铝精矿,该铝精矿满足了氧化铝冶炼原料的要求。

3.6 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8,试验结果见表7。

由表7闭路试验结果可知,原矿硫含量为7.18%,通过“一粗二精三扫”的闭路浮选试验可得:浮选铝精矿产率81.38%,硫含量为0.45%、Al2O3回收率96.15%;硫精矿硫含量为38.25%。

表7 闭路试验结果

4 结 论

该铝土矿矿样Al2O3含量为64.55%, SiO2含量为1.70,硫含量为7.18%,Fe2O3含量为9.20%,铝硅比为37.35,通过试验研究,最终流程采用“一粗两精三扫”闭路流程,并进行了连选调试,取得了浮选铝精矿产率81.38%,硫含量为0.45%、Al2O3回收率96.15%,有效的降低了原矿中的硫含量,为该铝土矿的浮选脱硫提质综合利用提供了技术支撑。