河南某地区煤下高硫铝土矿浮选试验研究

刘中原,张站云,马俊伟,姚 杰,许 可

(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)

我国铝土矿矿产经过多年高强度开采,地表铝土矿资源逐步枯竭,矿石品位逐步下降,国内矿石供应能力趋弱。铝土矿资源瓶颈制约加剧,针对当前高品位铝土矿储量日渐减少,供矿品位下降的趋势,有必要加快开发和完善其它类型铝土矿利用技术[1-3]。河南等地储有丰富的煤下高硫铝土矿开发难度大,目前煤下高硫铝土矿尚无成熟大规模工业化开发的成功案例。煤下铝土矿性质复杂,需要通过选矿提质才能实现资源高效利用。本研究对河南某地区煤下高硫铝土矿进行实验室试验研究,为该地区煤下高硫铝土矿资源的综合利用提供技术支撑,对实现煤下铝资源产业化开发具有一定的指导意义。

1 矿石性质

河南某地区煤下高硫铝土矿破碎至3 mm以下进行矿石性质分析,多元素分析结果见表1,物相分析结果见表2,原矿粒度分析结果见表3。

表1 矿石主要矿物化学成分分析 %

表2 原矿物相分析 %

表3 原矿粒度分析结果

由表1可知:矿石化学成分主要为Al2O3,其次为SiO2、Fe2O3和S等,Al2O3含量为56.91%、SiO2含量为11.23%、铝硅比为5.06;S含量高达5.15%,属于高硫铝土矿。

由表2可知:矿石中主要有用矿物是一水硬铝石及少量一水软铝石,脉石矿物以高岭石、绿泥石和伊利石为主,需要脱除的硫化矿主要以黄铁矿的形态存在[4]。根据化学成分和矿物组成特点,可以认为该矿样属于以一水硬铝石为主的高硫铝土矿。

由表3可知:+1 mm与-0.023 mm粒级的产率较高,分别为30.26%、23.75%,-0.075 mm粒级占比30.51%;随着原矿粒度变细,Al2O3含量及铝硅比呈下降趋势,+0.023～0.075 mm粒级的S含量最高,-0.023 mm粒级的S含量最低。

2 条件试验研究

为有效降低高硫铝土矿中硫含量,综合考察了磨矿细度、矿浆pH值、活化剂用量、抑制剂用量、捕收剂种类和用量等条件对浮选工艺指标的影响。条件试验的磨矿细度(-0.075 mm)为70%～85%;使用草酸和碳酸钠调整矿浆pH值3～9;活化剂使用硫酸铜,用量设定50～200 g/t;使用SNS作为抑制剂,用量为0～3 000 g/t;脱硫捕收剂主要为戊基黄药与乙硫氮等组合复配;使用BKS-901型新型起泡剂,其用量为脱硫捕收剂的1/2.5;采用三次粗选刮泡,每次加入脱硫捕收剂和起泡剂。条件试验流程见图1。

图1 浮选脱硫条件试验流程

2.1 磨矿细度试验

该矿石破碎后-0.075 mm粒级占比30.51%,含泥量较高;矿石中的黄铁矿嵌布粒度为中细粒,要获得硫含量较低的精矿既需能够单体解离,同时防止过磨发生泥化现象。磨矿细度(-0.075 mm)分别为70%、75%、80%、85%,磨矿细度试验结果见图2。

图2 浮选脱硫磨矿细度试验结果

由图2可知,随着磨矿细度的升高,脱硫粗精矿的S含量先降低后升高;脱硫泡沫的S含量呈下降趋势。当磨矿细度(-0.075 mm)为75%时,铝矿物与黄铁矿完成解离,未产生过多的细颗粒,获得粗精矿的S含量最低,脱硫泡沫的S含量较高,指标相对较好,故磨矿细度(-0.075 mm)设定为75%。

2.2 矿浆pH值试验

酸性条件用草酸调整矿浆pH值,碱性条件用碳酸钠调整矿浆pH值,磨矿细度(-0.075 mm)为75%,矿浆pH值试验结果见图3。

图3 矿浆pH值试验结果

由图3可知,随着矿浆pH值升高,脱硫粗精矿与脱硫泡沫的S含量均呈现先降低后升高。酸性条件下脱硫指标优于碱性,该类矿石中的黄铁矿在pH值为5的酸性条件下具有良好的可浮性。

2.3 活化剂用量试验

硫酸铜是一种被广泛使用的黄铁矿活化剂,其主要作用机理是Cu2+吸附在黄铁矿表面生成疏水表面,提高黄铁矿的可浮性[5]。试验考察不同用量的硫酸铜对浮选指标的影响,试验结果见表4。

表4 活化剂用量浮选指标试验结果

由表4可知:随着活化剂用量增加,脱硫粗精矿的硫含量逐渐降低,活化剂用量分别达到150、200 g/t时,脱硫粗精矿的硫含量较100 g/t未有明显变化,且前者的硫精矿硫含量稍低。确定活化剂用量为100 g/t。

2.4 抑制剂用量试验

因矿石中含泥量较高,使用抑制剂SNS对矿泥有一定的分散作用,且其能够吸附在铝硅酸盐矿物表面,形成亲水的胶体薄膜。试验考察不同用量的SNS对浮选指标的影响,抑制剂用量试验结果见表5。

表5 抑制剂用量浮选指标试验结果

由表5可知:不添加抑制剂SNS时,脱硫粗精矿S含量较高,且产量偏低,随着SNS用量提升至2 000 g/t时,粗精矿S含量明显降低;当SNS用量提升至3 000 g/t时,粗精矿S含量及产率相比2 000 g/t变化不明显。综合考虑抑制剂SNS用量为2 000 g/t。

2.5 捕收剂用量试验

在磨矿细度为-0.075 mm占比75%,矿浆pH值为5,活化剂用量为100 g/t,抑制剂用量为2 000 g/t时,研究捕收剂用量对浮选指标的影响,工艺流程见图4,试验结果见表6。

图4 捕收剂用量试验工艺流程

表6 捕收剂用量试验结果 %

由表6可知:①随着捕收剂用量的增加,铝精矿产率逐渐降低,硫含量逐渐降低。②当捕收剂用量由700 g/t增加至800 g/t时,铝精矿产率由73.24%降低至71.06%,硫含量由0.72%降低至0.69%,铝精矿指标变化不明显。因此,确定捕收剂用量为700 g/t。

3 重选预先脱泥试验

条件试验所得粗精矿S含量均高于0.65%,对粗精矿筛分后发现,-0.023 mm的产率为53%、S含量0.98。添加抑制剂有一定的脱泥效果但不明显,故采用螺旋溜槽重选预先脱泥再进行浮选脱硫。工艺流程见图5,试验结果见表7。

图5 预先脱泥+浮选脱硫工艺流程

表7 重选脱泥试验结果 %

由表7可知:螺旋溜槽预先脱泥再浮选脱硫,得到脱硫粗精矿S含量为0.48%,较直接浮选脱硫粗精矿有明显降低;脱硫泡沫S含量达到22.05%。预先脱泥有效减少了矿泥对浮选脱硫的不利影响。

4 闭路试验

根据开路试验确定的高硫铝土矿浮选脱硫最佳浮选工艺条件,进行“预先脱泥+一粗三精三扫”浮选脱硫闭路试验研究,工艺流程见图6,试验结果见表8。

表8 闭路试验结果 %

由表8中数据可知:通过预先脱泥、浮选脱硫闭路试验可获得产率为83.08%、Al2O3含量为62.42%、S含量为0.53%、SiO2含量为11.51%、A/S为5.42的铝精矿和产率为10.14%、S含量为38.04%的硫精矿及产率为6.76%的脱泥尾矿。其中,铝精矿的Al2O3含量与铝硅比较原矿都有提升,且铝精矿的S含量有明显降低,脱硫效果明显。铝铝精矿的S含量小于0.6%,可与普铝矿掺配后做为氧化铝生产的原料矿石;硫精矿的S含量大于38%,可作为生产硫酸的原料。该地区煤下高硫铝土矿通过浮选提质,能够实现资源综合利用,具有良好的经济效益。

5 结 论

本系列试验主要进行了河南某地区煤下高硫铝土矿矿石性质研究、条件试验研究、重选预先脱泥试验及闭路试验研究,对该类型高硫铝土矿进行浮选提质工艺探索,得出以下结论:

(1)该矿石中的黄铁矿嵌布粒度为中细粒,磨矿细度(-0.075 mm)为75%时,硫矿物能够实现较好的解离;当矿浆pH值为5、活化剂用量为100 g/t、抑制剂用量为2 000 g/t、捕收剂用量为700 g/t时进行浮选,硫矿物具有较好的可浮性;

(2)原矿-0.075 mm粒级占比30.51%,脉石矿物含大量的绿泥石,矿泥影响浮选时的分选效果,铝精矿中存在大量硫含量较高的微细粒。采用预先脱泥再浮选,能够有效降低矿泥对浮选的不利影响;

(3)通过闭路试验可得到产率为83.08%、Al2O3含量为62.42%、S含量为0.53%、A/S为5.42的铝精矿和产率为10.14%、S含量为38.04%的硫精矿及产率为6.78%的脱泥尾矿。其中,铝精矿可与普铝矿掺配做为氧化铝生产的原料矿石;硫精矿可作为生产硫酸的原料。通过预先脱泥再浮选的方法能够实现该地区煤下铝土矿资源的综合利用,具有良好的经济效益。