王振杰, 刘安荣, 刘洪波, 彭 伟
(贵州省冶金化工研究所,贵州 贵阳550016)
金属铝是仅次于钢铁的第二大消耗金属,涉及材料、建筑、电力、交通、食品等各领域。 铝土矿是生产氧化铝进而生产金属铝的原材料。 贵州省是全国蕴含铝土矿资源丰富的省份之一,现已探明的铝土矿储量总计超过6 亿吨,开发利用前景广阔。 贵州铝土矿多为低品位高硫铝土矿,硫通常以黄铁矿、胶黄铁矿的形式存在,硫含量大于0.7%。 铝土矿中的硫含量过高,在拜耳法生产氧化铝的过程中将会严重腐蚀钢质设备,缩短设备使用寿命,同时还会导致赤泥沉降性能下降、产品氢氧化铝发绿。 因此,在使用高硫铝土矿拜耳法生产氧化铝之前必须进行脱硫处理[1-6]。
目前,高硫铝土矿脱硫主要采用浮选脱硫法、焙烧脱硫法和溶出脱硫法,其中,焙烧脱硫时存在条件不易控制、设备要求高等问题;溶出脱硫时存在药剂用量大、脱硫效果一般等问题;浮选法脱硫工艺较为成熟,操作简单、脱硫效果显著[7-10]。 本文针对该铝土矿的矿物特征,采用浮选脱硫方法进行试验研究,并对影响浮选脱硫效果的各因素进行优化,确定了适合该铝土矿的浮选脱硫条件,为实现高硫铝土矿高效溶出脱硫提供参考。
试验所用矿样取自贵州省某铝土矿矿山,取具有代表性的矿样进行主要化学成分分析和主要矿物组成分析,结果分别见表1 和表2。
表1 矿样主要化学成分分析结果(质量分数)/%
表2 矿样主要矿物组成(质量分数)/%
由表1 可以看出,该矿样中硅含量较少,铝硅比较高,其他杂质组分含量较低,属于典型的低硅高硫铝土矿。
由表2 可以看出,该矿样中主要有用矿物为一水硬铝石;脉石矿物主要有高岭石、绿泥石、石英等;矿石中的硫矿物以黄铁矿形态存在。
通过探索试验,针对该矿石的矿物特征,采用浮选工艺对该铝土矿进行脱硫处理,试验流程如图1 所示。
图1 试验流程
碳酸钠用量1 800 g/t,硫酸铜用量150 g/t,丁黄药用量300 g/t,2#油用量120 g/t 条件下,考察了磨矿细度对脱硫效果的影响,结果如图2 所示。
图2 磨矿细度对脱硫效果的影响
由图2 可以看出,磨矿细度对脱硫效果的影响较为显著,铝土矿精矿中S 含量随磨矿细度变小先逐渐减少后有所增加,脱硫率则先增加后降低,其原因可能是随着磨矿细度减小,矿物单体解离越充分,矿物比表面积越大,矿物越容易与浮选药剂发生反应,脱硫效果越显著,但是,当磨矿细度过小时,浮选药剂很难捕捉到有效矿物,因此,脱硫效果有所降低[11]。 综合考虑浮选指标,确定磨矿细度为-0.074 mm 粒级占82.64%。
磨矿细度-0.074 mm 粒级占82.64%,其他条件不变,考察了碳酸钠用量对脱硫效果的影响,结果如图3所示。 由图3 可以看出,随着碳酸钠用量增加,铝土矿精矿中硫含量先降低后升高,硫脱出率则先升高后降低,其原因可能为:随着碳酸钠用量增加,溶液逐渐呈碱性,碱性环境利于浮选脱硫试验的进行,当碳酸钠用量达到1 800 g/t 时,溶液pH 值为8.5,此时铝土矿精矿中S 含量达到最小值,S 脱出率达到最大值。 综合考虑,确定碳酸钠用量为1 800 g/t。
图3 碳酸钠用量对脱硫效果的影响
图4 硫酸铜用量对脱硫效果的影响
碳酸钠用量1 800 g/t,其他条件不变,考察了硫酸铜用量对脱硫效果的影响,结果如图4 所示。 由图4可以看出,随着硫酸铜用量增加,铝土矿精矿中硫含量呈先下降后升高的趋势,而脱硫率则呈先升高后降低的趋势,其原因为:随着硫酸铜的加入,硫酸铜中的Cu2+与黄铁矿发生反应生成CuS 和FeSO4,从而增加了浮选脱硫率;但是当硫酸铜用量过高时,溶液中存在大量的Cu2+会消耗大量的捕收剂,导致硫铁矿脱出率降低[12]。 综合考虑,确定硫酸铜用量为150 g/t。
硫酸铜用量150 g/t,其他条件不变,考察了丁黄药用量对脱硫效果的影响,结果如图5 所示。 由图5可以看出,随着丁黄药用量增加,S 脱出率呈先升高后趋于平稳的趋势,铝土矿精矿S 含量则呈先下降后趋于平稳的趋势,当丁黄药用量为300 g/t 时,S 脱出率和精矿S 含量均达到平衡值,确定丁黄药用量为300 g/t。
在条件试验的基础上进行了闭路试验,试验流程及药剂制度见图6,结果见表3。
表3 闭路试验结果
经一粗两扫两精闭路流程,得到了硫含量0.26%的铝土矿精矿,尾矿硫含量达到6.34%,脱硫率达85.86%,铝土矿脱硫效果显著。
贵州某铝土矿属典型的低硅高硫铝土矿,通过浮选脱硫,经一粗两扫两精闭路试验,在磨矿细度为-0.074 mm 粒级占82.64%,碳酸钠用量1 800 g/t、硫酸铜用量150 g/t、丁黄药用量600 g/t、2#油用量240 g/t 条件下,获得了硫含量0.26%的铝土矿精矿,尾矿硫含量为6.34%,脱硫率达85.86%,该方法脱硫效果显著。