难选超高硫铝土矿重浮联合脱硫工艺技术研究

张建强,杜五星,马俊伟,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)

高硫铝土矿作为氧化铝生产的补充资源,一直应用于氧化铝生产,部分硫含量小于1%的高硫铝土矿以配矿形式进入氧化铝生产。河南、贵州、重庆等地部分企业采用浮选方法进行脱硫后用于氧化铝生产。高硫铝土矿生产氧化铝的应用研究已取得一定进展,其中浮选脱硫是一种针对高硫铝土矿综合利用行之有效且已进行产业化应用的方法[1-3]。相关调查发现,遵义及周边地区硫含量大于4%的超高硫铝土矿资源超过800万吨,开采出的矿石受堆放条件影响,氧化酸化较为严重。通过对其进行一系列浮选脱硫试验发现,该矿样在酸性条件下浮选脱硫,对设备腐蚀严重;在碱性条件下浮选脱硫,碳酸钠用量为30 kg/t-原矿以上时才能将矿浆pH值调至8.0～9.0,不仅浮选药剂成本较高,同时pH调整剂用量过多时,会导致浮选泡沫发粘、夹杂严重,使浮选脱硫分选指标变差[4-6]。为开发利用难选超高硫铝土矿资源和解决因矿石酸化而引起的环境问题,有必要加快开发和完善难选超高硫铝土矿综合利用工艺技术。

1 矿石性质研究

1.1 矿样性质分析

本次试验矿样取自遵义某高硫铝土矿矿山,为确定原矿中元素的种类、含量以及矿物组成,对其进行多元素分析和物相分析,分析结果见表1、表2。

表1 原矿多元素分析结果 %

表2 原矿物相分析结果 %

由表1可知,原矿样品中Al2O3含量为52.86%,SiO2含量为11.91%,矿石中的硫含量为7.29%,属于典型的超高硫铝土矿。由表2知,矿石中有用矿物主要为一水硬铝石,脉石矿物主要为伊利石和绿泥石等硅酸盐矿物,硫矿物主要以黄铁矿的形式在矿石中赋存。

1.2 矿样粒度

为了解原矿粒度特性、硫含量的分布情况以及为后续磨矿过程中磨矿粒度的控制提供依据,对超高硫铝土矿原矿进行粒度筛分分析,分析结果见表3。

表3 原矿粒度筛分分析结果 %

由表3可知,原矿中+5 mm和-0.023 mm的粒级占比最多,而硫的含量随着粒级越细整体上呈现降低的趋势。其中含量为20.07%的-0.023 mm原生矿泥为浮选脱硫获得合格铝精矿增加了难度。而+0.074 mm的较粗粒级中有较多的连生体,需要进行磨矿处理才能使有用矿物和脉石矿物实现单体解离。在矿浆浓度为30%时原矿的pH 值为3.5左右,矿石酸化较为严重。

2 结果与讨论

根据超高硫铝土矿矿石基本性质,含硫矿物黄铁矿与含铝矿物一水硬铝石两者比重差异较大,根据公式1计算可知难选超高硫铝土矿重选脱硫的可选性系数约为2,重选脱硫可行性较强[7],本文采用重选和浮选联合的方法对难选超高硫铝土矿进行脱硫试验研究。难选超高硫铝土矿中有部分黄铁矿的嵌布粒度较粗,经细碎或粗磨就能实现较好的解离,可用重选法处理难选超高硫铝土矿,实现部分黄铁矿与铝矿物的有效分离,重选后再进行浮选脱硫,可有效消除硫酸根离子对浮选脱硫的影响,因此按图1流程对原矿进行筛分破碎处理得到原生矿泥和筛分后矿石。

图1 原矿筛分破碎流程图

(1)

式中:E——重选可选性系数;

δ2——重矿物比重;

δ1——轻矿物比重;

ρ——分选介质密度。

2.1 摇床重选脱硫试验

2.1.1 磨矿方式试验

摇床是分选细粒级物料时应用最为广泛的一种重力选矿设备,其具有分选精度高、富集比大,能够一次就分选出高品位精矿和中矿以及尾矿产物的优点[8]。根据条件试验,采用两段摇床对提高硫矿物脱除率比较有利,摇床重选是在保证不产生大量次生矿泥的前提下尽可能的脱除铝土矿中的含硫矿物,因此在矿石磨矿细度-0.074 mm含量为50.00%时,按图2所示流程进行球磨和棒磨两种磨矿方式试验,试验结果见表4。

图2 摇床重选条件试验流程图

由表4可知,在矿石磨矿细度-0.074 mm为50.00%时,球磨和棒磨后的矿浆经摇床重选后均能获得高品质的硫精矿,但棒磨后的重选铝精矿硫含量相对较低,且硫的累计脱除率达到了57.79%,高于球磨的43.95%,同时棒磨产生的次生矿泥更少。鉴于棒磨介质的线接触相较于点接触的球磨,在产品粒度均匀性、磨矿能耗等方面更有优势[9]。综合考虑,确定采用棒磨作为摇床重选的磨矿方式。

表4 不同磨矿方式摇床重选试验结果 %

2.1.2 磨矿细度试验

合理的磨矿细度不仅对摇床重选的工艺指标具有重要影响,还影响到后续矿石的浮选脱硫以及精矿产品的沉降性能。为获得较好摇床重选指标,在一段冲程为9 mm,二段冲程为7 mm,一段摇床的床面坡度为5°,二段摇床的床面坡度为4°时,按图2流程进行磨矿细度试验,试验结果见图3。

图3 摇床重选磨矿细度试验结果

由图3可知,随着棒磨机磨矿细度的不断增加,硫精矿的硫脱除率先提升后降低,而次生矿泥的产生量一直不断增加,当棒磨机的磨矿细度-0.074 mm含量为45.00%时,两段摇床重选脱硫的分选指标较好,此时两段摇床的硫脱除率为63.79%,重选铝精矿的硫含量为3.16%,因此确定磨矿细度-0.074 mm含量为45.00%。

2.1.3 摇床坡度试验

为取得较好摇床重选脱硫效果,开展了一段摇床、二段摇床的最佳参数试验研究。主要考察摇床坡度对摇床重选脱硫指标的影响,在磨矿细度为-0.074 mm含量为45.00%、一段冲程为9 mm、二段冲程为7 mm的条件下,按图2所示流程考察床面坡度对摇床分选指标的影响,试验结果见图4。

由图4试验结果可知,一段摇床和二段摇床硫的脱除率均随着床面坡度的升高呈先升高后降低趋势,当一段摇床的床面坡度为5°、二段摇床的床面坡度为4°时摇床重选脱硫指标最好。因此确定一段摇床的床面坡度为5°,二段摇床的床面坡度为4°。

图4 摇床重选摇床坡度试验结果

2.2 原生矿泥浮选脱硫试验

2.2.1 活化剂用量试验

由于原矿酸化较为严重,筛分后的原生矿泥pH值约为3.5,如果将pH值调节到碱性条件需要消耗较多的碳酸钠,增加选矿成本的同时还会导致浮选泡沫发粘、恶化浮选脱硫指标等问题。根据相关文献可知,黄铁矿的表面状态与矿浆pH值有关,在酸性介质中其表面可能发生FeS2→FeS+S的反应,提高自身氧化电位从而提高自身的可浮性[10],本次试验直接在自然pH条件下进行浮选脱硫,活化剂硫酸铜在浮选体系通过提高黄铁矿表面自身的氧化电位和溶解吸附在黄铁矿表面的亲水性物质,使黄铁矿表面疏水性增大以提高可浮性[11]。为获得原生矿泥最佳的脱硫效果,按图5所示流程考察活化剂硫酸铜用量对原生矿泥浮选脱硫的影响,试验结果见图6。

图5 原生矿泥试验流程图

由图6可知,随着硫酸铜用量的不断增加,铝精矿的硫含量逐渐降低,而硫精矿的硫含量先增高后降低。当硫酸铜用量为50 g/t时,硫精矿的硫含量最高,此时铝精矿的硫含量为0.43%,随着硫酸铜用量的继续增加,铝精矿硫含量降低较少。综合考虑铝精矿硫含量、硫精矿硫含量和浮选成本确定原生矿泥活化剂的用量为50 g/t。

图6 原生矿泥活化剂用量试验结果

2.2.2 捕收剂种类试验

在浮选体系中捕收剂与黄铁矿表面裸露的化学键发生化学系吸附,从而提高黄铁矿的可浮性,进而达到与铝矿物浮选分离的目的,捕收剂种类的选择对浮选脱硫指标至关重要[12]。在自然pH值,活化剂CuSO4用量为50 g/t的条件下,按图5所示流程进行原生矿泥脱硫捕收剂种类试验研究,试验结果见图7。

图7 原生矿泥捕收剂种类试验结果

由图7可知,在硫精矿硫含量相差不大的情况下,通过对比铝精矿的硫含量,发现丁基黄药比38#黄药,丙基黄药、乙基黄药的脱硫效果都好,所以采用丁基黄药作为原生矿泥脱硫的捕收剂。

2.2.3 原生矿泥闭路试验

在原生矿泥条件试验的基础上,为了考察闭路流程的可靠性和可行性,按图8所示流程进行原生矿泥“一粗二精三扫”的脱硫闭路试验,试验结果见表5。

图8 原生矿泥闭路试验流程图

由表5原生矿泥闭路试验结果可知,原生矿泥经过“一粗二精三扫”的闭路浮选试验后,可以得到产率为93.35%、硫含量为0.61%的铝精矿以及硫含量为22.22%的硫精矿。

表5 原生矿泥闭路试验结果 %

2.3 重选铝精矿浮选脱硫试验

处理后矿石经过摇床分选后除得到硫精矿以外,还得到硫含量分别为5.06%、3.16%的次生矿泥与重选铝精矿,两者的硫含量均大于3%,为得到合格的铝精矿必须进行浮选脱硫处理,按图9所示流程进行硫含量为3.16%的重选铝精矿的“一粗二精三扫”闭路试验,试验结果见表6。

图9 重选铝精矿闭路浮选试验流程图

由表6闭路试验结果可知,重选铝精矿经过“一粗二精三扫”的闭路流程处理后,可以得到产率为9.15%、硫含量为32.71%的硫精矿以及产率为90.85%、硫含量为0.18%的铝精矿,铝精矿硫含量较低,可以满足氧化铝生产原料要求。

表6 重选铝精矿闭路浮选试验结果 %

2.4 次生矿泥浮选脱硫试验

为了得到合格铝精矿,按图10所示流程对硫含量为5.06%的次生矿泥进行“一粗二精三扫”的脱硫闭路试验,试验结果见表7。

图10 次生矿泥闭路试验流程图

表7 次生矿泥闭路试验结果 %

由表7可知,次生矿泥经过“一粗二精三扫”的闭路浮选试验后,可以得到产率为83.11%、硫含量为0.53%的铝精矿以及硫含量为27.36%的硫精矿。

2.5 全流程试验

在摇床重选、重选铝精浮选以及原生矿泥浮选条件试验的基础上按照图11进行全流程闭路试验,试验结果见表8。

表8 超高硫铝土矿重浮联合全流程试验结果 %

图11 超高硫铝土矿重浮联合全流程试验图

由表8可知,难选超高硫铝土矿原矿经全流程处理后,将各流程得到的硫精矿和铝精矿分别合并后,可以得到产率为80.60%、硫含量为0.40%的综合铝精矿以及产率为19.40%、硫含量为35.05%的综合硫精矿,取得了较好的脱硫指标,铝精矿硫含量较低,可以满足氧化铝生产原料要求,实现了超高硫铝土矿的综合利用。

3 结 论

(1)遵义某超高硫铝土矿原矿Al2O3含量为52.86%,SiO2含量为11.91%,硫含量为7.29%;有用矿物为一水硬铝石,主要含硫矿物为黄铁矿,矿样中黄铁矿与其它矿物的嵌布关系较为复杂,并且矿石酸化程度较严重,为难选超高硫铝土矿。

(2)针对硫含量为7.29%的难选超高硫铝土矿,通过采用“原矿分级脱泥+重浮联合脱硫”全流程闭路试验,可以获得产率为80.60%、硫含量为0.40%的综合铝精矿以及硫含量为35.94%的综合硫精矿,铝精矿硫含量较低,可以满足氧化铝生产原料要求,实现了超高硫铝土矿的综合利用。

(3)难选超高硫铝土矿重浮联合脱硫关键工艺技术的成功开发,不仅能解决难选超高硫铝土矿的综合利用难题,缓解氧化铝企业现有供矿危机,而且还解决了因矿石堆场酸化而产生的环境问题,具有较好的经济效益和环境效益。