萬 磊

（中國有色礦業(yè)有限公司，北京 100029）

1 引言

鋁土礦正浮選選礦由于具有充氣量小且敏感、氣泡發(fā)粘且泡沫產(chǎn)率大、礦漿在浮選機(jī)內(nèi)停留時(shí)間長和易沉槽的特點(diǎn)［1］，因此高效鋁土礦浮選設(shè)備的研究一直是其難點(diǎn)。我國自主研發(fā)的鋁土礦專用大型浮選機(jī)技術(shù)從2003年首先在中國鋁業(yè)集團(tuán)中州分公司一期得到應(yīng)用，其后的十年間先后在河南鋁業(yè)、重慶鋁業(yè)和孝義天章鋁業(yè)等多個(gè)單位大規(guī)模應(yīng)用超過200 多臺套。從2003年到至今的10年多的時(shí)間中，相關(guān)科研工作者根據(jù)鋁土礦礦石工藝特點(diǎn)共同對鋁土礦浮選機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，形成了成熟的 鋁土礦專用浮選機(jī)成套技術(shù)［2-3］。該套技術(shù)與傳統(tǒng)浮選機(jī)“混聯(lián)法”配置相比建設(shè)投資低約16%，綜合能耗低50%，生產(chǎn)成本降低約8%［4］。為了加快推廣節(jié)能、高效鋁土礦專用浮選機(jī)成套技術(shù)在國內(nèi)外鋁土礦選礦-拜耳法工藝中的使用，非常有必要對該成套技術(shù)進(jìn)行總結(jié)凝練，提升該成果在世界范圍內(nèi)的影響力度。

2 原礦性質(zhì)

隨著氧化鋁生產(chǎn)的大量投資，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，礦石消耗速度加劇，鋁土礦品位開始快速下降，礦石A/S從2003年的5～6下降到了現(xiàn)在的3.5～4.5。鋁土礦主要為沉積型一水硬鋁石型鋁土礦，一水硬鋁石在礦石中嵌布主要有呈自形和半自形晶、豆?fàn)?、豆鮞狀和隱晶質(zhì)和微晶集合體三種形式。呈自形和半自形晶產(chǎn)出的一水硬鋁石，接觸線較規(guī)整，破碎、磨礦時(shí)易于單體解離。豆?fàn)?、豆鮞狀共生關(guān)系復(fù)雜的集合體的鋁硅比相差很大，是影響選礦精礦質(zhì)量的因素之一［5］。隱晶質(zhì)和微晶集合體一水硬鋁石在磨礦過程中除一部分能單體解離外，絕大部分無法達(dá)到單體解離，對通過選礦過程提高鋁硅比的影響較大［6-7］。最新的生產(chǎn)礦樣化學(xué)成份見表1，礦物組成見表2。

表1 2003年原礦元素分析結(jié)果

表2 2018年原礦元素分析結(jié)果

表3 原礦的化學(xué)物相分析結(jié)果

從化學(xué)成份來看，礦石品位降低后，Al2O3含量由62.3%下降至54.93%，而SiO2含量由11.21%上升至16.11%，物相成份上隨著一水硬鋁石含量的下降，硅礦物含量上升且更加復(fù)雜，鋁硅比由5.56降至僅為3.41。

3 工業(yè)應(yīng)用測試內(nèi)容

對河南某鋁土礦使用現(xiàn)場對鋁土礦專用浮選機(jī)成套配置技術(shù)（XCF型、KYF型與GF型浮選機(jī)）進(jìn)行了應(yīng)用考察。研究內(nèi)容主要包括以下四個(gè)方面：

（1） 浮選動力學(xué)的測試；

（2） 浮選機(jī)的礦漿懸浮特性研究；

（3） 逐槽選別特性研究；

（4） 泡沫流動速度測試。

4 測試結(jié)果及分析

4.1 浮選動力學(xué)測試結(jié)果與分析

由于鋁土礦專用浮選機(jī)成套機(jī)組由直流槽和吸漿槽組成，吸漿槽根據(jù)工藝設(shè)置了XCF 充氣型吸漿槽和GF自吸空氣型吸漿槽，流程圖見圖1，采用充氣測量法測算三種型號浮選機(jī)的充氣量，并由此計(jì)算空氣的分散度。

圖1 工藝流程圖

表4 3型浮選機(jī)空氣分散性能

從表4的數(shù)據(jù)可以看出，粗選KYF-40 的充氣量最大，空氣分散度最低；掃選的XCF-40 浮選機(jī)充氣量最小，空氣分散度最高。這與所在的作業(yè)有關(guān)，粗選泡沫產(chǎn)率最大，需要更多的泡沫負(fù)載和輸送，因此充氣量需求大。同時(shí)由于該浮選機(jī)處在整個(gè)粗掃選作業(yè)的首槽，采用自流給礦，礦漿的流動對浮選機(jī)內(nèi)部的流場影響較大，導(dǎo)致空氣分散度較低。后兩種浮選機(jī)的分散度相對較大，即使在0.12 m3/m2min很低的充氣量水平，空氣分散度也可以達(dá)到4，說明浮選機(jī)具有很好動力學(xué)性能。帶礦時(shí)由于礦漿中藥劑的作用，氣泡直徑很小，都在0.3mm以下，肉眼無法分辨。在小充氣量條件下產(chǎn)生微小直徑的氣泡和較高的分散度體現(xiàn)了浮選機(jī)較好的分選性能。

4.2 浮選機(jī)的礦漿懸浮特性研究

測試方法：由于該技術(shù)是三種新型浮選機(jī)的系統(tǒng)集成新技術(shù)，需要分別對GF-40、XCF-40和KYF-40浮選機(jī)從溢流堰沿槽體深度方向進(jìn)行取樣。溢流堰向下800mm為第一個(gè)取樣點(diǎn)，每向下500mm設(shè)一個(gè)取樣點(diǎn)，共5個(gè)深度取樣點(diǎn)。橫向取樣點(diǎn)需要避開葉輪、給礦管等，具體取樣點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 取樣點(diǎn)分布圖

測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析：同一種浮選機(jī)內(nèi)距離 溢 流 堰 0.8m、1.3m、1.8m、2.3m和 2.8m 五個(gè)不同高度截面的進(jìn)行取樣。取得樣品立即進(jìn)行稱重和烘干處理，測出不同樣品的濃度，以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)分析不同浮選機(jī)槽內(nèi)的礦漿分層現(xiàn)象，然后分+0.074mm，-0.074mm+0.056mm，-0.056mm+0.0385mm，-0.0385mm五個(gè)粒級進(jìn)行水析和制樣，化驗(yàn)了Al2O3和SiO2含量，以金屬含量基本變量進(jìn)行分析。

圖3 金屬分布圖

由圖3可得，3種形式鋁土礦浮選機(jī)槽內(nèi)礦漿粒度分布均勻，沒有粗、細(xì)顆粒分層現(xiàn)象，說明該浮選機(jī)礦粒懸浮能力好，為鋁土礦的浮選提供很好的流體動力學(xué)條件。無論浮選機(jī)是處在粗選作業(yè)還是掃選作業(yè)，當(dāng)選礦濃度和品位發(fā)生變化時(shí)，距溢流堰深度相等時(shí)金屬分布也相同，從而說明三種浮選機(jī)系統(tǒng)集成的合理性。

4.3 逐槽選別特性研究

通過逐槽品位的梯度研究，考察不同位置的浮選機(jī)的選別的效果和對作業(yè)回收率的貢獻(xiàn)情況，同時(shí)分析三種新型浮選機(jī)技術(shù)聯(lián)合作用對浮選效果的耦合作用，見圖4。

圖4 浮選機(jī)布置圖

逐槽品位測試分別對粗掃選作業(yè)單系列的八臺浮選機(jī)的給礦，泡沫產(chǎn)品和底流產(chǎn)品進(jìn)行取樣。粗選1#浮選機(jī)在給礦箱取樣，其余的七臺浮選機(jī)在過流口取底流樣，泡沫產(chǎn)品在溢流堰取樣。取樣后化驗(yàn)數(shù)據(jù)見附表8。對附表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行1/2的合樣進(jìn)行測算后 8 臺浮選機(jī)的Al2O3回收率。數(shù)據(jù)整理見表5。

表5 品位與回收率指標(biāo)

首槽KYF-40對整個(gè)粗掃選作業(yè)的回收率貢獻(xiàn)最大，此后5槽的回收率逐漸降低，到第7槽浮選機(jī)回收率又突然變高，然后又降低。首槽為直流槽，攪拌槽充分?jǐn)嚢璧V漿和藥劑后，首先給入KYF-40浮選機(jī)，由于給礦品位高，藥劑充分?jǐn)嚢瑁允撞鄹∵x機(jī)的回收率最高。2號浮選機(jī)為自吸漿自吸氣浮選機(jī)，一方面選別1號浮選機(jī)的底流，一方面選別4～6號浮選機(jī)返回的泡沫，給礦品位僅次于1號 浮選機(jī)，因此回收率也是次高。7 號浮選機(jī)其回收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5和6 號浮選機(jī)，說明前置中間箱中新添加的藥劑對回收率起到了較為顯著的作用。

4.4 泡沫流速測試

鋁土礦正浮選泡沫發(fā)粘且產(chǎn)率極大，礦漿在浮選機(jī)內(nèi)停留時(shí)間長。泡沫產(chǎn)品的高效排出非常重要。鋁土礦專用浮選機(jī)集成技術(shù)在浮選機(jī)槽體推泡板和刮板配置做出了優(yōu)化從而強(qiáng)化泡沫的快速排出。通過測試來考察技術(shù)優(yōu)化的效果，測量對象選定系列作業(yè)的首槽浮選機(jī)。放置小塊紙片在浮選槽內(nèi)泡沫推泡板的出口位置，計(jì)算紙片到達(dá)溢流堰的時(shí)間。

在測試中發(fā)現(xiàn)第二點(diǎn)的泡沫流速最大達(dá)到2.3m/min，第一點(diǎn)流速由于受端板側(cè)泡沫粘滯的影響變慢，第三點(diǎn)流速最慢是1.2m/min。由于受浮選機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)順時(shí)針攪拌的影響，泡沫具有繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢，因此第三點(diǎn)處的泡沫可以繞過主軸從溢流堰流出，主軸兩側(cè)對稱位置的流速也有所差別，右側(cè)的流速大于左側(cè)的流速。整體而言，泡沫流動良好，技術(shù)的優(yōu)化完全可以滿足鋁土礦泡沫的排出要求。

自浮選機(jī)聯(lián)合機(jī)組成套使用后，現(xiàn)場浮選精礦品位62.86%，回收率75%，鋁硅比10.43，有效實(shí)現(xiàn)了一水硬鋁石的資源回收。

5 結(jié)語

（1）動力學(xué)試驗(yàn)表明：鋁土礦專用浮選機(jī)在小充氣量（～0.1 m3/m2min）情況下，空氣分散度達(dá)到4，解決了鋁土礦正浮選小氣量、目的礦物難礦化的問題，完全滿足鋁土礦正浮選的要求；

（2）工業(yè)應(yīng)用表明：浮選作業(yè)系統(tǒng)的系統(tǒng)回收率達(dá)到75%以上。通過對推泡結(jié)構(gòu)和刮泡裝置的優(yōu)化，增強(qiáng)了浮選機(jī)內(nèi)部泡沫的快速排出，浮選機(jī)中間區(qū)域的泡沫流速可達(dá)2.3m/min。表明浮選機(jī)浮選效果好，解決了大泡沫量的泡沫回收和輸送技術(shù)，滿足設(shè)計(jì)要求；

（3）浮選機(jī)自使用以來，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，可操作性強(qiáng)，浮選機(jī)攪拌力適當(dāng)，在浮選機(jī)中上部形成了懸浮層，泡沫層穩(wěn)定，沒有翻花、沉槽現(xiàn)象，浮選機(jī)系統(tǒng)集成技術(shù)配置合理，直流槽和吸漿槽的聯(lián)合設(shè)計(jì)滿足大泡沫量返回的工藝需求，保證了浮選系統(tǒng)的穩(wěn)定通暢運(yùn)行。