杜五星,張建強(qiáng),馬俊偉,魏兆斌

(1.中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司 河南 鄭州 450041；2.國(guó)家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450041)

隨著國(guó)內(nèi)氧化鋁行業(yè)的快速發(fā)展以及優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源的日益枯竭，對(duì)雜質(zhì)含量高的鋁土礦資源的開發(fā)利用日益迫切，若能解決高硫鋁土礦脫硫的難題，提高鋁資源的利用率，將能在很大程度上緩解我國(guó)氧化鋁礦石資源緊張的問(wèn)題[1-3]。中鋁鄭州研究院對(duì)S含量為7.46%的酸化超高硫鋁土礦進(jìn)行重-浮聯(lián)合浮選脫硫后可以得到S含量為0.18%的鋁土礦精礦以及S含量為2.06%的重選尾礦。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)重選尾礦礦漿酸化嚴(yán)重，如果將pH值調(diào)節(jié)到堿性條件需要消耗較多的碳酸鈉，增加選礦成本的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致浮選泡沫發(fā)粘、惡化浮選脫硫指標(biāo)等問(wèn)題[4-6]。因此對(duì)重選尾礦進(jìn)行脫硫試驗(yàn)研究，以提高礦石的綜合利用率。

1 礦石性質(zhì)研究

1.1 礦樣性質(zhì)分析

對(duì)重選尾礦進(jìn)行多元素分析和物相分析，以了解重選尾礦中元素的種類、含量以及礦物組成，為后續(xù)的綜合利用技術(shù)開發(fā)提供礦物學(xué)依據(jù)，分析結(jié)果見表1、表2及圖1。

表1 重選尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2 重選尾礦物相分析結(jié)果 %

圖1 重選尾礦XRD圖譜

由表1知，原礦樣品中Al2O3含量為51.22%，SiO2含量為9.25%，A/S為5.54，礦石中有害雜質(zhì)主要為S，S含量為2.06%。由表2及圖1可知，礦石中有用礦物主要為一水硬鋁石，脈石礦物主要為伊利石、綠泥石等硅酸鹽礦物，硫礦物主要以黃鐵礦的形式在礦石中賦存。

2 結(jié)果與討論

該尾礦的A/S為5.54，經(jīng)過(guò)脫硫處理后可以直接進(jìn)入氧化鋁系統(tǒng)，重選尾礦中的有用礦物主要為一水硬鋁石，脈石礦物為伊利石與綠泥石，其中有害雜質(zhì)主要為黃鐵礦，同時(shí)待處理礦為重選尾礦，酸化嚴(yán)重且礦石粒度較細(xì)，給浮選脫硫除雜增加了難度。根據(jù)雜質(zhì)黃鐵礦與一水硬鋁石在表面物理化學(xué)性質(zhì)(主要是潤(rùn)濕性)的差異，決定采用回收粒度比較細(xì)的酸性浮選工藝脫除有害雜質(zhì)黃鐵礦[7]。

2.1 礦漿pH值試驗(yàn)

由于原礦酸化較為嚴(yán)重，重選得到的尾礦pH值約為4.5，如果將pH值調(diào)節(jié)到堿性條件需要消耗較多的碳酸鈉，增加選礦成本的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致浮選泡沫發(fā)粘、惡化浮選脫硫指標(biāo)等問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，黃鐵礦的表面狀態(tài)與礦漿pH有關(guān)，在酸性介質(zhì)中其表面可能發(fā)生FeS2→FeS+So的反應(yīng)，提高自身氧化電位從而提高其表面疏水性，進(jìn)而提高自身的可浮性[8-9]。按照?qǐng)D2流程對(duì)比堿性和酸性(自然pH)條件下的浮選指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 重選尾礦浮選脫硫條件試驗(yàn)流程圖

圖3 重選尾礦pH試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，在酸性條件(自然pH)下鋁精礦中的硫含量更低，而在堿性條件下獲得的硫精礦硫含量更高，同時(shí)重選尾礦在酸性(自然pH=4.5)條件下浮選還可以節(jié)省大量的碳酸鈉用量，綜合考慮重選尾礦以脫硫?yàn)槭滓康?，選擇重選尾礦在酸性(自然pH=4.5)條件下浮選脫硫。

2.2 活化劑種類試驗(yàn)

在浮選過(guò)程中活化劑的添加可以使黃鐵礦表面產(chǎn)生疏水性薄膜，從而提高黃鐵礦的可浮性，在酸性(自然pH=4.5)條件下，按圖2流程對(duì)比硫化鈉、草酸、硫酸銅以及硫酸亞鐵四種活化劑的活化效果，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 重選尾礦活化劑種類試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖4可知，硫化鈉、草酸、硫酸銅以及硫酸亞鐵四種脫硫活化劑中草酸的硫精礦S含量最高，硫酸銅的鋁精礦S最低。重選尾礦脫硫的目的就是為保證鋁精礦S含量盡可能的低，因此決定使用硫酸銅作為重選尾礦酸性浮選脫硫的活化劑。

2.3 活化劑用量試驗(yàn)

活化劑CuSO4在浮選體系通過(guò)提高黃鐵礦表面自身的氧化電位和溶解吸附在黃鐵礦表面的親水性物質(zhì)使黃鐵礦表面疏水性增大以提高可浮性[10]。在酸性(自然pH=4.5)浮選條件下，為獲得重選尾礦最佳的脫硫效果，按圖2所示流程考察活化劑CuSO4用量對(duì)原生礦泥脫硫的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 重選尾礦活化劑CuSO4用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著活化劑CuSO4用量的不斷增加，鋁精礦的硫含量逐漸降低，而硫精礦的硫含量先增高后降低。當(dāng)活化劑用量為50 g/t時(shí)，硫精礦的硫含量最高，此時(shí)鋁精礦的硫含量為0.43%，隨著硫酸銅用量的繼續(xù)增加，鋁精礦S含量降低較少。綜合考慮鋁精礦S含量、硫精礦S含量和浮選成本確定原生礦泥活化劑硫酸銅的用量為50 g/t。

2.4 捕收劑種類試驗(yàn)

在浮選體系中捕收劑與黃鐵礦表面裸露的化學(xué)鍵發(fā)生化學(xué)系吸附從而提高黃鐵礦的可浮性進(jìn)而達(dá)到與鋁礦物浮選分離的目的，捕收劑種類的選擇對(duì)浮選脫硫指標(biāo)至關(guān)重要[11]。在酸性(自然pH=4.5)浮選環(huán)境，活化劑CuSO4用量為50 g/t的條件下按圖2所示流程進(jìn)行重選尾礦脫硫捕收劑種類試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 重選尾礦捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果

圖6可知，在硫精礦S含鋁相差不大的情況下，通過(guò)對(duì)比鋁精礦的硫含量，發(fā)現(xiàn)丁基黃藥比38#黃藥，丙基黃藥、乙基黃藥的脫硫效果都好，所以采用丁基黃藥作為原生礦泥脫硫的捕收劑。

2.5 捕收劑用量試驗(yàn)

丁基黃藥在黃鐵礦表面氧化生成雙黃藥并吸附導(dǎo)致其疏水上浮，因此捕收劑丁基黃藥的用量對(duì)浮選工藝指標(biāo)有著極其重要的影響。在酸性(自然pH=4.5)浮選環(huán)境，活化劑CuSO4用量為50 g/t，脫硫起泡劑用量與丁基黃藥收劑用量為1∶3的情況下，按圖2所示流程進(jìn)行重選尾礦丁基黃藥用量試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 重選尾礦丁基黃藥用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可知，隨著脫硫捕收劑丁基黃藥用量的不斷增加，鋁精礦中的硫含量不斷降低，而硫精礦的硫含量也不斷降低。綜合考慮鋁精礦的品質(zhì)和硫精礦的硫含量，丁基黃藥捕收劑的用量為600 g/t，浮選脫硫的指標(biāo)最佳。

2.6 重選尾礦閉路試驗(yàn)

在重選尾礦條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了考察閉路流程的可靠性和可行性，按圖8所示流程進(jìn)行原生礦泥“一粗二精三掃”的脫硫閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖8 重選尾礦閉路試驗(yàn)流程圖

表5 重選尾礦閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

由表5重選尾礦閉路試驗(yàn)結(jié)果可知，重選尾礦經(jīng)過(guò)“一粗二精三掃”的閉路浮選試驗(yàn)后可以得到產(chǎn)率為93.35%，S含量為0.61%的鋁精礦，以及硫含量為22.22%的硫精礦，該鋁精礦中的S含量得以明顯降低，該鋁精礦可以與重-浮聯(lián)得到S含量為0.18%的鋁土礦精礦合并(混合鋁精礦S含量為0.35%)直接進(jìn)入氧化鋁溶出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了綜合利用。

3 結(jié) 論

(1)重選尾礦Al2O3含量為51.22%，SiO2含量為9.25%，硫含量為2.06%，有用礦物為一水硬鋁石，脈石礦物主要為伊利石與綠泥石，有害雜質(zhì)主要為黃鐵礦，其pH值為4.5酸化比較嚴(yán)重，同時(shí)粒度組成較細(xì)，常規(guī)堿性浮選脫硫除雜工藝難以達(dá)到脫硫目標(biāo)。

(2)在酸性浮選條件下(自然pH=4.5)條件下，S含量為2.05%的重選尾礦經(jīng)“一粗二精三掃”的閉路浮選流程處理后，獲得了產(chǎn)率為93.35%，S含量為0.61%的鋁精礦，以及硫含量為22.22%的硫精礦，該鋁精礦可以與S含量為0.18%的鋁土礦精礦合并(混合鋁精礦S含量為0.35%)可以直接進(jìn)氧化鋁溶出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了綜合利用，提高了礦石的綜合利用率。

(3)酸性浮選脫硫技術(shù)的開發(fā)，成功解決了重選尾礦因酸化嚴(yán)重、堿性浮選脫硫指標(biāo)差等一些問(wèn)題，還解決了因礦石堆場(chǎng)酸化而產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，具有較好的環(huán)境效益。