高硫鋁土礦反浮選中同步脫硫和脫硅的交互影響

嚴(yán) 崢 梅光軍 朱國(guó)斌 程 潛 周杰強(qiáng) 陳世寧

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070；2.平頂山華興浮選工程技術(shù)服務(wù)有限公司，河南平頂山467000）

鋁土礦是工業(yè)上生產(chǎn)金屬鋁的最主要來(lái)源［1］，拜爾法工藝?yán)酶咪X硅比一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁存在著多種不利因素，如果礦石含硅量太大、品位太低，氧化鋁溶出過(guò)程會(huì)造成赤泥量過(guò)大，生產(chǎn)流程無(wú)法正常運(yùn)行［2-5］。鋁土礦的預(yù)脫硅處理，是提高鋁硅比行之有效的辦法。目前，鋁土礦的正浮選工藝已經(jīng)在不少企業(yè)建成投產(chǎn)，并取得不錯(cuò)的選礦效果［6］。但鋁土礦浮選采用分步脫硫脫硅工藝，一方面生產(chǎn)工藝流程比較長(zhǎng)，影響精礦的因素更加復(fù)雜；另一方面水耗、電耗等生產(chǎn)成本較高。

使用鋁土礦反浮選同步脫硫脫硅的方法處理高硫鋁土礦，符合“浮少抑多”的原則［7］，相比正浮選而言，既可以降低藥劑的使用量，也可以降低能耗；相比于分步脫硫脫硅，流程簡(jiǎn)單。本研究通過(guò)選礦試驗(yàn)初步探索一種適合處理高硫高硅鋁土礦的反浮選同步脫硫脫硅選礦工藝，通過(guò)紅外光譜分析，研究了丁基黃藥和CTAB與鋁土礦的作用機(jī)理，并初步對(duì)實(shí)際礦物進(jìn)行了同步脫硫脫硅浮選試驗(yàn)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該種浮選工藝應(yīng)用于高硫高硅鋁土礦的開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

高嶺石純礦物取自河南某地，礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，其純度符合純礦物試驗(yàn)要求。黃鐵礦純礦物購(gòu)自中華標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)。鋁土礦礦樣取自重慶某地，化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

本研究使用的儀器有：Nicolet6700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)熱電子科學(xué)儀器公司；真空過(guò)濾機(jī)，武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司；電子天平，上海浦春計(jì)量有限公司；DHG-9035A鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；XFGⅡ5-35G變頻掛槽浮選機(jī)，武漢探礦機(jī)械廠。

十六烷基三甲基溴化銨和碳酸鈉、鹽酸均為國(guó)藥試劑分析純，丁基黃藥為科德化工有限公司純度84.5%的產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 純礦物浮選試驗(yàn)

稱取4.0 g試樣，將其轉(zhuǎn)移至XFG浮選機(jī)容積為40 mL的玻璃浮選槽中，用定量的去離子水調(diào)漿，將礦漿質(zhì)量濃度調(diào)至10%，并保持礦漿溫度為25℃。礦漿的pH調(diào)整劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液，捕收劑為濃度為1 mg/mL的CTAB溶液和丁基黃藥溶液。純礦物浮選試驗(yàn)流程見圖1。浮選結(jié)束后，泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別過(guò)濾、烘干、稱重、化驗(yàn)，計(jì)算回收率。

1.2.2 鋁土礦實(shí)際礦物浮選試驗(yàn)

通過(guò)丁基黃藥和CTAB對(duì)鋁土礦實(shí)際礦物的浮選試驗(yàn)，探究鋁土礦同步脫硫脫硅工藝的可行性。根據(jù)單礦物試驗(yàn)得到的最佳浮選條件，在相同條件下對(duì)鋁土礦實(shí)際礦物進(jìn)行1粗1精流程選別，以鑒別鋁土礦同步脫硫脫硅浮選試驗(yàn)分選指標(biāo)的優(yōu)劣，同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗(yàn)流程如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 CTAB和丁基黃藥對(duì)高嶺石浮選行為的影響

圖3所示為礦漿pH值為5.0時(shí)，CTAB和丁基黃藥藥劑用量對(duì)高嶺石回收率影響的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖3可知：隨著捕收劑CTAB用量的增加，高嶺石的回收率先增加而后逐漸趨于平穩(wěn)；當(dāng)捕收劑CTAB用量從150 g/t增至250 g/t時(shí)，高嶺石的回收率由33.85%升高到67.14%，回收率明顯提高；當(dāng)捕收劑CTAB的用量超過(guò)250 g/t時(shí)，高嶺石的回收率雖有起伏，但整體趨于平穩(wěn)。從圖3中可以看出，丁基黃藥對(duì)高嶺石無(wú)捕收作用。

圖4所示為礦漿pH值為5.0、CTAB用量為250 g/t時(shí)，丁基黃藥用量對(duì)高嶺石回收率影響的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖4可知：CTAB對(duì)高嶺石的回收率在丁基黃藥的作用下呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)；當(dāng)丁基黃藥的用量從50 g/t增加至150 g/t時(shí)，CTAB對(duì)高嶺石的回收率從59.67%降至42.81%；而后隨著丁基黃藥用量的增加，高嶺石的浮選回收率逐漸增大后趨于恒定，當(dāng)丁基黃藥用量為200 g/t時(shí)，CTAB對(duì)高嶺石的浮選回收率達(dá)到最大，為86.10%。

浮選試驗(yàn)結(jié)果表明：礦漿中丁基黃藥用量為200 g/t時(shí)，CTAB浮選高嶺石與直接用CTAB浮選高嶺石（250 g/t）結(jié)果相比，浮選回收率提高了18.96個(gè)百分點(diǎn)，CTAB藥劑用量減少了20%。礦漿中存在一定量丁基黃藥時(shí)，CTAB和丁基黃藥浮選高嶺石效果明顯優(yōu)于CTAB直接浮選高嶺石。

2.2 CTAB和丁基黃藥對(duì)黃鐵礦浮選行為的影響

圖5所示為丁基黃藥用量對(duì)黃鐵礦回收率影響的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖5可知：隨著丁基黃藥用量的增加，黃鐵礦浮選的回收率呈明顯上升趨勢(shì)且無(wú)較大波動(dòng)，當(dāng)丁基黃藥用量從250 g/t增至1 500 g/t時(shí)，黃鐵礦的回收率由83.57%增加到90.44%，黃鐵礦回收率增加了6.87個(gè)百分點(diǎn)。

圖6所示為丁基黃藥用量為250 g/t時(shí)，CTAB用量對(duì)黃鐵礦回收率影響的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖6可知：隨著CTAB用量的增加，黃鐵礦回收率出現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)；CTAB用量由20 g/t增加至75 g/t時(shí)，黃鐵礦回收率由85.56%降至最低的82.14%；當(dāng)CTAB藥劑用量從75 g/t增加至125 g/t時(shí)，黃鐵礦回收率增至最高，為90.12%。

試驗(yàn)結(jié)果表明：使用CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦與直接使用丁基黃藥浮選黃鐵礦得到的回收率較接近；與直接使用丁基黃藥浮選黃鐵礦相比，使用CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦達(dá)到相同的回收率，丁基黃藥用量由1 500 g/t降至250 g/t，丁基黃藥消耗量?jī)H為直接使用丁基黃藥浮選的16.67%。

2.3 CTAB和丁基黃藥與礦物作用的紅外光譜分析

2.3.1 CTAB和丁基黃藥與高嶺石作用的紅外光譜分析

通過(guò)考察礦物表面與藥劑吸附前后的紅外光譜變化情況研究捕收劑對(duì)高嶺石的作用機(jī)理，對(duì)各試樣進(jìn)行紅外檢測(cè)，結(jié)果見圖7。

由圖7可知：與CTAB作用后的高嶺石紅外光譜曲線中位于2 930 cm-1附近出現(xiàn)了新的吸收峰，這主要?dú)w功于CTAB的碳鏈在2 849～2 958 cm-1處的—CH3和—CH2—反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)的影響；與CTAB作用后的高嶺石紅外光譜曲線中位于1 480 cm-1附近出現(xiàn)了新的吸收峰，這是由于CTAB在1 487 cm-1處的N—CH3變角振動(dòng)和1 361～1 473 cm-1處的—CH3和—CH2—變角振動(dòng)的影響。綜合分析說(shuō)明CTAB捕收劑的碳鏈及—CH3R2R3R4N+基團(tuán)在高嶺石純礦物的表面發(fā)生了吸附。另外，從圖中可以看出，藥劑的添加順序?qū)Ω邘X石的浮選可視為沒(méi)有影響，但是與單獨(dú)添加一種藥劑時(shí)的紅外光譜相比，吸附了兩種藥劑的高嶺石紅外光譜在3 550～3 750 cm-1和900～1 200 cm-1處吸收峰強(qiáng)度發(fā)生明顯變化。高嶺石在3 550～3 750 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度顯著減弱，這說(shuō)明高嶺石的—Al—OH裸露量減少，高嶺石在900～1 200 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度同樣也出現(xiàn)了減弱的現(xiàn)象，表明高嶺石純礦物的—OH和—Si==O的裸露量也在下降，在646 cm-1處高嶺石紅外光譜吸收峰強(qiáng)度的下降表明有C—S基團(tuán)吸附在高嶺石表面，這表明兩種藥劑相互協(xié)同，促進(jìn)了CTAB在高嶺石表面的吸附，這與浮選試驗(yàn)效果也吻合。

2.3.2 CTAB和丁基黃藥與黃鐵礦作用的紅外光譜分析

通過(guò)考察礦物表面與藥劑吸附前后的紅外光譜變化情況研究捕收劑對(duì)黃鐵礦的作用機(jī)理，對(duì)各試樣進(jìn)行紅外檢測(cè)，結(jié)果見圖8。

由圖8可知［8-11］：黃鐵礦在加入CTAB后紅外光譜在3 436 cm-1處的吸收峰移至3 439 cm-1，再加入丁基黃藥后黃鐵礦的紅外光譜的振動(dòng)頻率由3 439 cm-1轉(zhuǎn)移至3 438 cm-1；黃鐵礦在加入CTAB時(shí)紅外光譜在1 629 cm-1處出現(xiàn)新峰，再加入丁基黃藥后黃鐵礦的紅外光譜的振動(dòng)頻率由1 629 cm-1轉(zhuǎn)移至1 625 cm-1，這表明丁基黃藥在黃鐵礦表面發(fā)生吸附，促進(jìn)了黃鐵礦的捕收。黃鐵礦在加入丁基黃藥后由于吸附碳鏈紅外光譜由3 018 cm-1處轉(zhuǎn)移至3 013 cm-1處，再加入CTAB后黃鐵礦的紅外光譜由3 013cm-1處轉(zhuǎn)移至3 143 cm-1處，這表明與丁基黃藥作用過(guò)的黃鐵礦對(duì)CTAB的吸附比較明顯；黃鐵礦在加入丁基黃藥時(shí)紅外光譜在1 561 cm-1和670 cm-1處出現(xiàn)新峰，再加入CTAB后黃鐵礦純礦物的紅外光譜在670 cm-1處的吸收峰未出現(xiàn)明顯變化，但1 561 cm-1處未再出現(xiàn)吸收峰，說(shuō)明CTAB對(duì)C—S基團(tuán)的影響不明顯。CTAB在黃鐵礦表面的吸附強(qiáng)化了丁基黃藥在黃鐵礦表面吸附的穩(wěn)定性，CTAB對(duì)丁基黃藥浮選黃鐵礦具有吸附增敏效應(yīng)，浮選效果較單獨(dú)使用丁基黃藥效果更好。

2.4 鋁土礦實(shí)際礦物試驗(yàn)

根據(jù)上述單礦物浮選試驗(yàn)結(jié)果，在浮選給礦的磨礦細(xì)度為-0.074 mm含量75%，脫硫捕收劑丁基黃藥總添加量為360 g/t，脫硅捕收劑CTAB總添加量為300 g/t，浮選礦漿pH值為5.0的條件下，對(duì)鋁土礦實(shí)際礦物進(jìn)行1粗1精選別試驗(yàn)，鋁土礦同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)產(chǎn)品的分析結(jié)果如表3所示。

由表3可知：通過(guò)鋁土礦實(shí)際礦物同步脫硫脫硅1粗1精浮選試驗(yàn)，可以得到鋁硅比為5.29，S含量0.21%的精礦，精礦鋁硅比較原礦鋁硅比提高1.65，精礦產(chǎn)率為42.87%。實(shí)際礦物浮選試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁土礦實(shí)際礦物采用丁基黃藥和十六烷基三甲基溴化銨兩種藥劑進(jìn)行反浮選同步脫硫脫硅試驗(yàn)可以得到較好的浮選指標(biāo)。精礦的回收率有待進(jìn)一步提高，這表明使用該種工藝進(jìn)行鋁土礦工藝浮選生產(chǎn)具有切實(shí)可行性。

3 結(jié) 論

（1）丁基黃藥用量為200 g/t，CTAB用量為250 g/t時(shí)，CTAB和丁基黃藥浮選高嶺石純礦物的回收率為86.10%，與使用CTAB直接浮選高嶺石相比，高嶺石回收率提高了18.96個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)丁基黃藥用量為250 g/t，CTAB用量為75 g/t時(shí)，CTAB和丁基黃藥浮選黃鐵礦純礦物的回收率為90.12%，與使用丁基黃藥用量為1 500 g/t浮選黃鐵礦回收率相差僅為0.32個(gè)百分點(diǎn)。CTAB-丁基黃藥浮選黃鐵礦強(qiáng)化了丁基黃藥在黃鐵礦表面的吸附，CTAB對(duì)黃鐵礦吸附丁基黃藥具有吸附增敏效應(yīng)。

（2）重慶某鋁土礦原礦硫品位為2.14%，氧化鋁品位55.24%，鋁硅比為3.64，屬典型低品位高硫鋁土礦，經(jīng)過(guò)最佳試驗(yàn)條件下一段磨礦工藝，1粗1精浮選工藝流程，獲得了精礦產(chǎn)率為42.87%、硫品位為0.21%、Al2O3品位為63.14%、回收率為49.00%、鋁硅比為5.29的浮選指標(biāo)。