山西某高硫鋁土礦脫碳脫硫試驗研究

劉中原,張建強,杜五星

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

山西某地區(qū)高硫鋁土礦Al2O3含量為65.91%,A/S高達11.79,其品位很高,屬于優(yōu)質鋁土礦資源,但C含量0.87%、S含量1.58%,高碳高硫限制了這類礦產的有效開發(fā)利用。因為鋁土礦C含量偏高,會造成后續(xù)氧化鋁生產中碳堿高,影響溶出產能、溶出能耗升高、溶出安全存在隱患、蒸發(fā)汽耗及苛化消耗增大、赤泥洗滌效果下降、種分分解率降低等[1];其次,硫元素在拜耳法生產氧化鋁的溶出過程中以S22-、S2-、SO32-、SO42-、S2O32-等不同價態(tài)存在,這些離子嚴重影響溶出工藝的效果、加速生產設備腐蝕、危害設備安全、造成溶出液污染、降低產品品質、與溶液中的堿反應增加堿耗、不利于種分分解、降低赤泥沉降能力等[1]。一般要求氧化鋁生產中所用原礦的C含量小于0.5%、S含量小于0.3%,而該礦石無法滿足生產需求。因此,為經濟合理地開發(fā)利用該資源,對山西某高硫鋁土礦進行脫碳脫硫工藝技術研究。

1 礦石性質研究

1.1 礦石的化學多元素分析及物相分析

對該高硫鋁土礦原礦進行化學多元素分析及物相分析,了解原礦性質,為后續(xù)浮選提供指導,分析結果見表1和表2。

表1 原礦的化學多元素分析

表2 原礦的物相分析

由表1可知,原礦中Al2O3含量為65.91%,SiO2含量為5.59%,A/S達11.79,有害雜質S含量為1.58%、C含量為0.87%,屬于C含量較高的高硫高鋁硅比鋁土礦。由表2可知,含鋁礦物主要為一水硬鋁石,次為高嶺石;含硅礦物主要為高嶺石、伊利石;含鐵礦物主要為赤鐵礦、黃鐵礦和菱鐵礦;含硫礦物主要為黃鐵礦[2];含C礦物主要為白云石和菱鐵礦,總C含量為0.87%,有機碳含量為0.74%,無機碳含量為0.13%。該鋁土礦必須降低C和S的含量后才能用作氧化鋁的原料,可以通過浮選脫碳脫硫降低有害雜質來滿足氧化鋁冶煉要求[3-7]。

1.2 礦石的粒度組成分析

對破碎后的原礦進行不同粒級篩分并分析,了解礦石的粒度分布情況,篩分結果見表3。

表3 原礦粒級篩分結果

由表3可知:+0.15 mm粒級含量占79.04%,該部分礦物S含量較高、C含量較低;-0.074mm粒級含量占18.21%。從各個粒級的S含量與C含量可以看出:原礦含硫礦物主要集中在+0.15 mm粒級;含碳礦物主要集中在0.038～0.15 mm和-0.023 mm粒級。

2 實驗室試驗研究

該礦樣中碳和硫元素所占比例很小,適合采用反浮選方法;礦樣中的碳主要是有機碳,適合先脫除有機物將礦樣凈化后再脫硫可獲得較高的精礦產率,因此采用反浮選脫碳脫硫方法降低碳和硫的含量。為獲得最佳的工藝指標,擬進行以下條件試驗。

2.1 磨礦細度試驗研究

進行磨礦細度試驗,磨礦細度(-0.074 mm)分別為73%、77%、84%、88%、92%,浮選脫硫磨礦細度試驗工藝流程見圖1,試驗結果見圖2。

圖1 磨礦細度試驗流程圖

由圖2可知,磨礦細度越細,粗精礦的產率越低,而粗選泡沫的產率越高;粗精礦的C含量和S含量隨著磨礦細度的降低而降低;當磨礦細度≥84%以后,粗精礦的C含量處于平穩(wěn)趨勢,綜合考慮粗精礦指標和粗選泡沫的指標,在磨礦-0.074 mm占84%時,浮選脫碳及脫硫綜合效果較佳。

圖2 磨礦細度試驗結果

2.2 脫碳捕收劑試驗研究

在磨礦細度-0.074 mm占84%、自然pH值條件下,以松醇油作為脫碳起泡劑,選用煤油和柴油作為脫碳捕收劑進行對比,脫碳捕收劑與起泡劑的添加比例為5∶1。按圖3所示流程研究脫碳捕收劑種類及用量對浮選脫碳的影響,試驗結果見圖4。

圖3 脫碳藥劑用量試驗流程圖

由圖4可知,隨著藥劑用量的增大,鋁精礦產率降低,當藥劑用量超過300 g/t時,粗精礦C含量下降不明顯,且粗精礦產率較低,所以藥劑用量為300 g/t為宜。另外,相同脫碳捕收劑藥劑用量條件下,使用柴油做脫碳硫捕收劑所得鋁精礦中S含量稍低,其對礦石中含碳礦物的捕收能力稍強于煤油,但優(yōu)勢不明顯。從藥劑成本、存儲安全等多方面考慮,建議使用性價比較高的煤油作為脫碳捕收劑。

圖4 脫碳藥劑用量試驗結果

2.3 脫硫捕收劑試驗研究

磨礦細度-0.074 mm占比84%,先自然pH值脫碳,再利用Na2CO3調漿pH值至8.5,以松醇油作為脫硫起泡劑,分別選用乙基黃藥、丁基黃藥、戊基黃藥和混合黃藥作為脫硫捕收劑進行對比,脫硫捕收劑與起泡劑的添加比例為3∶1。按圖5所示流程研究脫硫捕收劑種類對浮選脫硫的影響,試驗結果見圖6。

圖5 藥劑種類對比試驗流程圖

圖6 脫硫捕收劑試驗結果

由圖6可知,相同脫碳捕收劑藥劑用量條件下,戊基黃藥做脫硫捕收劑對礦石中的黃鐵礦有較強的捕收能力,且選擇性也比較好,所得粗精礦的S含量最低。綜合比較鋁精礦S含量和硫精礦S含量,以戊基黃藥為脫硫捕收劑。

2.4 活化劑種類試驗研究

為增強礦物表面對捕收劑的吸附能力,提高浮選脫硫的效果,需選用優(yōu)良的活化劑對黃鐵礦進行活化。磨礦細度-0.074 mm占比84%,戊基黃藥做脫硫捕收劑、松醇油做起泡劑,分別選用硫化鈉、硫酸銅、草酸和硫酸亞鐵作為活化劑劑進行對比,按圖5所示試驗流程考察活化劑種類對脫硫指標的影響,試驗結果見圖7。

圖7 活化劑試驗結果

由圖7可知,4種活化劑用量相同時,硫酸銅作為活化劑所得粗精礦的S含量最低為0.43%,且粗選泡沫的S含量較高,故選擇硫酸銅作為浮選脫硫的活化劑。

2.5 浮選脫碳脫硫開路試驗研究

根據上述一系列條件試驗進行開路試驗,因脫碳時一次粗選所得精礦的C含量低于0.5%,所以浮選脫碳只需一次粗選;增加一次精選以降低鋁精礦的S,精選時加入脫硫藥劑;為得到品質較高的硫精礦,嘗試兩次掃選,掃選泡沫會將選礦藥劑夾帶進系統(tǒng)中,故掃選時不添加藥劑。開路試驗采用“一次浮選脫碳+一次粗選一次精選兩次掃選浮選脫硫”的工藝流程,試驗流程見圖8,試驗結果見表4。

圖8 開路試驗流程圖

表4 開路試驗結果

由表4可知,開路試驗可得產率74.59%、S含量0.23%、C含量0.39%的鋁精礦,和產率3.47%、S含量22.61%、C含量2.33%的硫精礦;且鋁精礦C含量較粗選脫碳時更低,說明浮選脫硫時,有一少部分碳硫共生體礦物被選別出來。

2.6 NaOH代替Na2CO3做調整劑的試驗研究

氧化鋁生產中為了降低碳堿量,嚴格控制外界碳酸鹽進入系統(tǒng)中,因此嘗試用NaOH代替Na2CO3做調整劑調節(jié)礦漿pH值,試驗流程與圖8開路試驗一致。礦漿pH值調至8.5,Na2CO3用量5 kg/t,而NaOH用量僅為1.6 kg/t。

表5 調整劑試驗結果

2.7 閉路試驗研究

為驗證浮選脫碳脫硫全流程的可靠性和可行性,采用“預選浮選脫碳”+“一次粗選一次精選兩次掃選浮選脫硫”工藝流程,進行閉路試驗。試驗流程見圖9,試驗結果見表6。

表6 閉路試驗結果

圖9 閉路試驗流程圖

由表6可知,通過“預選浮選脫碳”+“一次粗選一次精選兩次掃選浮選脫硫”閉路試驗可得:脫碳泡沫產率6.59%;硫精礦產率6.64%;鋁精礦產率86.77%,S含量為0.25%,C含量為0.46%,Al2O3含量為68.63%、鋁硅比為12.73,其S和C含量均滿足氧化鋁原料指標的要求,且Al2O3含量和鋁硅比均高于原礦,可作為氧化鋁生產的高品位優(yōu)質原礦。通過脫碳脫硫方法實現(xiàn)了該地區(qū)高硫高鋁硅鋁土礦的有效利用。

3 結 論

對山西某高硫鋁土礦的礦樣性質及浮選脫碳脫硫試驗研究得出以下結論:

(1)該高硫鋁土礦屬于高鋁、低硅、高鋁硅比型鋁土礦,其Al2O3含量為65.91%,SiO2含量為5.59%,A/S高達11.79,含鋁礦物主要為一水硬鋁石,含硅礦物主要為高嶺石、伊利石;該高硫鋁土礦S含量為1.58%、C含量為0.87%,含硫礦物主要為黃鐵礦;含碳礦物主要為白云石和菱鐵礦。

(2)通過原礦脫碳脫硫條件試驗研究發(fā)現(xiàn),在磨礦細度-0.074 mm占比84%、煤油300 g/t,松醇油60 g/t作為脫碳藥劑、氫氧化鈉1.6 kg/t,硫酸銅50 g/t,戊基黃藥600 g/t,松醇油200 g/t作為脫硫藥劑,開路試驗可得產率為72.53%,S含量為0.20%、C含量為0.36%的鋁精礦和產率為4.79%,S含量為18.38%的硫精礦及產率為6.56%的脫碳泡沫。

(3)礦樣中的主要含碳礦物和含硫礦物可選性較好,通過“預選浮選脫碳”+“一次粗選一次精選兩次掃選浮選脫硫”閉路試驗可得:脫碳泡沫產率6.59%;硫精礦產率6.64%;鋁精礦產率86.77%,S含量為0.25%,C含量為0.46%,Al2O3含量為68.63%、鋁硅比為12.73。該鋁精礦可作為氧化鋁生產的高品位優(yōu)質原礦。

(4)通過脫碳脫硫方法可實現(xiàn)山西某地高硫高鋁硅比鋁土礦的有效利用。