回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究.pdf

8 8 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j A s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 4 ．0 6 ．0 2 2 回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 常自勇，冯其明，欧乐明 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要为了加速铝土矿浮选尾矿的沉降，河南某铝土矿选矿厂使用了以聚丙烯酰胺为主的絮凝剂。沉降槽溢流水返回 至浮选作业，导致精矿灿归，回收率和铝硅比显著降低，试验证明与回水中絮凝剂的累积有关。增大分散剂用量、延长搅拌 时间、增大捕收剂用量，可显著降低絮凝剂对铝土矿浮选的影响。当回水返回比例为5 0 ％一7 0 ％时，可兼顾精矿品质与回水 利用率。 关键词铝土矿浮选；絮凝剂；回水；絮凝；分散 中图分类号T D 9 5 2 ；T D 9 2 3 ；X 7 5 1 ．0 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 4 0 6 0 0 8 8 0 4 S t u d yo nt h eI m p a c to fF l o c c u l a n t si nB a c k w a t e ro nB a u x i t eF l o t a t i o n C H A N GZ i y o n g ，F E N GQ i m i n g ，o UL e m i n g S c h o o lo fR e s o u r c e sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ， C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oa C C e l e m t et h es e d i m e n t a t i o no fb a u x i t ef o t a t i o nt a i l i n g s ，f l o c c u l a n t si nw h i c h P A Mi St h em a i nc o m p o n e n tw a sa p p l i e dt ot r e a tt h ef o a t a t i o nt a i l i n g s ．T h eo v e r f l o ww a t e rW a sr e t u r n e dt o b a u x i t ef l o t a t i o n ，w h i c hl e dt ot h ed e c r e a s eo fA 1 2 0 3r e c o v e r i e sa n dA ／sr a t i oo fc o n c e n t r a t e s ．I tW a st e s t i f i e d t l I a tt h ed e c r e a s eW a sr e l a t e dt ot h ea c c u m u l a t i o no ff l o c c u l a n t s ．T h em e a s u r e so fi n c r e a s i n gd i s p e r s a n t s d o s a g ea n ds t i r r i n gt i m ec o m b i n e dw i t hi n c r e a s i n gc o l l e c t o rd o s a g ec o u l dr e d u c et h ei m p a c to ff l o c e u l a n t so n b a u x i t ef l o t a t i o n ．C o n c e n t r a t e sg r a d ea n du t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yo fb a c k w a t e rc o u l db eg u a r a n t e e dw h e nt h e r e t u r n i n gr a t i oo fb a c k w a t e rW a sc o n t r o l l e df r o m5 0 ％t o7 0 ％． K e yw o r d s b a u x i t ef l o t a t i o n ；f l o c c u l a n t ；b a c k w a t e r ；f l o c c u l a t i o n ；d i s p e r s i o n 我国淡水总量排在俄罗斯、巴西等国之后，居 世界第六位[ 1 ] 。但人均占有量仅为世界人均占有 量的四分之一，因此我国属于水资源相对贫乏国 家。然而，我国的废水排放量却逐年增加，其中以 工业废水为主。据统计[ 2 1 ，选矿是我国废水排放 量最多的行业之一。选矿废水主要来自三个方面 选前的矿石准备作业 磨矿和分级 、选别作业和 选后的脱水作业[ 3 ] 。 对于铝土矿选矿，当采用正浮选脱硅时，尾矿 产率约为2 0 ％～3 0 ％，尾矿浆浓度一般为1 0 ％～ 2 0 ％，若直接排放，会造成水资源的大量浪费，尤 其是在我国北方缺水地区。因此，改善铝土矿尾矿 沉降性能、提高回水利用率具有重要的经济和环保 效益。由于在铝土矿的磨矿和浮选过程中，大量的 细粒铝硅酸盐矿物及黏土矿物进人尾矿中，使得尾 矿颗粒较细，比表面积大，表面能高，颗粒问的静 电斥力大，矿浆高度分散，沉降困难⋯] 。为了实 现尾矿浆的快速沉降脱水，需向尾矿浆中加入絮凝 剂助其沉降，近年已有不少关于这方面的研究[ 】。 河南某铝土矿选矿厂，生产中主要使用铝硅比 为2 ．5 ～3 ．0 的低铝硅比铝土矿，处理量为l5 0 0t ／d ， 其尾矿产率约为5 0 ％。为加速尾矿浆沉降脱水，处 理尾矿时向尾矿浆中添加了一定量的聚丙烯酰胺， 沉降溢流水和压滤水直接返回浮选系统。 本文以该厂生产中原矿为研究对象，以分子量 为l2 0 0 万～l4 0 0 万的阴离子型聚丙烯酰胺作为主 要的絮凝剂，研究回水返回后对铝土矿浮选的影响。 该试验研究对选矿厂提高回水利用率、了解并降低 收稿日期2 0 1 3 - 0 7 3 1修回日期2 0 1 4 - 0 9 1 5 作者简介常自勇 1 9 8 9 一 ，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方向为浮选工艺及理论。 万方数据 2 0 1 4 年第6 期 常自勇等回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 ．移． _ _ ●_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - - - - - _ _ _ ’_ _ _ ●_ ●_ _ _ _ - - _ _ - ●- - _ _ - ●_ _ _ ●_ _ _ _ ●_ ●_ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - ●_ _ _ _ _ _ _ 一●●_ - _ - _ - - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - 一 絮凝剂对浮选的影响、改善生产指标具有重要的指表2回水循环时间对生产的影响 导意义。Table 2 I m p a c to fr e c y c f i n gt i m e o fb a c k w a t e r 1 试验材料与方法面丽；i _ 1 矿O n p r l o d u F c U o nl 百n m F c a t o r s 丽广画■ 1 ．1 矿样与药剂 试验所用矿石取自选矿厂生产中使用的原矿， 对其进行了X 射线衍射分析和多元素分析，其多 元素分析结果见表1 。 表1原矿的多元素分析结果 T a b l e1R e s u l t so fe l e m e n t a la n a l y s i so fc r u d eo r e | ％ 元素A l g hS i 0 2F e 2 0 3T i 0 2M s ON a 抑C a O 烧失量总计 含量5 5 ．跖1 9 ．8 34 ．3 82 ．5 00 ．4 80 ．111 ．1 91 5 ．6 51 0 0 ．0 通过原矿的x 射线衍射分析和表1 化学多元 素分析结果可知，矿石中的主要成分包括一水硬铝 石、锐钛矿、石英、高岭石、云母和赤铁矿，矿石 特点为高铝高硅、低铝硅比 2 ．8 2 。 试验中碳酸钠和六偏磷酸钠均为分析纯药剂， 捕收剂皂化油酸和苯甲羟肟酸为化学纯药剂，絮凝 剂为分子量l2 0 0 万～14 0 0 万的阴离子聚丙烯酰胺。 1 ．2 试验方法 采用容积为1 ．5L 的挂槽式浮选机进行浮选， 浮选浓度为3 3 ．3 ％。试验之前，首先称取0 ．3g 阴 离子聚丙烯酰胺，配制浓度为0 ．1 ％的絮凝剂溶液 3 0 0m L ，然后按照试验需要稀释成不同浓度的溶 液作为试验用水 包括磨矿水和浮选补加水 。磨 矿细度为一7 4p m 占9 5 ％，磨矿产品经7 4 斗m 标 准筛筛分后筛下产品进入浮选，筛上产品视为粗精 矿，并与浮选精矿起作为总精矿。试验采用一次粗 选、一次精选的浮选流程，浮选温度固定为2 5 ℃。 2 试验结果与讨论 2 ．1 回水对铝土矿浮选的影响 磨矿一浮选作业使用的水大部分来自精矿、尾 矿沉降浓缩后的溢流水。尾矿沉降过程中加入的以 聚丙烯酰胺为主的絮凝剂，除大部分吸附在矿物表 面外，仍有部分残留于溢流水中，随着回水在系统 中循环时间的延长，回水中的絮凝剂也逐渐累积。 为了解回水对铝土矿浮选的影响，以加入清水 后4d 的平均生产指标为单位，统计了某铝土矿选 矿厂在清水加入后稳定运行的2 0d 内，现场生产 指标随回水循环时间的变化，结果如表2 所示。 由统计结果可知，除第1 3 1 6d 原矿的铝硅比 略低外，其余时间内原矿铝硅比基本稳定。随着回 时间段，d 铝硅比铝硅比铝硅比产事懦回收率／％ 1 _ 42 ．7 25 ．7 5l 加 5 3 ．9 56 3 ．2 9 5 - 82 ．印5 ．8 41 ．3 5 5 1 ．7 76 1 ．5 5 9 - 1 22 ．8 56 ．7 71 ．4 85 0 ．6 2 6 0 ．3 5 1 3 - 1 6 2 ．4 35 ．7 91 ．3 74 5 ．6 0 5 5 ．5 t 1 7 - 2 0 2 ．8 16 ．2 51 ．6 84 6 ．7 85 5 ．2 1 水在系统中循环时间的延长，精矿触2 0 ，回收率逐 渐降低，精矿铝硅比稳定在5 ．5 以上，满足生产要 求，同时尾矿铝硅比却呈现出逐渐增大的趋势。 表3 为取清水加入后第1 0d 的回水进行浮选 试验，并与清水试验结果进行对比。由结果可知， 当用回水作为试验用水时，总精矿舢如，回收率由 6 4 ．7 4 ％下降到5 9 ．7 0 ％，铝硅比由7 ．5 0 降至6 ．4 9 ， 而尾矿的灿2 0 3 回收率则由2 1 ．0 0 ％上升至2 9 ．9 6 ％， 铝硅比由1 ．0 9 增大至1 ．5 8 。试验结果表明，使用 回水进行浮选试验，不仅会降低精矿产率和A 1 2 0 ， 回收率，还会影响捕收剂对铝土矿的分选效果。 表3回水试验结果 T a b l e3R e s u l t so fb a c k w a t e re x p e f i m e n t s 2 - 2 絮凝捐浓度对铝土矿浮选的影响 由于现场生产中的回水随循环时间的延长，性 质逐渐变化。为了更好的考察回水中絮凝剂的累积 对浮选的影响，用阴离子聚丙烯酰胺配制成l ～2 0 m L 不同浓度的聚丙烯酰胺溶液进行浮选试验。 固定粗选捕收剂为皂化油酸13 0 0s ／t 苯甲羟肟 酸1 0 0 矾，六偏磷酸钠4 0 矾，p H9 ．8 5 左右，观 察浮选回收率和精矿铝硅比的变化，试验结果如图 1 所示。 由图1 可知，当聚丙烯酰胺浓度低于lm g ／L 时，随着聚丙烯酰胺浓度的增大，精矿铝硅比略有 降低，而A 1 2 0 ，回收率反而比清水时还高。这主要 是因为当聚丙烯酰胺浓度较低时，浮选体系中的微 万方数据 9 0 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第6 期 堡 得 馨 鼍 暑 丑 榴 跟 聚丙烯酰胺浓度， m g L - 1 图1 絮凝剂浓度对铝土矿浮选的影响 F i g ．1I m p a c to ff l o c c u l a n t sc o n c e n t r a t i o no n b a u x i t ef l o t a t i o n 细粒发生絮凝增大了颗粒的粒径，从而得以上浮。 但当聚丙烯酰胺浓度大于1m s ／L 时，精矿铝硅比 和A 1 2 0 ，回收率均随着聚丙烯酰胺浓度的增大而减 小。当聚丙烯酰胺浓度增大到l O 一1 5m s ／L 时，精 矿A 1 2 0 ，回收率降低至5 6 ％左右，铝硅比也稳定在 5 ．6 附近，已严重影响了分选效果。试验结果表明， 当聚丙烯酰胺浓度增大到一定值时，不仅将降低捕 收剂的选择性，同时会抑制矿物的上浮。此外，由 试验结果可知，絮凝剂在回水中的累积是造成现场 铝土矿浮选指标恶化的重要原因。 2 ．3 降低絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 由上文可知，当聚丙烯酰胺浓度达到一定值 时，将严重影响铝、硅矿物的分选效果。本节将通 过增大分散剂和捕收剂用量、延长搅拌时间以及降 低回水返回比例等方法，探索降低聚丙烯酰胺对铝 土矿浮选影响的方法。 2 ．3 ．1 分散剂用量对铝土矿浮选的影响 表4六偏磷酸钠用量对铝土矿浮选的影响 T a b l e4I m p a c to fS H M Pd o s eo nb a u x i t ef l o t a t i o n 篇产品名称产靴羔A ／S 羔 六偏磷酸钠是铝土矿浮选中常用的分散剂，表 4 是在聚丙烯酰胺浓度为1 5m g ／L 、捕收剂为13 0 0 鼽皂化油酸 1 0 0g ／t 苯甲羟肟酸、搅拌1 0m i n 时，六偏磷酸钠用量对铝土矿浮选结果的影响。由 试验结果可知，随着六偏磷酸钠用量的增加，精矿 铝硅比逐渐升高，而A 1 2 0 ，和S i O 回收率则逐渐降 低，表明六偏磷酸钠降低了聚丙烯酰胺对浮选的影 响，抑制了脉石矿物的上浮，改善了铝、硅矿物的 分选效果。 2 ．3 ．2 搅拌时间对铝土矿浮选的影响 有研究表明[ 1 0 | ，在絮凝初期，适宜的搅拌有 利于絮凝的发生，当絮体生长到一定粒径后，继续 搅拌非但不利于絮体的生长，还会破坏絮体结构， 对絮凝起到相反的作用。表5 为聚丙烯酰胺浓度为 8m 玑时，捕收剂为13 0 0g ／t 皂化油酸 1 0 0g ／t 苯甲羟肟酸，六偏磷酸钠为4 0 加时，搅拌时间对 铝土矿浮选的影响。由试验结果可知，随着搅拌时 间的延长，精矿铝硅比和A 1 2 0 ，回收率均逐渐升高， 铝、硅矿物的分选效果得到显著改善。 表5搅拌时间对铝土矿浮选的影响 T a b l e5 I m p a c to fs t i r r i n gt i m eo nb a u x i t ef l o t a t i o n 2 ．3 ．3 增大捕收剂用量对铝土矿浮选的影响 表6 为聚丙烯酰胺浓度为8m g C L 、六偏磷酸 钠用量为8 0 加、搅拌时间1 5m i n 时，捕收剂用 量对铝土矿浮选的影响。由试验结果可知，随着捕 收剂用量的增大，精矿产率和A 1 2 0 ，回收率显著升 高，且中矿与尾矿的回收率和铝硅比略有降低。表 明在实现一水硬铝石和脉石矿物的充分分散后，增 加捕收剂用量能够部分抵消聚丙烯酰胺对一水硬铝 石的抑制作用、增强对一水硬铝石的捕收，实现 铝、硅矿物的有效分离。 2 ．3 ．4 降低回水中絮凝剂浓度对铝土矿浮选的影响 万方数据 2 0 1 4 年第6 期常自勇等回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 ．9 1 表6捕收剂用量对浮选的影响 T a b l e6I m p a c to fc o l l e c t o rd o s a g eo nb a u x i ￡ef l o t a t i o n 翟7 名称产莉％羔鹏嚣 由前文可知，当生产回水全部返回至浮选系统 时，会严重影响铝土矿的正常浮选，且絮凝剂对铝 土矿浮选的影响与其浓度相关。本节将通过配制不 同比例的回水作为试验用水，降低回水中絮凝剂的 浓度，观察铝土矿浮选结果的变化，试验结果如表 7 。由表7 可知，降低回水返回比例后，精矿A 1 2 0 3 回收率显著增大而精矿铝硅比略有降低。表明降低 回水返回比例后，回水仍然可用，且随着回水比例 的降低，铝、硅矿物的分选效果逐渐变好。由于该 铝土矿选矿厂对精矿的要求为铝硅比不低于5 ．5 ， 因此综合试验结果及回水利用率后认为，回水的返 回比例为5 0 ％～7 0 ％是适宜的。 3 结论 1 随着回水在系统中循环时间的延长，精矿 m 0 3 回收率逐渐降低而尾矿铝硅比则逐渐升高， 严重影响了铝、硅矿物的分选效果，当回水全部返 回至浮选系统时，与清水相比，精矿A 1 2 0 ，回收率 由6 4 ．7 4 ％降低至5 9 ．7 0 ％，精矿铝硅比由7 ．5 0 降低 至6 ．4 9 。 2 当聚丙烯酰胺浓度大于一定值时，将导致 精矿A 1 2 0 ，回收率及铝硅比显著降低，表明回水中 絮凝剂的累积是导致铝、硅矿物分选效果恶化的重 要原因。 3 增大六偏磷酸钠用量、延长搅拌时间以及 增大捕收剂用量，可有效地降低絮凝剂对铝土矿浮 选的影响，改善铝、硅矿物的分选效果。 表7回水返回比例对铝土矿浮选的影响 T a b l e7 I m p a c to fr e t u r n i n gr a t i oo fb a c k w a t e ro n b a u x i t ef l o t a t i o n 4 降低回水返回比例，可显著改善铝土矿分 选效果，综合考虑精矿要求及回水利用率后认为， 适宜的回水返回比例为5 0 ％～7 0 ％。 参考文献 [ 1 ] 余必敏．工业废水处理与利用[ M ] ．北京科学出版社， 1 9 7 9 6 9 ．．． [ 2 ] 戴晶平．凡口选矿回水中铅锌硫化矿浮选基础研究与工 业实践[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 5 ． [ 3 ] 刘威．选矿生产过程成本控制技术及其应用[ D ] ．沈 阳东北大学，2 0 0 4 ． [ 4 ] 刘焦萍，黄春成．铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺研究 [ J ] ．轻金属，2 0 0 6 5 8 一1 3 ． [ 5 ] 徐会华，冯其明，欧乐明，等．铝土矿浮选尾矿强化沉降 试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 。2 0 1 4 4 5 9 ．- 6 5 ． [ 6 ] 张学英，常虎成．絮凝沉降技术在铝土矿选矿尾矿处理 过程中的应用n ] ．世界有色金属，2 0 啤 5 4 2 4 5 ． [ 7 ] 刘啥．铝士矿尾矿回水利用研究[ D 】．长沙中南大 学。2 0 1 1 ． [ 8 ] 王丰雨，张覃．絮凝剂对尾矿沉降的影响[ J ] ．有色金 属 选矿部分 。2 0 0 5 6 4 l - 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