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低品位高铁铝土矿浮选脱硅试验研究 ① 霍 强1，2， 刘 晰3， 谢建平1，2， 刘新星1，2， 邱冠周1，2 （1.中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083； 2.中南大学 生物冶金教育部重点实验室，湖南 长沙 410083； 3.中国铝业郑州有色金属研 究院有限公司，河南 郑州 450041） 摘 要 低品位高铁铝土矿矿石硬度较高而易过磨，造成浮选指标恶化。 通过 QEMSCAN 分析磨矿产物各粒级组成，发现磨矿产品 粗、细粒级两级分化严重且大部分三水铝石矿物在细粒级矿样中富集。 考查了磨矿细度、抑制剂添加量、高分子调整剂添加量、捕 收剂用量与浮选矿浆浓度等单因素对浮选的影响并确定最优浮选条件。 在最优浮选条件下进行闭路试验，取得了精矿氧化铝含量 54.47％、铝硅比 7.02、氧化铝回收率 75.96％的良好浮选指标。 关键词 低品位高铁铝土矿； 浮选； 脱硅； QEMSCAN 中图分类号 TD952文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253-6099.2018.06.011 文章编号 0253-6099（2018）06-0051-04 Desilication of Low-grade High-Iron Bauxite by Flotation HUO Qiang1，2， LIU Xi3， XIE Jian-ping1，2， LIU Xin-xing1，2， QIU Guan-zhou1，2 （1.School of Minerals Processing and Bioengineering， Central South University， Changsha 410083， Hunan， China； 2.Key Laboratory of Biometallurgy of Ministry of Education， Central South University， Changsha 410083， Hunan， China； 3.Zhengzhou Non-ferrous Metals Research Institute Co Ltd of CHALCO， Zhengzhou 450041， Henan， China） Abstract Overgrinding occurs because of high hardness of low-grade high-iron bauxite， leading to deterioration of the flotation index. QEMSCAN instrument was introduced to analyze the mineral compositions of grinding products screened into a variety of size ranges， and it is found that there existed polarization between coarse- and fine-grained fractions and enrichment of gibbsite in the fine-grained fraction. Effects of single factors such as grinding fineness， depressant dosage， macromolecule regulator dosage， collector dosage， and pulp concentration on flotation were investigated to optimize processing parameters. A closed-circuit test operated at the optimal flotation conditions resulted in the concentrate containing 54.47％ Al2O3with recovery at 75.96％， and A／ S ratio at 7.02. Key words low-grade high-iron bauxite； flotation； desilication； QEMSCAN 统计数据显示，2017 年我国铝矿进口量为 6 876.3 万吨，占我国全年铝土矿总使用量的 40.33％，铝土矿 资源对外依存度很高。 我国低品位高铁铝土矿的资源 储量丰富，但由于其中氧化铁含量高、氧化铝含量低、 铝硅比低，是公认的难分离复合低品位矿石之一，使得 其利用受到限制[1-3]。 合理开发和利用低品位高铁铝 土矿资源对增加氧化铝资源的自给率、缓解我国铝土 矿资源短缺的局面具有重要意义[4]。 浮选脱硅能够实现低品位高铁铝土矿中铝硅矿物 有效分离，提高该类型矿石利用价值[5]。 铝土矿的浮 选脱硅受粒度、药剂、离子的影响[6-8]。 本文以某低品 位高铁铝土矿为研究对象，采取一系列优化措施改善 浮选矿浆环境，优化浮选工艺条件，以提高浮选指标。 1 试验原料与方法 1.1 试验原料 试验原料为河南某高铁铝土矿，原矿化学多元素 分析结果见表 1，矿样矿物组成分析见表 2。 由表 1～2 可知，原矿氧化铝含量为 47.66％，二氧化硅含量为 11.52％，氧化铁含量为 20.02％，矿石铝硅比为 4.14。 原矿中主要含铝矿物为一水硬铝石及少量的三水铝 石，含硅矿物为高岭石、叶蜡石和绿泥石，含铁矿物主 ①收稿日期 2018-06-12 基金项目 中南大学研究生科研创新项目（1053320170205） 作者简介 霍 强（1982-），男，山东泰安人，博士研究生，主要研究方向为冶金矿山三废无害化处理。 通讯作者 邱冠周（1949-），男，广东大埔人，教授，博士，主要研究方向为矿产资源加工利用与生物冶金。 第 38 卷第 6 期 2018 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №6 December 2018 万方数据 要为赤铁矿和铝针铁矿，含钛矿物为钛铁矿和锐钛矿。 表 1 铝土矿原矿化学多元素分析结果（质量分数） ／ ％ Al2O3SiO2Fe2O3TiO2K2ONa2OCaOMgO灼减 47.6611.5220.022.640.0440.0110.0740.03812.02 表 2 铝土矿原矿矿物组成分析结果（质量分数） ／ ％ 一水硬铝石三水铝石高岭石叶蜡石绿泥石 4441046 石英赤铁矿铝针铁矿钛铁矿锐钛矿 218821.6 1.2 试验方法 对原矿进行破碎、磨矿、浮选，分别考察磨矿细度、 各浮选药剂种类及用量、浮选浓度等对浮选脱硅指标 的影响，浮选试验精矿与尾矿分别过滤、烘干、分析。 浮选脱硅条件试验原则流程如图 1 所示。 磨矿 原矿 精 选 调整剂碳酸钠 抑制剂六偏磷酸钠 高分子调整剂HXF-3 捕收剂HXC 粗 选 捕收剂HXC捕收剂HXC 扫 选 精矿中矿尾矿 图 1 浮选脱硅条件试验流程 1.3 试验设备及药剂 试验所用磨矿设备为锥型球磨机（XMQ-240 90），浮选设备为单槽浮选机（XFDⅢ-1.5L）；另有常 规设备如烘箱、搅拌器、pH 计、真空过滤机、滴定管等。 浮选脱硅试验所用药剂碳酸钠和六偏磷酸钠为分 析纯药剂；聚丙烯酰胺 HXF-3 为工业品；捕收剂 HXC 为工业品药剂，主要成分为以工业品油酸为主的多种 脂肪酸盐混合物。 2 试验结果分析 2.1 磨矿细度试验 由于矿石矿物成分复杂、嵌布粒度细，加之矿石含 铁量高，硬度比一般铝土矿高，将矿石磨到一定细度需 要更长的时间，磨矿过程易泥化，且磨矿产物中粗、细 粒级两极分化严重，导致矿石分选性能差，恶化浮选指 标。 矿浆浓度30％，调整剂碳酸钠用量6 000 g／ t，捕收 剂 HXC 用量 900 g／ t 条件下，进行了磨矿细度条件试 验，结果如图 2 所示。 -0.075 mm粒级含量／ 70 65 60 55 50 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 768084889296 精矿Al2O3回收率／ 精矿A／S比 ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● 图 2 磨矿细度试验结果 由图 2 可知，随着磨矿细度不断提升，精矿铝硅比 与精矿氧化铝回收率均呈现先升高后降低的趋势，磨 矿细度以-0.075 mm 粒级占 91.88％时浮选指标较好。 采用 QEMSCAN 矿物定量分析仪对磨矿细度为 -0.075 mm 粒级占 91.88％的磨矿产品进行了分析，结 果表明，经过磨矿后矿样呈现粗、细粒级两级分化，即 粗粒级中含铝矿物主要以一水硬铝石为主，一水硬铝 石矿物与杂质矿物实现了较好的单体解离，存在大量 的含铝矿物和铝硅酸盐矿物及含铁矿物的连生体；细 粒级矿样中含铝矿物主要以一水硬铝石与三水铝石为 主，且大部分三水铝石矿物在细粒级矿样中富集。 结合 QEMSCAN 分析与磨矿细度试验结果推测， 磨矿细度较低时，单体解离不完全会造成部分一水硬 铝石不易捕收；而磨矿细度过高时，大部分三水铝石矿 物富集到微细粒级中，导致微细粒级磨矿产品中铝硅 比较高，增加了浮选脱硅难度。 2.2 抑制剂用量试验 六偏磷酸钠有利于铝土矿浮选，对含硅脉石矿物 起抑制作用和对矿泥起分散作用[9]。 磨矿细度-0.075 mm 粒级占 91.88％，其他条件不变，进行了抑制剂六 偏磷酸钠用量条件试验，结果如图 3 所示。 六偏磷酸钠用量／g t-1 70 65 60 55 50 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 020406080100120 精矿Al2O3回收率／ 精矿A／S比 ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● 图 3 六偏磷酸钠用量试验结果 25矿 冶 工 程第 38 卷 万方数据 由图 3 可知，六偏磷酸钠用量为 30～60 g／ t 时，对 于浮选体系具有一定的分散作用，同时可抑制脉石矿 物上浮，精矿铝硅比有小幅度提高。 随着六偏磷酸钠 用量增加，其对一水硬铝石的抑制作用逐渐加强；用量 提升至 90 g／ t 以上后，精矿铝硅比变化不大，但精矿氧 化铝回收率开始大幅降低。 2.3 高分子调整剂用量试验 经考察不同分子质量的阴离子、阳离子及非离子 型聚丙烯酰胺对浮选指标的影响，发现阴离子型聚丙 烯酰胺 HXF-3 对浮选指标的优化具有明显作用。 抑 制剂六偏磷酸钠用量 60 g／ t，其他条件不变，进行了 HXF-3 用量条件试验，结果见图 4。 HXF-3用量／g t-1 70 65 60 55 50 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 05101520 精矿Al2O3回收率／ 精矿A／S比 ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● 图 4 HXF-3 用量试验结果 由图 4 可知，随着 HXF-3 用量逐渐增加，精矿铝 硅比先升后降，当用量为 6 g／ t 时浮选指标最优，精矿 铝硅比为 7.51，氧化铝回收率为 69.47％。 适量的聚丙 烯酰胺对于浮选指标具有一定的改善作用，原因可能 是浮选体系中添加的少量聚丙烯酰胺类高分子调整 剂，在高速搅拌的矿浆环境下，形成了极为微小的絮 团，缓解了微细粒级对于含铝矿物的罩盖，同时降低了 矿浆的粘度，优化浮选条件；同时聚丙烯酰胺可以在铝 硅酸盐矿物如高岭石表面吸附并使得高岭石表面电位 负移，从而降低高岭石的可浮性[10]。 2.4 捕收剂用量试验 高分子调整剂 HXF-3 用量 6 g／ t，其他条件不变， 进行了捕收剂 HXC 用量条件试验，结果见图 5。 HXC用量／g t-1 75 70 65 60 55 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 70080090010001100 精矿Al2O3回收率／ 精矿A／S比 ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● 图 5 HXC 用量试验结果 捕收剂用量对于浮选指标具有重要影响，捕收剂 用量不足，目的矿物回收率偏低；捕收剂过量，精矿品 位难以提高。 由图 5 可知，HXC 用量 900 g／ t 时，精矿 铝硅比与氧化铝回收率均处于较高值，综合浮选指标 较好；HXC 用量再增加，精矿铝硅比不升反降，氧化铝 回收率也没有明显提高。 2.5 闭路试验 根据各条件试验结果进行了低品位高铁铝土矿浮 选脱硅闭路试验研究，试验流程见图 6，结果如表 3 所 示。 由表 3 可知，闭路试验最终获得铝土矿精矿氧化铝 含量 54.47％、铝硅比 7.02、精矿氧化铝回收率 75.96％、 尾矿铝硅比 1.80 的浮选指标。 相对低品位高铁铝土 矿的浮选，浮选尾矿铝硅比较低，精矿铝硅比也有较大 提高，综合浮选指标较好。 磨矿 原矿 精选 1 扫选 1 精选 2 扫选 2 精 扫选 碳酸钠 六偏磷酸钠 HXF-3 HXC 粗 选 HXC 100 HXC 50 碳酸钠 HXC 尾矿精矿 药剂单位g/t 6000 60 6 700 -0.075 mm占91.88 1000 50 碳酸钠 HXC 1000 50 图 6 闭路试验流程 表 3 闭路试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％ Al2O3SiO2 A／ S 比 Al2O3回收率 ／ ％ 精矿66.4154.477.767.0275.96 尾矿33.5934.0818.961.8024.04 原矿100.0047.6611.524.13100.00 3 结 论 1） 某低品位高铁铝土矿中氧化铝含量 47.66％， 氧化硅含量 11.52％。 磨矿细度-0.075 mm 粒级占 90％时呈粗、细粒级两级分化现象，粗粒级中含铝矿物 主要以一水硬铝石为主，一水硬铝石矿物与杂质矿物 实现了较好的单体解离；细粒级矿样中含铝矿物主要 以一水硬铝石与三水铝石为主，且大部分三水铝石矿 物在细粒级矿样中富集。 2） 以选矿工艺和药剂制度优化为切入点，通过采 35第 6 期霍 强等 低品位高铁铝土矿浮选脱硅试验研究 万方数据 取适当的矿石磨矿细度、适量添加六偏磷酸钠加强矿 浆分散和对脉石矿物的抑制、适量添加聚丙烯酰胺选 择性絮凝微细粒级矿物、优化捕收剂用量一系列措施 对该矿石进行浮选优化研究，取得了精矿氧化铝含量 54.47％、铝硅比 7.02、氧化铝回收率 75.96％、尾矿铝硅 比 1.80 的浮选指标，总体浮选指标较好。 参考文献 [1] 李光辉，董海刚，肖春梅，等. 高铁铝土矿的工艺矿物学及铝铁分 离技术[J]. 中南大学学报（自然科学版）， 2006（4）235-240. 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