干扰床分选机分选低品位铝土矿的可行性研究.pdf

第 43 卷 2015 年第 4 期 本栏目编辑 张代瑶 分选 82 干扰床分选机分选低品位铝土矿的 可行性研究 张宁宁 1,2，周长春1,2，刘小凯1,2，丛龙斐1,2，曹文龙1,2 1中国矿业大学化工学院 江苏徐州 221116 2国家煤加工与洁净化工程技术研究中心 江苏徐州 221116 摘要以河南某铝硅比约为 3 的低品位铝土矿为研究对象，探究干扰床分选机对其分选的可行性。 通过破碎筛分以及浮沉试验确定了干扰床分选机较佳的入料粒度上限为 0.90 mm，探索了干扰床分 选机中上升水流大小与精矿铝硅比的关系，当上升水流为 0.91 m3/h 时，可以得到铝硅比为 7.69、产 率为 26.13 的合格精矿。研究结果表明，干扰床分选机对低品位铝土矿的分选具有一定的效果，该 研究对我国铝土矿的开发与应用具有一定的指导意义。 关键词低品位铝土矿；破碎筛分；浮沉试验；干扰床分选机 中图分类号TD952 文献标志码A 文章编号1001-3954201504-0082-04 Feasibility research on separation of low-grade bauxite with TBS ZHANG Ningning1,2, ZHOU Changchun1,2, LIU Xiaokai1,2, CONG Longfei1,2, CAO Wenlong1,2 1School of Chemical Engineering crushing and sieving; fl oat-and-sink test; teeter bed separator TBS 基金项目国家自然科学基金资助项目51174205；教育部新世 纪优秀人才支持计划资助项目 NCET-12-0962 作者简介张宁宁，男，1990 年生，硕士研究生，主要从事铝 土矿选矿工艺、设备等方面的研究。 我 国的铝土矿资源多以一水硬铝石型为主，铝 高、硅高、铝硅比低[1]，无法直接用拜耳法生 产氧化铝[2]。因此要找到一种适宜的分选方法，提高 低品位铝土矿的铝硅比显得十分重要。对于铝土矿的 分选，较成熟且研究较多的是浮选工艺[3-5]。然而铝 土矿浮选需要较高的磨矿细度 -74 m 含量在 85 以 上 且需要消耗昂贵的浮选药剂，选矿成本高。重选 以其操作简单、选矿成本低等优点广泛应用于选矿及 选煤领域。但重选在铝土矿分选方面的应用却很少有 人研究，若重选能够应用于铝土矿的分选上，势必会 降低铝土矿选矿的成本。 一水硬铝石型铝土矿的主要矿物组成有一水硬铝 石、高岭石、伊利石及叶腊石，各主要矿物的基本物 化性质如表 1 所列[6]。 由表 1 可知，一水硬铝石的比重为 3.3 3.5，而 其他硅铝酸盐矿物的比重在 2.2 2.9 之间，两者之间 存在一定的差异，使铝土矿的重力分选存在可能。 第 43 卷 2015 年第 4 期 本栏目编辑 张代瑶 分选 83 干扰床分选机 Teeter Bed Separator，TBS 作为 一种新兴的高效重力分选设备，在粗煤泥分选方面得 到了广泛的应用[7-9]。TBS 在铝土矿分选方面的应用 尚未有人研究，笔者以河南某低品位铝土矿为研究对 象，以重选的新兴设备 TBS 为分选设备，研究 TBS 对低品位铝土矿分选的可行性，考察 TBS 对一水硬 铝石的分选效果，拓展铝土矿分选方面的研究领域， 为我国低品位铝土矿的开发与应用提供新的技术支 持。 1 原矿性质 1.1 化学多元素分析 采用 X 射线荧光分析仪对原矿进行化学多元素 分析，结果如表 2 所列。 由表 2 可以看出，原矿中氧化铝含量为 55.42， 二氧化硅含量为 18.21，铝硅比为 3.04，属于低品位铝 土矿。 1.2 铝的物相分析 为进一步确定矿石中铝的赋存状态，利用偏光显 微镜、X 射线衍射等手段对原矿中铝的化学物相进行 分析，结果如表 3 所列。 由表 3 可以看出，矿石中铝的主要物相为一水硬 铝石，含量为 46.71，其中的氧化铝含量占矿石中 氧化铝总量的 71.71，因此选矿回收的主要目的矿 物为一水硬铝石。 2 试验及讨论 2.1 破碎筛分试验 参照 TBS 对粗煤泥的分选实践，拟取 TBS 对铝 土矿的分选粒度下限为 0.25 mm。为了确定其分选 的粒度上限，将原矿混匀后缩分出若干份，取其中 5 份用颚式破碎机将其破碎成粒度上限分别为 2.00、 1.25、0.90、0.60 和 0.45 mm 的 5 种矿样；将破碎后 的 5 种矿样进行筛分，分析了不同矿样中矿石粒度分 布与不同粒度矿石相应铝硅比的变化情况，并绘制了 粒级分布柱状图和不同矿样的粒级与铝硅比柱状图， 分别如图 1、2 所示。 由图 1 可知，随着破碎产品粒度的减小，矿石 中细粒级含量逐渐增多。当破碎产品粒度为 0.45 mm 时，-38 m 产率达到最大，约为 46.1，0.25 mm 含量达到最小，约为 21.1。 由图 2 可知，各个粒级矿石的铝硅比随着矿石粒 度的减小而降低，这是因为一水硬铝石硬度较大，而 高岭石、伊利石等铝硅矿物硬度相对较小，经过物理 破碎后，一水硬铝石解离不充分，相反高岭石、伊利 石过粉碎严重，导致细粒级中夹杂过多的粉状杂质， 降低了铝硅比。当破碎产品粒度为 0.45 mm 时，细粒 级含量最多，而细粒级包含的脉石矿物最多，所以导 致 0.25 mm 粒级矿石的铝硅比最大，约为 6.3；而 其他破碎产品粒度的矿样中 0.25 mm 粒级矿石的铝 Al2O3 SiO2 MgO Na2O K2O CaO Fe2O3 S TiO2 烧失量 55.42 18.21 0.49 0.18 1.65 1.49 8.86 0.19 2.42 11.09 表 2 原矿化学多元素分析结果 Tab. 2 Analysis results of chemical composition of raw ore 物相 一水硬铝石 高岭石 伊利石 三水铝石 总计 各矿物占矿石 总量百分比 46.71 31.35 3.82 2.87 81.82 各矿物中 Al2O3 占矿石总量百分比 39.70 12.39 1.40 1.87 55.36 Al2O3 分布率 71.71 22.38 2.53 3.38 100.00 表 3 铝的物相分析结果 Tab. 3 Analysis results of aluminum phase 图 1 不同矿样的粒级分布 Fig. 1 Particle size distribution of various crushed samples 图 2 不同矿样的粒级与铝硅比的关系 Fig. 2 Relationship between size fraction and mass ratio of Al to Si of various crushed samples 矿物名称 一水硬铝石 高岭石 伊利石 叶腊石 化学式 Al2O3H2O Al4 [Si4O10] OH8 K2O 3 Al2O36SiO2 2 H2O Al4 [Si4O10] OH2 比重 3.3 3.5 2.2 2.6 2.6 2.9 2.8 2.9 Al2O3/ 83.83 38.74 36.85 30.11 莫氏硬度 6.5 7.0 2.2 2.6 2.0 3.0 1.0 2.0 可磨性 难磨 易磨 易磨 易磨 表 1 铝土矿中主要矿物的基本物化性质 Tab. 1 Physical and chemical characters of main minerals in bauxite 第 43 卷 2015 年第 4 期 本栏目编辑 张代瑶 分选 84 硅比都在 5 以下。 2.2 浮沉试验 用四氯化碳、三溴甲烷、二碘甲烷配置密度分别 为 2.6、2.8、3.0、3.2、3.3 g/cm3 的重液[10]进行浮沉 试验。将各矿样中 -0.25 mm 粒级的矿粒筛分除去， 浮沉试验的对象是 0.25 mm 粒级矿样。根据试验结 果分别绘制了浮沉密度与沉物铝硅比关系曲线以及浮 沉密度与沉物 Al2O3 回收率关系曲线，如图 3、4 所 示。 由图 3 可知，沉物矿石的铝硅比随着浮沉密度的 减小而降低，这是因为以高岭石、伊利石为主的脉石 矿物的密度比一水硬铝石密度要小，浮沉密度越小沉 物中脉石矿物所占的比例越大。当矿石密度大于 3.2 g/cm3 时，除破碎产品粒度为 2 mm 的矿样外，沉物 铝硅比基本都在 10 以上；当矿石密度大于 3.0 g/cm3 时，破碎产品粒度为 0.45、0.60、0.9 mm 矿样的沉物 铝硅比在 9 左右；破碎产品粒度为 2.00、1.25 mm 矿 样的沉物铝硅比降至 7 左右。 由图 4 可知，矿石随着重液密度的减小，沉物 Al2O3 回收率逐渐提高。在相同密度条件下，沉物 Al2O3 回收率基本随着矿石破碎粒度的减小而减小。 当矿石密度大于 3.0 g/cm3 时，破碎产品粒度为 2 mm 的矿石 Al2O3 回收率最高，在 50 左右；破碎产品粒 度为 0.90 mm 与 1.25 mm 的 Al2O3 回收率相接近，在 40 左右。综合考虑沉物铝硅比以及沉物 Al2O3 回收 率，最终选择 0.90 mm 作为 TBS 分选的粒度上限。 2.3 TBS 分选试验 2.3.1 TBS 分选原理 TBS 的分选原理是矿浆切向给入设备的入料 井，按预定的压力和流速由泵将水打入分选机底部的 洗水分配室，通过扰动板均匀分布到干扰床分选机底 部，形成向上的扰动水流，下降的物料与上升水流相 遇而形成干扰层或称沸腾床层。入料中的颗粒在分选 机中作干扰沉降运动，由于颗粒之间密度的不同，使 干扰沉降速度存在差异，从而为分选提供了依据。当 达到稳定状态时，入料中密度高于干扰床层平均密度 的颗粒将进入沉物流，并通过底部的排料口排出。排 料阀门由干扰床层内的密度传感器发出的信号控制。 TBS 的结构示意如图 5 所示。 2.3.2 TBS 分选试验及结果 根据以上试验及其分析，将原矿石破碎至 -0.90 mm，筛除 -0.25 mm 的矿粒 需要说明的是，由图 1 可以看出，当破碎产品粒度为 0.90 mm 时，破碎矿 石中 -0.25 mm 部分的产率在 46 左右，且由图 1 和 图 2 中数据可以计算出该部分的铝硅比在 2.3 左右， 所以该部分不能直接抛尾，而应继续磨矿后用传统的 浮选方法进行分选，取 -0.90 mm 0.25 mm 粒级的 矿样作为 TBS 入料矿样，选用直径为 100 mm 的实验 室TBS 进行试验。对于特定粒度、密度的矿石，影响 TBS 分选效果的最主要因素是上升水流的大小[11]。通 过调整上升水流大小，调节 TBS 内的床层密度，从 而实现铝土矿按照密度差异进行分选。不同上升水流 流量条件下 TBS 分选低品位铝土矿的分选结果如表 4 所列。 图 3 0.25 mm 矿石浮沉密度与沉物铝硅比关系曲线 Fig. 3 Curve of relationship between fl oat-and-sink density of 0.25 mm mineral and mass ratio of Al to Si of sediment 图 4 0.25 mm 矿石浮沉密度与沉物 Al2O3 回收率关系曲线 Fig. 4 Curve of relationship between fl oat-and-sink density of 0.25 mm mineral and recovery of sediment Al2O3 1. 入料口 2. 执行器 3. PID 控制器 4. 溢流口 5. 传感器 6. 扰动板 7. 洗水分配室 8. 底流口 9. 上升水流管 10. 溢流槽 图 5 TBS 的结构示意 Fig. 5 Structural sketch of TBS 第 43 卷 2015 年第 4 期 本栏目编辑 张代瑶 分选 85 由表 4 可以看出，不同上升水流对所获得的精矿 铝硅比存在一定的影响，并没有呈现出，随上升水流 增大铝硅比增大的趋势，这是由于铝土矿矿石密度较 大以及矿石粒度分布范围较大造成的。在不同上升水 流下，精矿铝硅比基本在 7 7.5 之间，精矿产率为 27 左右；在上升水流为 0.91 m3/h 时，可以获得铝 硅比为 7.69、产率 占原矿总量 为 26.13 的精矿。 用 TBS 分选破碎矿石中 0.25 mm 的部分可以获 得合格精矿，减少了入磨矿样量和入浮矿样量，与传 统的全浮选流程相比大大降低了能耗，符合现代节能 减耗环境友好型生产要求；同时，由于该环节的精矿 产品中不含有药剂，不会对后续的氧化铝生产产生负 面影响。当然，由于实验室条件的限制，笔者只从 理论上讨论了 TBS 对铝土矿分选的粒度上限，而其 分选下限也只是借鉴了 TBS 对粗煤泥分选的经验数 据，这可能会对分选结果产生一定的影响。明确 TBS 对铝土矿分选的最佳粒度范围以及进一步提高 TBS 分选的精矿产率，还需要笔者和各位选矿同仁更加深 入的研究。 3 结论 1 将矿石破碎到不同尺寸进行筛分，筛分结果 显示，矿石的铝硅比随着矿石粒度的增大而提高。 2 由铝土矿的浮沉试验结果可知，通过重选设 备理论上可以得到铝硅比在 7 以上的合格精矿；综合 考虑沉物铝硅比以及沉物金属回收率，最终选择 0.9 mm 作为 TBS 分选的粒度上限。 3 将粒级为 -0.90 mm 0.25 mm 的矿石作为 TBS 分选机的入料，探索上升水流与精矿铝硅比关 系，当上升水流为 0.91 m3/h 时，可以得到铝硅比为 7.69、产率 相对原矿总量 为 26.13 的合格精矿。 4 本文的研究丰富了我国铝土矿分选的方法， 填补了国内在铝土矿重选方面的研究空白，对我国铝 土矿的开发与应用具有一定的指导意义。 参 考 文 献 [1] 崔萍萍，黄肇敏，周素莲．我国铝土矿资源综述 [J]．轻金 属， 2008，4526-8. 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