助磨剂对河南低品位铝土矿助磨效果的研究.pdf

中南大学 硕士学位论文 助磨剂对河南低品位铝土矿助磨效果的研究 姓名罗春华 申请学位级别硕士 专业矿物加工工程 指导教师胡岳华;孙伟 20080401 摘要 摘要 本论文以河南低品位铝土矿为研究对象，考察了矿石嵌布特性和 不同磨矿条件对铝土矿磨矿的影响；研究了不同药剂对铝土矿助磨和 选择性磨矿的影响。并通过动电位、红外光谱等检测手段对助磨机理 进行了探讨。 由矿石嵌布特性可知，一水硬铝石晶体结构致密，与高岭石、伊 利石等含硅脉石矿物的嵌布关系密切。一水硬铝石的嵌布特性，决定 了磨矿的细度。同时，矿物的硬度、解理及岩矿的结构缺陷等均影响 铝土矿的破碎行为，也影响矿物的选择性磨矿。 通过磨矿条件和助磨剂添加试验发现钢球介质尺寸和配比、磨 矿时间以及磨矿浓度等条件对铝土矿磨矿有较大的影响；无水碳酸 钠、六偏磷酸钠、R C 对铝土矿．0 ．0 7 5 m m 粒级有较好的助磨作用，当 磨矿浓度为8 0 ％时，与不加药剂相比，磨矿细度分别提高了9 ．2 3 ％、 1 1 ．4 7 ％、9 ．7 4 ％。铝硅比分析表明，添加药剂后铝土矿磨矿产品中粗 粒级铝硅比均有所提高，可见，所用药剂对铝土矿选择性磨矿均有一 定的强化作用。 助磨剂作用机理研究表明无水碳酸钠、六偏磷酸钠和I 犯通过 改变矿物表面电位绝对值，改变了矿浆的流变学特性，提高了磨矿效 率；同时流变性的增强，弱化了软硬矿物之间的“屏蔽”和“催化” 作用，强化了铝土矿的选择性磨矿。由于一水硬铝石矿物与铝硅酸盐 矿物之间的结构差异，当药剂在矿物表面存在物理或化学吸附时，裂 纹多的铝硅酸盐矿物较一水硬铝石更容易破碎，强化了其选择性磨 矿。通过扫描电镜发现，六偏磷酸钠改变了铝土矿物颗粒表面粗糙度， 有利于改变矿浆的流动性；同时颗粒表面没有明显空隙和裂缝存在， 说明六偏磷酸钠在矿物表面的吸附降低了矿物颗粒的表面能，促进了 缺陷裂缝的断裂。通过X R D 分析发现，尿素可能通过插层作用加速 了高岭石等层状结构硅酸盐矿物的破碎速度，强化了铝土矿的选择性 磨矿。 关键词铝土矿，选择性磨矿，助磨剂 硕士学位论文 A B S T R A C T T h ed i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n de f f e c t so fd i f f e r e n tg r i n d i n g c o n d i t i o n so ng r i n d i n go fH e n a nl o wg r a d eb a u x i t ew a ss t u d i e di nt h i s t h e s i s ．T h ee f f e c t so fd i f f e r e n tr e a g e n t so np r o m o t i n ge f f e c ta n ds e l e c t i v e g r i n d i n gw e r es t u d i e d ．1 1 1 em e c h a n i s m so fg r i n d i n g a i d sh a v e b e e n s t u d i e db ym e a s u r e m e n t so fZ e t ap o t e n t i a l ，F T I Re ta 1 ． A sk n o w nf r o mt h ed i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ，t h ec r y s t a ls t r u c t u r e o fd i a s p o r ei sc o m p a c t , a n di tp o s s e s st h ec l o s er e l a t i o n s h i pw i t ht h e d i s s e m i n a t i o no fs i l i c o ng a n g u em i n e r a l ss u c ha sk a o l i n i t e 、i l l i t e 。砀e d i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i co f d i a s p o r e d e t e r m i n e dt h e g r i n d i n g g r a n u l a r i t y ．M e a n w h i l e ，t h ec r u s h i n gb e h a v i o ra n d s e l e c t i v eg r i n d i n ga r e a l s oi m p a c t e db yt h er i g i d i t y 、l i b e r a t i o na n dt h es t r u c t u r ed e f e c to ft h e O r ．e ． T h e g r i n d i n gc o n d i t i o na n dg r i n d i n ga i d sa d d i t i o ne x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h es t e e l b a l ls i z ea n ds i z er a t i o 、g r i n d i n gt i m ea n dg r i n d i n g c o n c e n t r a t i o ne ta 1 ．h a sg r e a ti m p a c t i o no ng r i n d i n go fb a u x i t e ；S o d i u m c a r b o n a t e 、c a l g o na n dR Ch a v eb e t t e rp r o m o t i n ge f f e c to ng r i n d i n go f b a u x i t e ．C o m p a r e dw i t hn oa d d i t i o n o fr e a g e n t ，w h e nt h eg r i n d i n g c o n c e n t r a t i o ni s8 0 ％，t h ec o n t e n t so f 一0 ．0 7 5 m mp a r t i c l e sr e s p e c t i v e l y i n c r e a s e d9 ．2 3 ％、11 ．4 7 ％、9 ．7 4 ％．T h eA ／Sa n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h eA ／S o ft h ec o a r s es i z ef r a c t i o ni nt h eg r i n d i n gp r o d u c ti m p r o v e dw h e na d d i n g t h er e a g e n t s ．S o ，t h ee n h a n c i n ge f f e c to ft h eu s e dr e a g e n t si so b v i o u sm s e l e c t i v eg r i n d i n g ． 1 1 1 es t u d yo nt h em e c h a n i s m so fg r i n d i n ga i d si n d i c a t e dt h a tt h e s u r f a c eZ e t ap o t e n t i a lW a sc h a n g e db ya d d i n gs o d i u mc a r b o n a t e 、c a l g o n a n dR C ，a n dt h u s l e a dt ot h em o d i f i c a t i o no ft h ep u l pr h e o l o g y c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ei m p r o v e m e n to fg r i n d i n ge f f i c i e n c y ．A tt h es a m e t i m e ，t h ei m p r o v e m e n to fp u l pr h e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c d e c r e a s e dt h e s c r e e na n dc a t a l y z e se f f e c t sb e t w e e ns o f ta n dh a r dm i n e r a l s ，s t r e n g t h e n t h es e l e c t i v eg r i n d i n go ft h eb a u x i t e ．F o rt h ed i f f e r e n c eo ft h ec r y s t a l s t r u c t u r eb e t w e e nd i a s p o r ea n da l u m i n u m - s i l i c o n m i n e r a l s ，r e a g e n t a b s o r b e do nt h em i n e r a l s u r f a c e ，w h i c h l e a dt ot h ec r a c k e d a l u m i n u m ．s i l i c o nm i n e r a l sa r ee a s i e rc r u s h ，a n ds t r e n g t h e n e dt h e Ⅱ 硕士学位论文 A B S T R A C T s e l e c t i v eg r i n d i n g ．T h eS E Mr e s u l ts h o w e dt h a ts u r f a c er o u g h n e s so f b a u x i t em i n e r a lw e r ec h a n g e dt h r o u g ht h ea d d i t i o no fc a l g o n ，w h i c ha r e i nf a v o ro ft h ep u l pr h e o l o g yc h a r a c t e r i s t i ca l t e r a t i o n ；a n dt h ep a r t i c l e s u r f a c ed i dn o te x i s to b v i o u sc r a c ka n di n t e r s p a c e ，w h i c hi n d i c a t et h e a d s o r p t i o no fc a l g o no nm i n e r a ls u r f a c er e d u c e dt h es u r f a c ee n e r g e y , a n d p r o m o t et h ef l a wc r a c kb r e a k ．X R Da n a l y s i ss h o w e d t h a tt h ea d d i t i o no f u r e am a ya c c e l e r a t ec r u s h i n gt h r o u g hi n t e r c a l a t i o n ，t h u ss t r e n g t h e nt h e s e l e c t i v eg r i n d i n go fb a u x i t e ． K E Y W O R D S b a u x i t e ，s e l e c t i v eg r i n d i n g ，g r i n d i n ga i d I I I 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 日期型年旦月鲨日 硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述弟一早义陬跞途 铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一，大约占地壳总质量的8 ％。由于铝 的资源丰富，加上铝及其合金具有相对密度小、导电导热性好、易于机械加工及 其他许多优良的性能，因此，铝被广泛的用于国民经济各部门及人们的日常生活 中，成为仅次于钢铁的第二重要金属。铝土矿是铝工业的主要原料，世界铝土矿 总产量的9 0 ％以上用于生产氧化铝。 我国的铝土矿资源主要为一水硬铝石型铝土矿，具有高铝、高硅、低铝硅比 的特点【l J ，铝硅比多在4 1 0 之间，约占全国储量的8 5 ．6 1 ％，铝硅比大于7 的铝 土矿储量仅占l ／3 左右。针对我国目前铝土矿资源的现状，大部分铝土矿不能直 接用于流程简单、经济的拜尔法生产氧化铝，致使我国氧化铝的生产成本较高， 产品质量较差，在激烈的国际市场竞争中面临严峻的挑战。因此，通过选矿预脱 硅提高一水硬铝石型铝土矿的铝硅比，使其能满足能耗相对较少的拜尔法生产的 要求，是充分利用中低品位铝土矿资源的有效途径。铝土矿选矿预脱硅技术的基 础研究，对解决我国低铝硅比铝土矿的经济利用，促进我国氧化铝工业的发展， 具有重大而深远的意义。 1 ．1 我国铝土矿资源的特点 我国铝土矿资源较为丰富，已探明铝土矿矿区有3 1 5 处，已探明的储量约为 2 5 亿吨。在已探明的储量中，沉积型矿床储量占全国总储量的9 2 ．2 5 ％，堆积型 矿床储量占6 ．2 1 ％，红土风化壳型矿床储量占1 ．5 4 ％。在这些储量中适于坑采的 占全国总储量的4 5 ．4 9 ％，完全露采的占2 4 ．3 2 ％，适于露采和坑采结合的储量占 2 9 ．7 9 ％f 2 4 1 。 我国铝土矿资源分布比较集中，以大中型矿床居多，主要分布在山西、河南、 贵州、广西、山东、四川及云南等七省区内，约占全国保有储量的9 6 ％[ 2 1 。虽然 我国的铝土矿中舢2 0 3 的含量比较高，但是由于矿石中同时含有较高的S i 0 2 ，因 此矿石的铝硅比总体较低。 我国主要省区铝土矿的基本特征与化学组成如表1 ．1 所示。由表1 ．1 可知， 铝土矿主要分布在七省区的2 5 5 个矿区，铝土矿的平均品位 质量分数 为 A 1 2 0 3 ，6 1 ．9 9 ％；S i 0 2 ，1 0 ．4 ％；F e 2 0 3 ，7 ．7 3 ％。矿石的平均铝硅比仅5 ．9 6 。 硕士学位论文 第一章文献综述 表卜1 我国主要省区的铝土矿特征与化学组成 省矿床 矿区矿床规模平均品位／％ 垦 耋型全望二丢二二至二二五二互垂三二亟三互 兰 山西沉积型7 01 73 61 7 6 2 ．3 61 1 ．5 75 ．7 85 ．3 9 沉积型6 231 94 06 5 ．4 39 ．0 25 ．7 2 7 ．2 5 贵州堆积型4 0l36 6 ．4 88 ．2 06 ．9 48 ．1 1 小计 6 632 04 3 6 5 ．4 59 ．0 05 ．7 57 ．2 7 河南沉积型3 771 81 26 5 ．4 11 1 ．8 03 ．4 1 5 ．5 4 沉积型 1 3067 5 7 ．0 69 ．4 51 2 ．3 36 ．0 4 广西 堆积型7601 5 4 ．3 15 ．7 62 1 ．3 59 ．4 3 小计2 06685 4 ．9 26 ．5 8 1 9 ．3 58 ．3 4 山东沉积型 2 3 022 15 5 ．5 41 5 ．3 69 ．3 3 3 ．6 2 四川 沉积型 1 8041 4 5 8 ．3 91 2 ．6 68 ．9 54 ．6 1 沉积型1 7O11 65 8 ．3 61 1 ．3 0 4 ．5 75 ．1 6 云南堆积型4 0045 6 ．7 98 ．0 1 1 6 ．5 47 ．0 9 小计2 1012 05 7 ．5 29 ．5 4 1 0 ．9 76 ．0 3 沉积型 2 4 02 78 61 2 7 6 3 ．1 11 1 ．1 05 ．7 15 ．6 9 以上 厶计 堆积型 口P l 合计 6l85 4 ．8 3 5 ．9 62 0 ．6 3 2 5 53 38 71 3 5 6 1 ．9 91 0 ．4 07 ．7 3 9 ．2 0 5 ．9 6 铝土矿中大多数一水硬铝石呈均匀分布，只有少数呈微粒集合体产出；有的 一水硬铝石构成鲕粒状或同高岭石等铝硅酸盐矿物一起构成多层鲕粒；还有一部 分呈胶质或隐晶质出现【5 1 。 我国铝土矿中矿物种类多、组成复杂，矿物嵌布粒度较细。主要杂质矿物有 含硅矿物高岭石、叶腊石、伊利石、石英、绿泥石等，含铁矿物为赤铁矿、褐铁 矿、水赤铁矿等，含钛矿物为锐钛矿、金红石等。一水硬铝石与主要含硅矿物之 间的嵌布关系复杂，彼此紧密镶嵌，解离较难睁引。 2 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．2 铝土矿选矿研究现状 1 ．2 ．1 铝土矿脱硅方法 以铝土矿作原料生产氧化铝的过程实际上是一个通过脱硅除铁，以获得满足 铝冶炼或生产特殊用途氧化铝要求的过程。目前，我国主要氧化铝工业采用碱石 灰烧结法和混联联合法生产氧化铝，这种生产方法与国外处理高品位铝土矿的常 规拜耳法比较，存在生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、制造成本高等缺点。 因此，实现铝硅分离、提高铝硅比以满足拜耳法生产的要求，是我国铝土矿选矿 的重点。 铝土矿选矿脱硅的方法主要有物理选矿脱硅、化学选矿脱硅、生物选矿脱硅 以及光电选矿脱硅方法等。 1 物理选矿脱硅 物理选矿脱硅以天然矿物形态除去含硅矿物，以降低铝土矿中S i 0 2 的含量。 根据分选过程的不同，物理选矿脱硅工艺可以细分为洗选、筛选、浮选、选择性 絮凝等陟l l 】，其根本特点就是利用铝土矿中铝矿物和铝硅酸盐矿物的物理性质和 表面性质的差异来分选矿石，如浮选脱硅以及现在许多氧化铝厂采用的洗矿。物 理选矿脱硅中研究最多、最有前途的方法是浮选，它具有脱硅效果较好、流程简 单、生产成本低的优势。 2 化学选矿脱硅 化学选矿脱硅的实质是通过高温处理，使高岭石、叶腊石、伊利石等铝硅酸 盐矿物发生固相反应，将其结构中含有的在低温、稀碱溶液条件下活性较低的硅 活化后脱去，即热化学活化脱硅。铝土矿化学脱硅的方法有高碱浓度脱硅选矿、 低Qk 溶液脱硅与预焙碱液脱硅等。其工艺包括预焙烧、溶浸脱硅、固液分离等 工序【1 2 ，1 3 】o 化学选矿脱硅的优点是不仅能完全回收一水硬铝石中的砧2 0 3 ，而且还能回 收铝硅酸盐矿物中的A 1 2 0 3 ，A 1 2 0 a 的总回收率高。此外，经过高温焙烧处理后， 矿石中含有的大部分碳酸盐、硫有机物及其它有害杂质被除去，有利于后续拜耳 法工艺溶出过程。缺点是脱硅 浸出 过程使用高浓度的碱液，浸出液固比高 5 ～ 1 0 ，物料流量大，苛性碱消耗多，而且经过高温焙烧 一般为9 2 0 ℃- - - - 1 0 0 0 ℃ 后的铝土矿溶出性能变差，需要提高溶出温度【5 ，1 3 】。 铝土矿的化学选矿脱硅法，最初是2 0 世纪4 0 年代，由德国劳塔厂为了处理 匈牙利、南斯拉夫等的高硅铝土矿而提出的。在我国，从2 0 世纪5 0 年代末开始， 针对我国铝土矿矿石特点进行了化学选矿脱硅研究，并对铝土矿化学选矿脱硅的 硕士学位论文 第一章文献综述 实质、基本规律有了初步的认识。 3 生物选矿脱硅 生物选矿脱硅法是利用异氧微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物，使二氧化 硅变成可溶物，而氧化铝以不溶物的形式存在【1 4 】。此方法是在处理前苏联哈沙克 斯坦矿床的高岭石的试验中提出来的【1 5 】。如食硅细菌可以将一个高岭土分子破坏 为氧化铝和二氧化硅，从而使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶，得以分离。 这种方法对处理胶状极细粒铝土矿较为适合，它的优点是能保证得到较高的 工艺指标，并消除对环境的污染，而且成本低，是具有良好前景的选矿脱硅方法。 但是，目前对生物选矿脱硅工艺的研究还不够成熟，还未达到工业生产的要求， 同时其脱硅速度慢、周期长、条件要求苛刻等缺点也不利于工业生产的实施。 4 其它选矿方法 除了以上选矿脱硅方法以外，还有光电选矿脱硅法、化学．物理联合选矿脱 硅法等。 光电选矿脱硅法前苏联用此法选别高岭石．三水铝石型铝土矿，可获得铝 硅比大于9 的精矿；哈萨克斯坦铝土矿用此法排除了富含在高岭石以及具有高导 磁率和导电率的鲕状绿泥石中的S i 0 2 ，提高了铝硅比值【6 J 。 化学．物理联合选矿脱硅法先将铝土矿用简单的化学方法处理，使铝矿物 和硅矿物等杂质充分解离，然后再用物理方法将铝矿物分选出来得到精矿。该方 法的优点是物理选别可采用机械分选方法；选矿过程工艺简单，成本、能耗和 设备投资较低；化学处理时铝矿物和硅矿物解离较充分，使中、低品位铝土矿选 矿后得到的精矿品位很高。缺点是尾矿中含有A 1 2 0 3 和碱，需要另设一个回收工 序【l3 1 。 1 ．2 ．2 铝土矿浮选脱硅的研究现状 浮选脱硅是现今研究较多的铝土矿脱硅方法，它具有脱硅效果好、流程简单、 生产成本低的优点。根据选别过程中有用矿物的走向，浮选法又可以分为正浮选 和反浮选两种脱硅方法。 1 正浮选脱硅方法 正浮选是选矿行业较常用的传统浮选方法，即上浮的泡沫产品为有用矿物， 脉石矿物则作为尾矿处理掉。对于正浮选脱硅，由于铝土矿中水铝石的可浮性好， 采用正浮选来实现铝土矿脱硅的研究相对较多，国内外都有过许多相关报道。 在国外，与铝土矿资源特点相对应，所开展的研究主要集中于三水铝石型铝 土矿。在药剂方面的研究，如K u z n e t s o v ．V ．P ，E y g e l e s ．M ．A ，L y u s h n y a ．L ．M 和 H i n d s ．S ．A 等研究人员使用脂肪酸、中性油和烷基硫酸盐、烷基磺酸盐等为捕收 4 硕士学位论文 第一章文献综述 剂，乙氧基化合物O P - 7 为起泡剂，硅酸钠、六偏磷酸钠、亚硫酸钠、铜铁灵或 茜素等作调整剂，在碱性或弱碱性条件下进行了三水铝石和一水软铝石与高岭石 等矿物的分离试验，但由于其磨矿粒度细，精矿品位和氧化铝回收率低等原因， 尚未有工业生产研究1 1 6 - 1 9 ] 。在机理方面，通过红外、动电位检测以及吸附量测定 等方法对月桂胺、油酸盐硅酸钠等药剂在矿物表面的物理、化学作用进行了研究。 研究表明胺主要是以分子形式存在，在三水铝石和一水软铝石表面主要是物理 的静电吸附；油酸钠在矿物表面有化学吸附；随着矿浆p H 值的增加，肥皂和油 酸钠在三水铝石、高岭石及菱铁矿上的吸附量增加，但吸附率不同；六偏磷酸钠 的存在减少了捕收剂在高岭石表面上的吸附，但增加了其在三水铝石和菱铁矿表 面上的吸附[ 2 0 - 2 2 1 。 在国内，根据我国铝土矿资源的特点，对一水硬铝石型铝土矿的研究也取得 了一定的进展。正浮选药剂主要用碳酸钠或氢氧化钠作调整剂；六偏磷酸钠、腐 殖酸盐、木质素和硫化钠作为分散剂；氧化石蜡皂与塔尔油或葵二酸下脚料作捕 收剂。在工艺方面，最具代表性的是选择性磨矿选择性聚团浮选分离工艺和阶 段磨浮分离工艺。当原矿铝硅比为5 , - ～6 时，采用上述两种新工艺均可获铝硅比 为1 1 以上的铝土矿精矿[ 2 3 J 。从上世纪7 0 年代开始，我国即对山东等省的一水硬 铝石型铝土矿进行了正浮选试验研究，并证明了正浮选法脱硅的可行性。之后， 通过“九五”攻关，在铝土矿正浮选脱硅试验研究方面取得了突破性的进展，分 选指标得到了大幅度的提高。目前，山东铝厂采用阶段磨浮分选法脱硅工艺、中 州铝厂采用选择性磨矿一选择性聚团浮选脱硅工艺均实现了工业化。 正浮选的优点是所用的捕收剂、调整剂、抑制剂等药剂来源广泛、成本低， 同时捕收剂对一水硬铝石的捕收能力强。缺点是由于精矿上浮量大，使得脱硅过 程中药剂用量大，精矿中药剂残余量大，对后续拜耳法溶出工艺产生负面影响 对矿物组成复杂、嵌布粒度细的铝土矿由于要求细磨，造成了磨矿能耗过高；且 精矿脱水困难，水分含量过大不利于拜耳法溶出过程的能耗。 2 反浮选脱硅方法 由于铝土矿中有用矿物含量相对较高，含硅的杂质矿物含量较少，根据抑多 浮少的原则，可以将铝土矿中含量少的铝硅酸盐矿物浮出。这样有利于节约能耗 和减少药剂用量。由于一水硬铝石与铝硅酸盐矿物可磨性差别大，易于实现粗磨。 因此在磨矿过程中，当硬度较小的硅酸盐矿物满足浮选的粒度要求时，硬度较大 的一水硬铝石仍保持较粗的粒度，有利于降低磨矿能耗和精矿含水量。 铝土矿反浮选的技术研究中出现了几个方面的难题【2 4 1 ，比如 A 矿物选择性磨矿的强化。由于一水硬铝石与硅酸盐脉石矿物之间存在天 然的硬度差异，硅酸盐矿物易于优先磨碎，可使大颗粒的一水硬铝石沉于槽底， 硕士学位论文 第一章文献综述 而硅酸盐矿物达到浮选粒度要求，有利于铝土矿的反浮选。因此，强化铝土矿的 选择性磨矿是反浮选研究的重点。 B 一水硬铝石的选择性抑制和硅酸盐矿物的强化捕收。由于一水硬铝石与 各种硅酸盐矿物表面成份类似，都含有A 1 ”离子，与灿3 离子有化学作用的捕收 剂和抑制剂都失去了选择性，导致药剂的可选性差。 C 矿泥的选择性分散。磨矿过程中，部分一水硬铝石和铝硅酸盐矿物过分 粉碎而形成矿泥，它们之间的互凝及对粗粒一水硬铝石的罩盖对阳离子反浮选具 有严重的负面影响。因此，矿泥的选择性分散也是铝土矿反浮选的关键。 矿物的溶解以及溶解组份与矿物的相互作用、混合用药等问题也都是反浮选 工艺技术中的重要问题。 国外，关于铝土矿的反浮选，在药剂方面的研究较多。V ．V ．I s h c h e n k o 等p J 使用十二胺对铝硅比为1 ．7 ～2 ．4 的三水铝矿石进行反浮选，获得铝硅比大于7 的 铝土矿精矿；D ．T ．R a y 等【2 6 】人在碱性介质中从三水铝石型铝土矿中以A 1 T I l a CT 为 捕收剂浮出了角闪石，但磨矿粒度细，精矿氧化铝回收率低；Z ．S ．C s i l l a g t 2 7 ] 等人 以溴化十六烷基吡啶盐为捕收剂，A r b a c 0 1 ．H 和白雀树皮为调整剂在实验室中除 去了低品位铝土矿中8 0 ％ - - 9 0 ％的高岭石，但药剂成本较高，且氧化铝回收率较 低；前苏联学者【2 8 】研究了胺类阳离子捕收剂从铝土矿中反浮选鲕状绿泥石的吸附 机理，发现鲕状绿泥石 铝硅酸盐 的可浮性好，单体解离的含铝矿物可浮性差。 国内，作为国家重大基础研究发展规划 9 7 3 项目“提高铝材质量的基础 研究”子课题之一的“铝土矿反浮选脱硅基础理论研究”，通过在基础理论、分 选工艺等多方面的研究，铝土矿反浮选脱硅已取得了突破性的进展。 铝土矿反浮选的技术关键是强化捕收硅酸盐矿物以及选择性抑制一水硬铝 石的浮选。在捕收剂研究方面，选矿研究者合成和开发了一些新型的胺类捕收剂， 如N ． 2 ．氨乙基 ．月桂酰胺、N ． 3 ．胺丙基 ．月桂酰胺、N ．烷基一1 ，3 - 丙二胺类、 甲萘胺、N ．十二烷基．1 ，3 ．丙二胺、N 、N - 二甲基十二胺 D R N 、3 一十二烷氧基 ．丙胺 O N l 2 和以N ． 3 ．- - L 基氨丙基 - 脂肪酸酰胺、N 一【 3 - 二甲氨基 丙基】- 脂肪酸酰胺为主的脂肪多胺类等【2 9 - 3 8 】，这些捕收剂对高岭石、伊利石和叶腊石均 有较强的捕收性能；在选择性抑制剂方面，主要有阳离子聚丙烯酰胺、S A 3 、S F L 、 氯化钠、氟化钠、变性淀粉 非离子、阴离子、阳离子淀粉和磷化淀粉 、B K 5 0 1 、 苯二氧基乙酸、草酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钠、乳酸等[ 2 4 , 3 9 - 4 6 1 。并通过动电位法、 吸附法、红外光谱法、扫描电镜、X 射线衍射等研究了各类捕收剂和抑制剂的浮 选作用机理。发现阳离子捕收剂主要以静电力或氢键与硅矿物表面的硅、氧、羟 基等基团作用，且作用较强，通过药剂自身碳链间的分子间作用来强化矿粒表面 的疏水性；抑制剂分子中含有的羟基、羧酸基、磷酸基等能与矿物表面发生氢键 6 硕士学位论文 第一章文献综述 或与表面离子产生化学键合，同时含有大量的亲水基，从而使得矿物亲水而不易 上浮。 王毓华等[ 4 7 , 4 S ] 通过对影响反浮选的众多物理因素，如矿浆浓度、搅拌强度、 充气量及物料粒度等，提出了较优化的反浮选条件；刘水红等1 4 9 】针对河南矿样的 工艺矿物学特征，提出了“选择性磨矿 高分子絮凝脱泥 反浮选”的工艺流程， 完成了反浮选脱硅闭路试验，在酸性和碱性条件下分别获得8 4 ．0 1 ％和8 7 ．1 5 ％的 精矿舢2 0 3 回收率以及1 0 ．0 4 和9 ．5 7 的铝硅比，基本上达到了“十一五”国家科 技攻关技术指标要求；中南大学针对取自河南的各种矿样分别进行了连选试验， 均获得了回收率大于8 5 ％和铝硅比大于1 0 的指标，表现出了反浮选对不同矿样 良好的适应性。并通过进一步的研究，完成了反浮选脱硅 5 0 t ／d 工业试验，取 得了精矿砧2 0 3 回收率为8 2 ％，铝硅比为1 0 ．0 2 的好指标，为实现反浮选工业化 打下了坚实的基础。 1 ．3 国内外磨矿的研究 采、选、冶等行业均为国民经济的基础行业，同时均以矿石作为原料或产品。 由于矿石开采出来绝大多数必须经过磨矿加工处理，每年我国需要磨碎的矿料为 数十亿吨。磨矿是一个能耗很高的作业，根据研究调查，全世界磨矿消耗的电能 占当年发电量的3 “ - - 4 ％，或高达5 ％。磨矿钢球消耗量约为O ．8 ～2 ．0k g ／t 矿石， 目前国内每年耗于磨矿的钢材估计超过2 0 0 万吨。可见，磨矿在国民经济中占有 重要的地位。 在选矿行业，选矿的前提是有用矿物与脉石矿物单体充分解离并减少过粉 碎，主要靠碎矿及磨矿 主要靠磨矿 来完成。在投资上，碎磨作业占全厂投资的 6 0 ％左右，耗电量约占全厂的5 0 ％左右，生产经营费用也占全厂4 0 “ - 5 0 ％。在技 术上，磨矿产品的质量高低直接影响着选矿指标的高低，磨矿生产能力直接决定 着选矿厂的生产能力。因此，磨矿作业在选矿厂占有极重要的地位。 1 ．3 ．1 磨矿存在的问题 磨矿存在的主要问题就是能耗和钢耗较大，不利于提高选矿成本。随着现代 工业的迅速发展，加大了对金属矿产的需求，使得矿产资源的开采利用量不断增 大，同时易处理的富矿资源逐年减少，今后势必面临着大量的贫、细、杂矿的开 发利用，这意味着会消耗更多的能量与钢耗用于选矿，对当前能源紧缺的社会现 状造成了较大的压力。因此，不断改进磨矿工艺、提高磨矿技术、针对磨矿作业 做出更多的研究，以便控制磨矿能耗和降低钢耗是非常必要的。 7 硕士学位论文第一章文献综述 由于组成矿石的各种矿物的力学性质存在着差异，矿物在磨矿过程中容易出 现选择性破碎现象，致使易碎的矿石优先破碎，而硬度较大的矿石难以破碎。这 种现象有利也有弊，对于铝土矿正浮选来说，要使硬度大的一水硬铝石达到浮选 粒度的要求并充分的单体解离就必须细磨，这样硬度小的铝硅酸盐矿物就会过粉 碎，不利于浮选，同时也增加了磨矿能耗；对于浮硅酸盐矿物的反浮选，这种选 择性磨矿是有利的，不但可以防止过粉碎带来的罩盖等不良影响，而且节约了磨 矿能耗。 磨矿过程的影响因素主要包括物理性质、给矿粒度和产品细度、磨机结构 参数和转速、磨矿流程、磨机操作因素等。由于磨矿过程的低效率及高消耗，目 前研究工作主要集中在提高效率及降低消耗上。根据影响磨矿过程的因素，研究 工作者从不同的方向研究了提高磨矿效率的途径，如降低矿石可磨性、降低磨 机给矿粒度、改变磨机结构参数、钢球直径的精确化、强化或降低选择性磨矿等。 1 ．3 ．2 国外磨矿的研究 国外对磨矿技术从理论研究到生产工艺都做了大量的工作，从各个方面展开 了广泛的研究。有的深入研究碎矿与磨矿的耗能规律；有的则从碎矿与磨矿的流 程上加以研究；从设备改进到操作参数的调整方面所进行的研究则更为广泛助 磨剂对磨矿优化研究也成为国外研究的重点。 2 0 世纪4 0 年代，原苏联的选矿工作者研究出了合理平衡装球法。它的优点 是确定的球配比适合于待磨物料的粒度性质，把磨矿效果好的情况下的球荷粒级 组成当作补球计算的依据，力求使补球以后达到好的球荷组成情况。缺点是试验 程序多，过程长，工作量大，以及生产率提高不大。 E ．福斯伯格等【5 0 】研究了不同磨矿环境对磨矿介质的损耗、浮选指标的影响， 发现自磨有解离良好，铁污染轻，较常规磨矿产生的细粒少，磨矿费用低等优点。 在磨矿工艺流程方面，智利埃克松矿物公司的洛斯、布朗西斯矿，美国新墨 西哥州奇诺选矿厂等采用自磨或半自磨 A 一球磨 B 破碎 C 流程即“A B C ’’ 流程后，获得了较大的经济效益；采用棒磨塔磨机、半自磨机一塔磨机和破碎 机一塔磨机流程，可以获得较高的节能效果，同时可以节省衬板和介质垆1 1 。 助磨剂的研究是国外磨矿优化研究的重点，不仅取得了许多理论成果，而且 在实际生产中也得到了应用。挪威的K o l a c zJ 等对细磨助磨剂在球磨流程中的作 用进行了研究，以长石和白云石为磨料，添加助磨剂后，可使磨机的生产能力提 高2 0 ％。美国道式化学工业公司生产的X F S - - 4 2 7 2 助磨剂是一种具有分散作用的 聚合物。K l i m p l e 等通过研究认为，在相同的磨矿条件下，添加少量的X F S ．4 2 7 2 ， 在相同的磨矿细度下，能够提高磨机的生产能力。例如，在明尼苏达铁隧岩选矿 8 硕士学位论文第一章文献综述 厂，往棒磨机中添加1 8 2 9 ／t 的X F S - 4 2 7 2 ，其处理能力提高11 个百分点；X F S ．- 4 2 7 2 用于亚利桑那州铜矿，用量为1 3 6 9 ／t 时，磨机处理能力提高1 0 个百分点【5 2 】。 1 ．3 ．3 国内磨矿的研究 由于磨矿日益受到重视，我国在磨矿技术与设备等方面也作了大量的研究工 作。 衡阳有色冶金机械厂与有关单位联合研制的Q S G - - - 2 8 3 6 新型节能型球磨 机，与同类球磨机比，单位磨矿能耗降低1 5 - - - 2 0 ％，钢耗下降5 0 ％左右，处理能 力提高7 ～l O ％I ”J 。 罗中平等【5 3 】针对实验室常用磨矿设备和试验方法效率低的问题，研制了两种 新的特别适合于实验室用的磨料机一新型简体悬挂框架式多功能实验室用磨机 和新型多辊多筒实验室用磨机。前者可在较大范围变化试验物料用量规模，后者 可一次完成一组试验，提高了试验的效率和设备的适应能力。 磨矿全流程自动控制系统在北沼河选矿厂的应用【5 4 】，说明磨矿全流程自动化 控制技术已经成熟。它为