充填介質對柱選鋁土礦浮選行為的影響研究①

朱煜騰， 歐樂明， 張鵬羽， 朱仔成

(1.中南大學 資源加工與生物工程學院,湖南 長沙410083； 2.戰略含鈣礦物資源清潔高效利用湖南省重點實驗室,湖南 長沙410083)

隨著國民經濟快速發展,我國已成為世界第一大鋁生產國和消費國［1］。 我國低品位鋁土礦資源儲量豐富且主要以一水硬鋁石型為主,一般需要浮選脫硅才能用于工業拜耳法生產,但鋁土礦磨礦產品粒度兩極分化嚴重,細粒級含量高的問題嚴重影響著鋁土礦浮選脫硅效率［2-3］。 因此,開發適用于低品位微細粒鋁土礦浮選的新型設備對于盤活低品位鋁土礦資源具有重要意義。

浮選柱作為一種微細粒浮選設備,廣泛應用于各類金屬和非金屬選別,但傳統逆流式浮選柱仍存在諸多問題,如礦漿在浮選柱軸向返混嚴重,浮選柱液面出現翻花溝流現象等［4-5］。 研究表明,在傳統逆流式浮選柱中充填介質可實現浮選柱內靜態分選,有效解決傳統逆流式浮選柱存在的問題［6-8］。 本文以微細粒鋁土礦為研究對象,探究不同高度“十字形”充填介質對鋁土礦浮選及柱內流態影響規律,為浮選柱的結構優化提供依據。

1 試樣及試驗系統

1.1 試 樣

試樣取自河南某鋁土礦礦山,破碎至-3 mm 后混勻。 試樣多元素分析結果如表1 所示。 原礦鋁硅比為1.92,屬于典型的低鋁硅比型鋁土礦。 該鋁土礦屬于一水硬鋁石型鋁土礦,主要脈石礦物為云母、菱鐵礦、高嶺石、銳鈦礦、石英、方解石和黃鐵礦。 原礦硅含量較高,需要通過浮選脫硅獲得合格精礦。 由于該低品位鋁土礦嵌布粒度較細,根據現場實際情況和微細粒級鋁土礦浮選實驗目的,確定的實驗室規模磨礦細度大致為-0.074 mm 粒級占90%。 表2 為用于試驗研究的磨礦產品粒度分布數據。

表1 鋁土礦礦樣化學多元素分析結果（質量分數）/%

表2 磨礦產品粒度分析結果

表2 數據表明,當-0.074 mm 粒級含量達到90%以上時,-0.038 mm 粒級占70%以上。

1.2 試驗系統

本次柱浮選試驗核心設備為自制實驗室小型浮選柱,規格為Φ80 mm×1 300 mm,浮選柱柱體由4 段有機玻璃管組成,各段有機玻璃管中開有取樣孔(A、B、C、D),可實現浮選柱軸向高度取樣,有機玻璃管之間通過法蘭連接,不同充填介質固定在兩段有機玻璃管之間。 柱浮選試驗設備聯系圖如圖1 所示。

圖1 柱浮選試驗設備示意

試驗用充填介質為PVC 薄板自制而成,薄板厚度為1 mm,橫向和縱向各3 塊薄板相互垂直交叉固定在圓環上,薄板方向與浮選柱軸線平行,相鄰兩薄板間距離為20 mm。 充填介質如圖2 所示。

圖2 不同高度充填介質示意

柱浮選操作過程為:稱取2 000 g 鋁土礦分批磨至-0.074 mm 粒級占90.86%后,用0.147 mm 標準篩隔除粗顆粒,然后將篩下礦漿倒入攪拌桶中,浮選礦漿濃度控制在15%左右,先加入碳酸鈉調整礦漿pH 值至9.5 左右,攪拌3 min,再加入六偏磷酸鈉100 g/t,攪拌3 min 后加入油酸鈉1 200 g/t,攪拌4 min。 調漿完成后,按浮選柱操作程序啟動浮選柱系統,調節空壓機閥門至指定充氣壓力,保證充氣量為150 L/h,用蠕動泵(WG600S-CE 型工業蠕動泵)將礦漿經給礦口給入浮選柱,讓礦漿到達指定液位,然后調節蠕動泵轉速為150 r/min,打開尾礦蠕動泵,使液位維持穩定,待泡沫層穩定后打開淋洗水噴頭,保持淋洗水流量為7.17 mL/s,同時從不同浮選柱軸向高度的4 個取樣點A、B、C、D各取出50 mL 礦漿樣品,使用Malvern Mastersize 2000型激光粒度分析儀進行粒度測試,接著浮選12 min,得到精礦和尾礦產品。 將得到的精礦、尾礦產品過濾、烘干、制樣、化驗。 使用激光粒度分析儀分析精礦產品粒度組成。 保持試驗參數不變,更換不同高度充填介質進行柱浮選,探究對比有無充填介質以及充填介質高度對浮選指標和粒度分布的影響。 浮選工藝流程見圖3。

圖3 浮選工藝流程

2 結果與討論

2.1 充填介質對鋁土礦浮選指標的影響

添加不同高度十字型充填介質后的柱浮選指標如表3 所示。 由表3 可以看出,添加充填介質可以有效提高鋁土礦浮選鋁硅比,強化浮選分離效果。 隨著充填介質高度增加,Al2O3品位變化不大,但精礦中SiO2品位下降較明顯,鋁硅比A/S 隨著充填介質高度增加顯著增加。 當充填介質高度達60 mm 時,精礦中SiO2品位降至5.01%,A/S 達到11.83。 這說明在浮選柱中添加“十字形”充填介質可以有效強化有用礦物的富集,降低硅含量,獲得優質的拜耳法生產氧化鋁原料。

表3 充填介質高度對柱浮選指標的影響

2.2 充填介質對精礦產品粒度分布的影響

表4 為使用不同高度介質進行充填時浮選柱精礦產品粒度分布情況。 添加充填介質可有效提高精礦產品中0.010～0.038 mm 易浮粒級含量,降低微細粒級和粗粒級產品含量,由此提高精礦產品A/S,提高產品質量。 由鋁土礦選擇性磨礦特點可知,磨礦產品中Si 主要在-0.010 mm 粒級中富集［9］。 因此降低-0.010 mm粒級含量可有效降低精礦中含硅脈石含量,從而達到提高鋁硅比的目的。

表4 精礦產品粒級分布情況

2.3 充填介質對浮選柱內軸向粒度分布特性的影響

傳統無充填逆流式浮選柱中液相速度在浮選柱徑向方向有一定變化,在柱中心向上、近壁面向下,浮選柱內存在較大的循環流,柱內返混嚴重。 返混會加劇已礦化氣泡顆粒的脫附,造成精礦品位和回收率下降。添加充填介質后,浮選柱內大的漩渦消失,返混減弱,浮選柱內紊流度降低,礦化氣泡-顆粒脫附概率降低,氣泡兼并情況減少,浮選柱內流態趨向于柱塞流,更加有利于礦物的富集分選［7］。 充填介質對浮選柱內流態影響如圖4 所示,在分選區域內添加充填介質可明顯改善浮選柱內流態特性。

圖4 充填介質對浮選柱內流態影響

柱塞流的特點是物料在每一截面上性質完全相同,所有礦粒駐留時間都一樣,但同時也意味著中心軸上存在可浮物濃度梯度［10］。 根據鋁土礦選擇性磨礦的特點,本文以軸向粒度分布來表征可浮物濃度變化。不同充填介質高度下礦物顆粒粒度分布隨浮選柱軸向高度變化(取樣點A、B、C、D 軸向高度依次增加)如圖5和表5 所示。

圖5 浮選柱軸向粒度分布情況

表5 浮選柱軸向粒度d50分布情況

由圖5 可見,無充填時浮選柱各軸向高度(A、B、C、D)粒度分布曲線基本重合,添加充填介質后,軸向粒度分布曲線差異性增加,且充填介質高度越高,差異性越明顯。 如表5 所示,以粒度分布曲線中d50大小表征浮選柱內軸向特定高度粒度粗細程度,以d50標準偏差表征浮選柱內軸向混合均勻性。 隨著充填介質高度增加,標準偏差逐漸增大,粒度差異增大,返混程度逐漸降低,浮選柱內流態向柱塞流發展。 且隨著浮選柱軸向高度增加,粒度逐漸變粗,從微細粒級向細粒級發展。 結合鋁土礦選擇性磨礦特點,脈石礦物更易泥化,更易在微細粒級中富集,而鋁土礦更易在較粗粒級中富集,說明添加充填介質可以強化粒度之間的差異性,從而提高鋁土礦柱浮選分選指標。

3 結 論

1) 與傳統無充填逆流式浮選柱相比,添加“十字形”充填介質可有效降低鋁土礦柱浮選精礦中SiO2含量,從而提高鋁硅比。 隨著充填介質高度增加,浮選效果更好。 在原礦鋁硅比1.92 情況下,無充填浮選柱精礦鋁硅比為5.17,充填60 mm 高度介質后,精礦鋁硅比可達11.83。

2) 充填介質可強化易浮粒級(10～38 μm)礦物回收,降低-10 μm 微細粒級易浮脈石回收,從而提高精礦鋁硅比。 隨著充填介質高度增加,強化效果增加。

3) 添加充填介質可增強浮選柱軸向高度粒度分布差異性,使各粒級含量在軸向高度存在一定梯度,從而提高分選效率。