1、1某低品位含铁铝土矿选矿试验研究李正丹，王秀峰，李民菁，兰建厚，万兵，高朋利（河南东大科技股份有限公司，河南 登封 452470）摘 要：本文对河南某低品位含铁铝土矿进行了选矿试验研究：在工艺矿物学的基础上，采用优先磁选选铁，磁选尾矿经过分级后进行浮选选铝。经过一次粗选、一次精选和一次扫选得到铝精矿。在粗选段进行了不同的条件试验，并从中选取了最优条件。在最佳条件试验的基础上进行了闭路试验，获得铁精矿 TFe 含量 60.48%，铝精矿 Al2O3 含量 65.46%、A/S为 6.32 的良好指标。关键词：铝土矿；磁选；浮选Beneficitation test of a low grade
2、iron-bauxiteLI Zhengdan,WANG Xiufeng,LI Minjing,LAN Jianhou, WAN Bing,GAO Pengli(Henan Eastar Science magnetic separation; flotation我国是世界上铝资源较为丰富的国家之一，铝土矿分布高度集中，地质工作程度较高，矿石以古风化壳型为主，其次为堆积型，红土型较少。中国的古风化壳型铝土矿常共（伴）生多种成分，常见的伴生有用组分有铁、钛、稼、钒、锂等。有用矿物以一水硬铝石为主，大部分铝土矿属于难开采和难利用的低品位资源，限制了铝产业链的良性可持续发展。针对我国铝土矿高铝高硅、
3、低铝硅比、杂质矿物组成复杂的特点，为了提高我国氧化铝工业在国际上的竞争力，根据我国铝土矿的特点，应有效利用中低品位一水硬铝石型矿石。本试验以河南某低品位含铁铝土矿为研究对象，在原矿工艺矿物学研究的基础上，有针对性地开展铝选矿及伴生铁元素的综合回收试验研究，对工业化生产具有一定的指导意义。1 矿石性质1.1 原矿矿物组成2表 1 原矿主要矿物组成及其相对含量Table 1 The main ore minerals composition and relative content /%矿物名称 相对含量 矿物名称 相对含量一水硬铝石 53.1 长石 0.2一水软铝石 1.1 方解石 0.5锐钛矿
4、 2.1 绿泥石 6.1高岭石 6.9 叶腊石 0.1伊利石 1.3 云母类 4.9磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿 13.1 锆石 0.3石英 0.8 粘土 6.8黄铁矿 0.1 其他 2.6从表 1 可以看出：矿样中的矿物组成较多，主要铝矿物为一水硬铝石、极少量的一水软铝石，其他金属矿物主要有铁矿物、锐钛矿等，脉石种类繁多，主要有高岭石、绿泥石、云母和硅酸盐黏土矿物等。1.2 原矿化学成分表 2 原矿主要化学成分分析Table 2 The main ore chemical composition analysis/%化学成分 SiO2 Al2O3 CaO TiO2 MgO K2O Na2O TFe
5、 S C Zr 其它含量 20.32 58.62 0.45 1.70 0.39 1.12 0.07 15.97 0.15 0.8 0.08 0.33由表 2 可以看出：矿样中 Al2O3 含量为 58.62%，A/S 为 2.88，属于低品位铝土矿，其他伴生组分含量也较低，综合回收难度较大，铁具有一定的回收潜力。1.3 矿石结构、构造及嵌布特性矿石结构主要为他形晶粒状结构、鳞片状结构、自形半自形粒状结构、泥状结构、片状结构、块状结构、蜂窝状结构、包含结构等。矿石构造主要为浸染状构造、马尾丝状细脉浸染构造、脉状充填构造、斑状构造等。2 试验流程3本低品位铝土矿在选矿试验方案上，以综合利用为指导思
6、路，在现有技术经济条件下，充分考虑回收伴生有用组分。根据含量、技术能力和市场情况，确定能回收利用的成分有：铝、铁，另外稀有金属含量较低，主要以稀散矿物状态略富集于试验流程的中间产品中，目前只有采用化学方法，才能实现有效富集分离。本次试验只考虑回收铝、铁。在试验流程的制定中，采用优先除铁，选铁尾矿再进行铝土矿的浮选脱硅。拟采用的原则流程为：粗磨磁选再磨磁选磁尾分级浮选。最终产品是铝精矿和铁精矿。3 回收 强磁性铁试验试样中铁的矿物存在形式主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄铁矿，铁的矿物总含量约 13.2%，化学分析中，TFe 为 15.97%，铁的赋存状态见表 3。表 3 铁的化学物相分析结果Ta
7、ble 3 Iron chemical phase analysis results/%由表 3 可知，矿石中的铁主要赋存于赤褐铁矿中，约占 48.47%；其次赋存于磁铁矿和碳酸铁中，分别占 27.68%和 14.46%；赋存于硅酸盐中的铁约占 8.70%。3.1 一段磁选磨矿细度试验一段磨矿细度试验结果见图 1。由图 1 可知，随着磨矿细度的增加，在磁感应强度B=0.12T 的条件下，磁选铁粗精矿回收率逐渐提高。当磨矿细度达到-74m 占 60%后，继续提高磨矿细度对回收率提高不明显，考虑到实际生产中的磨矿成本、生产处理量等因素，最终确定一段磁选磨矿细度为-74m 占 60%。铁的相 碳酸铁
8、 硫化铁 磁铁矿 赤褐铁矿 硅酸铁 总铁金属量 2.31 0.11 4.42 7.74 1.39 15.97分布率 14.46 0.69 27.68 48.47 8.70 100.004304050607080906657075 回 收 率品 位-74 m含 量 /%铁回收率/%2224262830铁粗精矿品位/%图 1 一段磁选磨矿细度试验Fig.1 First section magnetic grinding fineness test3.2 磁感应强度试验磁感应强度试验结果见图 2。由图 2 可知，随着磁感应强度的增加，磁选铁粗精矿回收率逐渐提高，铁品位略有下降。当磁感应强度达到 0.
9、12T 后，继续提高磁感应强度对铁回收率提高不明显，而铁粗精矿品位逐渐降低。故磁感应强度确定为 0.12T 左右较为合理。0.1 0.120.140.160.1860657075 回 收 率 品 位磁 感 应 强 度 /T铁回收率/%2224262830粗精矿品位/%图 2 磁感应强度试验Fig.2 Magnetic induction strength test53.3 铁粗精矿再磨细度试验对磨矿细度-74m 占 60%，磁感应强度 B=0.12T 条件下获得的铁粗精矿进行显微镜下分析，发现有部分磁铁矿与脉石矿物连生，表明磁铁矿解离不充分，需进行再磨，从而进一步提高铁精矿品位。随着再磨细度的
10、增加，磁选铁精矿回收率下降，铁品位升高。当再磨细度达到-74m占 90%后，继续提高磨矿细度对铁精矿品位提高不明显，且会降低回收率，故最终确定磁选再磨细度为-74m 占 90%。此时仍在磁感应强度 B=0.12T 条件下进行磁选：铁精矿 TFe品位 60.12%，作业回收率为 75%。4 回收弱磁性铁试验试样中 TFe 为 15.97%，其中约有 48.47%赋存于赤、褐铁矿等弱磁性铁矿物中，是铝土矿中最主要的含铁组分。因本试验原矿为伴生赤铁矿的铝土矿，相比原生的赤铁矿，弱磁性铁的含量低，通过常规的干式强磁选和湿式强磁选对于这部分弱磁性铁的富集效果极不明显。因此在不影响铝元素的情况下，对弱磁性
11、矿物进行了还原焙烧磁选试验。对弱磁选总尾矿（磁选粗选尾矿+再磨磁选尾矿）进行了还原焙烧，活性炭添加量为15%，焙烧温度为 500和 800，焙烧时间为 30 分钟，焙烧产品再进行强磁选。试验结果表明磁选总尾矿还原焙烧磁选回收铁效果不理想。因此在现有技术经济条件下，对于本低品位铝土矿进行回收弱磁性铁暂无经济价值，可以作为项目课题继续探索。在后续的铝精矿浮选富集过程中，弱磁性矿物将作为脉石矿物被抑制在浮选尾矿中。5 铝土矿浮选试验原矿在进行强磁性矿物的两次弱磁选后，磁选尾矿进行正浮选脱硅试验，以获得合格的铝土矿精矿。磁尾通过分级得到需要进一步浮选的部分，浮选试验流程为一次粗选，一次精选、一次扫选。
12、试验主要在粗选阶段进行了捕收剂种类及用量、浮选矿浆浓度、浮选时间、浮选矿浆温度和浮选矿浆 PH 值等条件试验。5.1 分级试验矿石中绿泥石、云母、高岭石和其他黏土类脉石矿物合计含量约为 25%，造成矿石在磨矿过程中泥化现象严重，脉石矿物在磨矿后主要以微细粒或极细粒的状态存在。同时，根据一水硬铝石的嵌布特征，有一部分一水硬铝石为富集合体，铝硅比能够达到精矿质量要求。因此粗粒可以直接作为精矿，极细粒可以作为尾矿，实际上需要浮选处理的是中间6粒度的部分。试验采用三产品旋流器组，同时得到粗粒精矿、细粒尾矿和中间粒度的中矿。试验流程见图 3，试验数据指标见表 4。图 3 磁选尾矿分级流程图Fig.3 C
13、lassification process of magnetic separation tailings表 4 三产品旋流器分级产品指标Table 4 Three product swirler classification product index三产品旋流器分级组分 粒度 Al2O3/% SiO2/% A/S 产率/%粗粒精矿 +45 m 占 80% 61.50 9.89 6.22 16.22中间粒度产品 -45+15m 占 80% 59.87 17.94 3.34 57.19细粒尾矿 -15m 占 90% 39.02 33.93 1.15 26.59从表 4 可以看出，试验中三产品旋
14、流器对于处理本低品位铝土矿效果显著，能得到16.22%的粗粒精矿，同时抛掉 26.59%的细粒级含泥量高的尾矿。57.19%的中间粒度产品需要进行进一步浮选提高铝精矿品质。5.2 浮选工艺流程试验浮选条件试验一般包括磨矿细度试验、药剂种类及用量试验、矿浆浓度试验、浮选时间试验和矿浆温度试验、矿浆 PH 值试验等。因本浮选试验原矿浆系磁选尾矿经过三产品分级后的中矿，粒度相对较小（-45+15m 占 80%），镜下鉴定已达到单体解离，故不再进行磨矿细度试验。5.2.1 粗选捕收剂种类及用量试验为了筛选出适合于本试验的捕收剂，分别研究了油酸、苯甲羟肟酸、烷基羟肟酸、氧化石蜡皂、塔尔油和自行配制的复合
15、型捕收剂 DDKJ-100 的捕收性能，在其他试验条件不变的情况下，捕收剂用量均为 1000g/t。试验结果见表 5。7表 5 不同捕收剂的浮选试验结果Table 5 Flotation test results of different collector捕收剂名称 Al2O3% SiO2% A/S Al2O3 回收率/%油酸 61.78 10.36 5.96 78.63苯甲羟肟酸 59.35 11.27 5.27 79.12烷基羟肟酸 59.67 12.41 4.81 79.65氧化石蜡皂 60.18 11.86 5.07 80.25塔尔油 61.25 10.81 5.67 79.82DD
16、KJ-100 62.34 9.76 6.39 80.94从表 5 可以看出，采用捕收剂 DDKJ-100，粗精矿无论是 Al2O3 含量、回收率，还是A/S，都处于最佳状态，因此本试验捕收剂采用 DDKJ-100。在其他试验条件不变情况下，改变 DDKJ-100 用量，实验结果见图 4。70809010101201301407879808182 回 收 率 铝 硅 比捕 收 剂 DKJ-用 量 /（ gt-1）Al2O3回收率/%5.65.86.06.26.4铝硅比图 4 粗选捕收剂用量试验Fig.4 Test on the dosage of coarse flotation由图 4 可知，
17、随着 DDKJ-100 用量的增加，粗精矿中 Al2O3 回收率逐渐增加，用量达到1100-1200g/t 后，回收率增幅不大，粗精矿的铝硅比先升高后下降，综合粗精矿的铝硅比、回收率及生产成本考虑，捕收剂 DDKJ-100 用量 1100g/t 较为合适。5.2.2 浮选矿浆浓度试验在其他试验条件不变的情况下，进行了粗选矿浆浓度试验，试验结果见图 5。810 20 30 40 507678808284回 收 率 铝 硅 比粗 选 矿 浆 浓 度 /%Al2O3回收率/% .5.25.45.65.86.06.26.4铝硅比图 5 粗选矿浆浓度试验Fig.5 Coarse flotation pu
18、lp concentration test由图 5 可知，随着浮选浓度的增加，粗精矿中的 Al2O3 回收率有一定的增加，但矿浆浓度达到 30%以后，铝硅比和回收率指标均下降，因此适宜的粗选浓度为 30%左右。5.2.3 浮选时间试验在其他试验条件不变的情况下，进行了粗选浮选时间试验，试验结果见图 6。012345677758085 回 收 率 铝 硅 比 浮 选 时 间 /minAl2O3回收率/%5.45.65.86.06.26.4铝硅比图 6 粗选浮选时间试验Fig.6 Test of coarse flotation time由图 6 可知，粗选浮选时间达到 4 分钟时，粗精矿中 Al
19、2O3 回收率达到 80.39%，再延长浮选时间，回收率变化不大而铝硅比不断下降，因此，适宜的浮选时间以 4 分钟为宜。95.2.4 浮选矿浆温度试验适当提高浮选矿浆温度，可以提高浮选速度并能获得较高的浮选指标。矿浆温度也影响浮选药剂的作用，一般在温度升高时，浮选药剂的作用增强加快；而在温度降低时则作用较弱较慢，浮选指标也会降低。适当提高浮选矿浆温度，对于某些难溶或者溶解度随温度变化而变化的浮选药剂非常重要，如氧化石蜡皂和油酸，只有当矿浆保持一定的温度时，药剂才能有效发挥其作用。在其他试验条件不变的情况下，矿浆温度在 25至 55之间变化，试验结果见图 7。202530354045505607
20、67787980818283 回 收 率 铝 硅 比矿 浆 温 度 /Al2O3回收率/%5.65.86.06.26.46.6.87.0铝硅比图 7 浮选矿浆温度试验Fig.7 Temperature test of flotation pulp由图 7 可知，随着矿浆温度的升高，回收率先增大后减小，说明随着温度的升高，捕收剂活性增大，到达 45左右时，再升高温度，捕收剂活性开始减小。同时在试验过程中发现，SiO 2 含量总体呈下降趋势，说明硅酸盐类矿物分散剂和抑制剂在温度高时活性强。综合生产成本和产品要求，粗选浮选矿浆温度在 40左右比较合理。5.2.5 浮选矿浆 PH 值试验在铝土矿浮选过
21、程中，矿浆 pH 值的影响是多方面的：首先， pH 值对矿粒表面的亲水性及电性有重要影响；其次，pH 值影响浮选药剂的有效程度；最后，铝土矿中各种矿物都有一个适宜的 pH 值，各种矿物在不同的药剂条件下，有可浮与不可浮的临界 pH 值，因此矿浆的 pH 值往往直接或间接地影响矿物的可浮性。10从一水硬铝石的水解反应式可以看出，铝土矿的浮选需要在碱性条件下进行，试验和生产中常用碳酸钠调节 PH 值，可以使矿浆的 PH 值保持在 10 左右的中等碱性，当矿石性质发生变化需要更高的 PH 值时，需要另加入氢氧化钠，维持矿浆的 PH 值在 11 以上。本试验采用碳酸钠+ 氢氧化钠作为 PH 调整剂，在
22、其他试验条件不变的情况下，PH 值从8 调整至 13，试验结果见图 8。7891011213145767787980 回 收 率 铝 硅 比矿 浆 PH值Al2O3回收率/%5.6.06.57.07.58.0铝硅比图 8 浮选矿浆 PH 值试验Fig.8 The pH value test of flotation pulp由图 8 可知，本次试验的矿浆 PH 值为 10-11 较为合理，此时碳酸钠的用量约为1800g/t，氢氧化钠用量约为 100g/t。6 闭路全流程试验在上述条件试验的基础上，进行了闭路全流程试验：磁选和浮选粗选均按条件试验进行；精选的药剂制度为：捕收剂 DDKJ-100 用量 95g/t；扫选的药剂制度为：捕收剂 DDKJ-100 用量 190g/t。闭路试验产品指标：铁精矿 TFe 含量 60.48%；铝精矿 Al2O3 含量65.46%，A/S 为 6.32；铁精矿和铝精矿均满足下游行业质量要求。试验流程见图 9。
