（礦物加工工程專業(yè)論文）鈣鎂離子對鋁硅礦物分散絮凝行為的影響及其消除方法的研究.pdf

摘要 已有研究表明 采用選擇性絮凝分離工藝可以實現(xiàn)一水硬鋁石與 其他硅酸鹽礦物間的選擇性分離 但是該工藝受硬水中鈣鎂離子影響 很大 本文通過沉降試驗 動電位測試和吸附量測試等方法 系統(tǒng)地 研究了鈣鎂離子對鋁 硅礦物分散性的影響 并研究了調整劑消除鈣 鎂離子影響的效果及機理 試驗結果表明 鈣離子和鎂離子對鋁硅礦物分散性的影響規(guī)律相 近 在酸性條件下 鈣鎂離子對鋁 硅礦物的分散性影響很小 在堿 性條件下 其影響則十分明顯 一水硬鋁石 高嶺石和葉臘石均出現(xiàn) 了明顯的聚沉現(xiàn)象 鈣離子水中 綜合比較調整劑對鋁 硅礦物分散 性和絮凝分離的選擇性的影響 4 種藥劑的作用效果由好到壞的順序 為三聚磷酸鈉 碳酸鈉 焦磷酸鈉 六偏磷酸鈉 人工混合礦試驗表明 在含鈣離子水中 三聚磷酸鈉做調整劑時 的絮凝分離效果最好 絮凝沉降產(chǎn)物鋁硅比達到8 5 以上 三氧化二 鋁回收率9 0 以上 實際礦石試驗結果表明 在含鈣離子水中 三聚 磷酸鈉做為調整劑 聚丙烯酸鈉為絮凝劑時 絮凝沉降產(chǎn)物的鋁硅比 為7 1 4 三氧化二鋁回收率為8 9 9 7 與在長沙水中的試驗結果十 分接近 機理研究結果表明 鈣離子影響鋁硅礦物分散性的原因主要是鈣 離子壓縮了礦物顆粒表面的雙電層 使礦物顆粒彼此吸引而發(fā)生聚 沉 一水硬鋁石和高嶺石在堿性條件下對鈣離子的吸附能力大于酸性 和中性條件 并且一水硬鋁石在堿性條件下對鈣離子的吸附能力大于 高嶺石 c a 2 在鋁硅礦物表面主要以一羥基鈣的形式吸附 在鈣離子 水中 添加碳酸鈉和三聚磷酸鈉都可以改善鋁硅礦物的分散狀態(tài) 碳 酸鈉與鈣離子反應生成碳酸鈣沉淀 但碳酸鈣沉淀會影響絮凝劑的選 擇性 三聚磷酸鈉與鈣離子的反應包含多個化學反應 開始時產(chǎn)物主 要以c a p 0 沉淀為主 隨著三聚磷酸鈉用量的增加 逐漸出現(xiàn) c a n a 2 p 2 0 7 最終的反應產(chǎn)物為可溶的n a n a c a p o 絡合物 關鍵詞 一水硬鋁石與鋁硅酸鹽礦物 鈣鎂離子 選擇性絮凝 三 聚磷酸鈉 a bs t r a c t s t u d i e sh a v es h o t h a ts e l e c t i v en o c c u l a t i o np r o c e s sc a nr e a l i z e t l l es e p a r a t i o nb e 鉚e e nd i a s p o r ea n da l u m i n o s i l i c a t e s b u tt h i sp r o c e s s c a nb ea f f e c t e dh e a v i l yb yc a l c i u ma n dm a g n e s i u mi o n si nh a r dw a t e r i i l t h i s t h e s i s t h es e d i m e n t a t i o nt e s t z e t a p o t e n t i a lm e a s u r e m e n ta 1 1 d a d s o r p t i o nm e a s u r e m e mo fc a l c i u mi o n sw e r eu s e dt of i n do u tt h e i n n u e n c e so fc a l c i u ma n dm a 2 皿e s i u mi o n so nt h ed i s p e r s i o no fd i a s p o r e a n ds i l i c a t e s t h ee x p e r i m e n t sa n dm e c h a n i s mf o rr e g u l a t o r st oe l i m i n a t e t h ei n n u e n c eo fc a l c i u ma n dm a g n e s i u mi o n so nt h ed i s p e r s i o no f d i a s p o r ea n ds i l i c a t e sh a da l s oc 秭e do u t 7 i h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ei n n u e n c e so fc a l c i u mi o n so nt h e d i s p e r s i o no fd i a s p o r ea n da l u m i n o s i l i c a t e s a r es i m i l a rt ot h a to f m a g n e s i u m i o n s i na c i d i cc o n d i t i o n s c a l c i u ma n dm a g n e s i u mi o n ss h o w l i t t l ee f f e c t so nt h ed i s p e r s i o no fm i n e r a l s h o w e v e r t h e r ea r es t r o n g c o a g u l a t i o n sf o rd i s s p o r e k a o l i n i t ea 1 dp y r o p h y l i t ei na l k a l i n ec o n d i t i o n s i nt h ep r e s e n to fc a l c i u ma n dm a 2 n e s i u mi o n s i nt h ep r e s e n to fc a l c i u mi o n s c o m p a r i n gt h ei n f l u e n c e so fs e v e r a l r e g u l a t o r so nt h ed i s p e r s i o no fm i n e r a l sa n dt h es e l e c t i v i t yo fn o c c u l a t i o n s e p a r a t i o n t h eb e s tr e g u l a t o ri ss o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t e a n df o l l o w e db y s o d i u mc a r b o n a t e s o d i u mp y r o p h o s p h a t ea n d h e x a m e t a p h o s p h a t e t h en o c c u l a t i o ns e d a r a t i o no fa r t i f i c i a lm i x e dm i n e r a l sa n db a u x i t e o r es h o wt h a ts o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t ei st h eb e s tr e g u l a t o rf o rt h e s e l e c t i v en o c c u l a t i o ns e p a r a t i o ni np r e s e n c eo fc a l c i u mi o n s f o rt h e a n i f i c i a lm i x e dm i n e r a l so fa s5 6 4 t h es e d i m e n tw i t ha s8 5a n d a b o v e9 0 r e c o v e 巧o fa 1 2 0 3w a so b t a i n e di 1 1p r e s e n c eo fc a l c i u mi o n s f o rb a u x i t eo r e t h ec o n c e n t r a t ew i t ha s7 14a n dt h er e c o v e 巧o f a 1 2 0 3 8 9 9 7 w a sa l s op r o d u c e da f t e rt h es e l e c t i v en o c c u l a t i o ns e p a r a t i o n w h i l eu s i n gs o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t ea sr e g u l a t o ra n ds o d i u mp o l y c 巧l a t e a sn o c c u l a t i o ni 1 1t h ep r e s e n c eo fc a l c i u mi o n s t h e s er e s u i t sa r ec l o s e dt o m er e s u l t so b t a i n e di nc h a n g s h aw a t e r t h em e c h a n i s mr i e s e a r c h e ss h o wt h a tt l l ee f f e c to fc a l c i u mi o n so n t h ed i s p e r s i o no fm i n e r a l si sm a i n l yt h a tt h ec o m p r e s s i o no ft h ee l e c t r i c d o u b l el a y e ro nm es u r f a c eo fm i n e m lp a r t i c l e s a 1 1 dt h e ni tc a u s e sm e i i a n r a c t i o na 1 1 d a g 黟e g a t i o nb e t v e e n m i n e m lp a n i c l e s aq u a n t i t ro f c a l c l u ml o n sa d s o r b e do nd l a s p o r ea n dk a o l l n l t el na l k a l l n ec o n d l t l o n 1 111 1 1 a n dt h ea d s o r p t i o nd e n s i t yo fc a l c i u mo nt h ed i a s p o r ei sb i g g e rt h a nt h a t o fk a o l i n i t eu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n t h em a i na d s o r b i n gc o m p o n e n t so f c a l c i u mo nt 1 1 em i n e r a l si sh y d r o x y lc a l c i u m b o t ho fs o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t ea n ds o d i u mc a r b o n a t ec a ni m p r o v e t h ed i s p e r s i o no fm i n e r a l si nt h eh a r dw a t e r s o d i u mc a r b o n a t er e a c t sw i t l l c a l c i u mi o n st o p r o d u c et h ep r e c i p i t a t i o no fc a l c i u mc a r b o n a t e a n d c a l c i u mc a r b o n a t ec a na l s od e c r e a s et h en o c c u l a t i o ns e l e c t i v i 吼t h e r e a c t i o nb e t w e e ns o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t ea n dc a l c i u mi o n sc o n t a i n s m u t i c h e m i c a lr e a c t i o n s a tt h eb e g i n n i n g c a 3 p 0 4 2i sm a i n l yr e a c t i o n p r o d u c t w i t ht h ed o s a g ei n c r e a s eo fs o d i u mt r i p 0 1 y p h o s p h a t e c a n a 2 p 2 0 7 i s g r a d u a l l yg e n e r a t e d a n dm ef i n a lr e a c t i o np r o d u c t si st h es o l u b l e c o m p l e xo f n a n a 2 c a p 3 0 1 0 k e yw o i s d i a s p o r ea n da l u m i n o s i l i c a t e s c a l c i u ma n dm a g n e s i u m i o n s s e l e c t i v en o c c u l a t i o ns e p a r a t i o n s o d i u m t r i p o l y p h o s p h a t e i 碩士學位論文 第一章文獻綜述 第一章文獻綜述 鋁是地殼中豐度第三的元素 大約占地殼總質量的8 由于鋁的資源豐富 加上鋁及其合金具有相對密度小 導熱性好 易于機械加工等許多優(yōu)良的性能 因此被廣泛用作飛機 建筑物 機器部件 飲料罐和食品包裝等的主要結構材料 由于我國經(jīng)濟的持續(xù)強勁增長 隨著交通運輸 電力 輕工業(yè) 包裝等大量消費 金屬鋁的行業(yè)的快速發(fā)展 在可預計的將來 我國鋁工業(yè)仍將以一定的速度增長 目前 鋁土礦是氧化鋁生產(chǎn)的主要原料 我國鋁工業(yè)經(jīng)過了半個世紀的發(fā)展 尤 其是近年來 發(fā)展速度異常迅猛 2 0 0 1 年我國精煉鋁的產(chǎn)量達到3 3 7 1 4 萬t 占 世界的1 3 7 9 超過俄羅斯成為世界第一大精煉鋁生產(chǎn)國 2 0 0 4 年 我國精煉鋁 消費量為6 1 9 0 9 萬t 占世界的2 0 9 8 超越美國成為世界第一大精煉鋁消費國 我國己成為世界第一原鋁生產(chǎn)國和第二氧化鋁生產(chǎn)國 在世界鋁工業(yè)中具有舉足 輕重的地位 由于我國鋁產(chǎn)量的迅速增加 極大地促進了氧化鋁的需求 1 1 我國鋁土礦資源特點及氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀 1 1 1 我國鋁土礦資源特點 我國是世界上鋁礦資源較為豐富的國家 截止2 0 0 5 年底 我國鋁土礦探明可 采資源儲量為5 4 億t 約占世界儲量的2 3 但我國鋁土礦開采量已達到世界開 采總量的8 開采水平遠遠高于儲量保有水平 我國的鋁土礦的礦產(chǎn)資源分布高 度集中 山西 河南 貴州 廣西四省占全國儲量的9 0 9 其中山西4 1 6 貴 州1 7 1 河南1 6 7 廣西1 5 5 其余擁有鋁土礦的1 5 個省 自治區(qū) 直轄市 的儲量合計僅占全國總儲量的9 1 口1 我國鋁土礦的資源特點除了分布集中外 還以大 中型礦床居多 儲量大于 2 0 0 0 萬t 的大型礦床共有3 1 個 其擁有的儲量占全國總儲量的4 9 儲量在2 0 0 0 5 0 0 萬t 之間的中型礦床共有8 3 個 其擁有的儲量占全國總儲量的3 7 大 中型 礦床合計占到了全國總儲量的8 6 口1 礦床類型主要有沉積型 堆積型 紅土型 其中沉積型最多 在已探明的儲量中 沉積型礦床的儲量占全國總儲量的9 2 2 5 山東 山西 河南和貴州主要是這類礦床 堆積型礦床的儲量占6 2 1 主要分 布在廣西和云南 紅土風化殼型三水鋁土礦儲量占1 5 4 h 1 根據(jù)所含的主要的鋁礦物不同 鋁土礦可劃分為三水鋁土礦型 一水軟鋁石 型和一水硬鋁石型 在世界范圍內鋁土礦主要是三水鋁土礦型 而我國的鋁土礦 資源主要以高嶺石一一水硬鋁石型為主 約占9 8 屬于高鋁 高硅 低鐵 難溶 的礦石 鋁硅比偏低 約在4 6 之間 溶出性能差 高鋁硅比 a 1 s i 8 礦石很 少 鋁土礦礦石a l o 平均含量僅4 0 9 6 6 0 在儲量中鋁硅比大于9 的礦石僅占 碩士學位論文第一章文獻綜述 1 8 5 其余8 0 以上的鋁土礦均為中低品位聆1 另外我國鋁土礦中礦物種類多 組成復雜 礦物嵌布粒度較細 主要脈石礦 物有含硅礦物高嶺石 葉臘石 伊利石 石英 綠泥石等 含鐵礦物為赤鐵礦 褐鐵礦 水赤鐵礦等 含鈦礦物為銳鈦礦 金紅石等 一水硬鋁石與主要含硅礦 物之間的嵌布關系復雜 彼此緊密鑲嵌 解離較難呻 1 1 2 我國氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀 我國的氧化鋁工業(yè)從1 9 5 4 年山東鋁廠建成至今 經(jīng)過5 0 多年的發(fā)展 已經(jīng)形 成了六大氧化鋁生產(chǎn)基地 尤其是進入新世紀以來 發(fā)展速度異常迅猛 從2 0 0 1 年到2 0 0 6 年 我國氧化鋁各年的產(chǎn)量占世界的比重逐年增加 2 0 0 6 年產(chǎn)量達到 1 3 7 0 萬t 占世界總產(chǎn)量的2 3 4 6 同比增長5 4 0 1 見表1 1 其中 河南省氧 化鋁產(chǎn)量最大 為5 2 0 萬t 占全國總產(chǎn)量的三分之一以上 其次為山東省 產(chǎn)量 為3 6 7 萬t 占全國的四分之一強 第三是山西省 產(chǎn)量為2 5 5 萬噸 占全國的 1 8 6 7 o 表1 12 0 0 1 2 0 0 6 年氧化鋁生產(chǎn)情況 萬t 目前 氧化鋁的生產(chǎn)方法可分為拜耳法 燒結法和拜耳燒結聯(lián)合法 國外鋁 土礦礦石主要為三水鋁石 因具有高鋁 低硅 高鐵的特點 適合拜耳法生產(chǎn)氧 化鋁 而我國鋁土礦則以一水硬鋁石型鋁土礦為主 總體特征是高鋁 高硅 低 硫 低鐵 中低鋁硅比 適合拜爾一燒結聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁 所以我國的氧化鋁 生產(chǎn)工藝主要采用生產(chǎn)工藝復雜 流程長 投資大 成本高的燒結法和獨創(chuàng)的混 聯(lián)法 目前 世界上采用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁約占9 0 左右 燒結法和聯(lián)合法只 占1 0 左右 只有我國和俄羅斯生產(chǎn)氧化鋁以燒結法和聯(lián)合法為主 據(jù)統(tǒng)計 這 三種不同工藝生產(chǎn)氧化鋁的直接能耗 如動力 燃料和電力等消耗 與間接能耗 包括工廠或礦山設計建設和生產(chǎn)過程中消耗的全部原料 輔助材料所集結的能 耗等 均大于拜耳法工藝口1 能耗高 是我國氧化鋁工業(yè)與國外氧化鋁工業(yè)相比 存在的主要差距 燒結法能耗是拜耳法能耗的2 8 6 倍 聯(lián)合法能耗低于燒結法 但也高于拜耳法哺1 我國氧化鋁生產(chǎn)采用燒結法和聯(lián)合法工藝 主要是由我國鋁土礦資源特點決 定的 我國7 0 鋁土礦的鋁硅比小于7 而拜耳法生產(chǎn)氧化鋁要求鋁土礦原料的 2 碩士學位論文第一章文獻綜述 鋁硅比要大于8 有資料表明 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的能耗隨礦石a s 的增大呈下 降趨勢 當?shù)V石a s 在4 9 范圍內變化時 能耗隨礦石a s 的增加迅速減少 a s 每提高l 能耗平均減少1 2 大約減少1 9 9 m j t a 1 0 3 并且隨著礦石a s 的降低 礦石中a 1 0 的實際溶出率也下降 堿耗增加 石灰 礦石消耗增加 礦石a s 越低 氧化鋁實際溶出率下降幅度越大睜兒m 1 我國氧化鋁工業(yè)要改變現(xiàn)在復雜高能耗的生產(chǎn)方式 采用能耗較低的拜耳法 生產(chǎn)工藝 就必須要對我國的鋁土礦進行預脫硅處理 提高鋁土礦的鋁硅比 以 滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁對原料的要求 在這種情況下 1 9 9 6 年國家計委將 我 國一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁新工藝新技術研究 編號 9 6 1 2 2 0 1 列入國 家 九 五 重點科技攻關項目 在1 9 9 9 年和2 0 0 4 年 國家又將鋁土礦鋁硅分 離基礎理論研究列入了 國家重大基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目 簡稱 9 7 3 的內 容之一 希望通過攻關找到一條適合于我國資源特點的鋁土礦脫硅的途徑 1 2 鋁土礦選礦脫硅研究現(xiàn)狀 硅是鋁土礦中最有害的雜質之一 它一方面會造成n a o 和a l 0 的損失 污 染氫氧化鋁 降低產(chǎn)品質量 另一方面生成鈉硅渣結疤 使設備的傳熱系數(shù)降低 溶出過程的能耗增加 設備維護難度增大 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程其實主 要是鋁硅的分離 即脫硅 鋁土礦選礦脫硅則是通過選礦方法脫硅來提高礦石的 a s 以獲得高質量的鋁土礦精礦作為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料 從選礦的角度考慮 預脫硅方法有物理選礦法 化學選礦法和生物選礦法 目前這些方法用于工業(yè)生產(chǎn)的不多 究其原因主要是受到經(jīng)濟 能耗 環(huán)境等方 面的制約 相對于其它有色金屬精礦而言 鋁的價格相對低得多 所以對鋁土礦 選礦 只能采用工藝簡單 成本低 能耗低 無環(huán)境污染的選礦方法 才能在氧 化鋁工業(yè)生產(chǎn)中得以實現(xiàn) 1 2 1 化學法選礦脫硅 鋁土礦化學法選礦脫硅是在高溫條件下 使鋁土礦中以高嶺石為主要賦存狀 態(tài)的含硅礦物發(fā)生化學分解 熱解出s i 0 2 然后用苛性堿在一定溫度下攪拌溶出 s i 硯以n a 2 s i q 的形態(tài)進入液相 經(jīng)固液分離后獲得鋁精礦和n a s i0 3 溶液 用石灰 處理n a 2 s i0 3 溶液可除去硅并獲得循環(huán)堿液 該工藝包括預焙燒 堿浸脫硅 固 液分離等工序 對細粒嵌布或高嶺石以微晶的細小集合體與鋁土礦緊密共生的難 選鋁土礦比較有效 化學選礦脫硅的主要優(yōu)點 脫硅過程中氧化鋁的回收率高 一般可達9 8 以上 同時焙燒過程可脫除礦石中大部分的碳酸鹽 硫 有機物等 有害雜質 有利于后續(xù)拜耳法的溶出操作 但是 化學選礦脫硅需要經(jīng)過焙燒 能耗較高 而能耗的高低直接影響氧化鋁生產(chǎn)的成本 碩士學位論文第一章文獻綜述 該方法最初是由德國在2 0 世紀4 0 年代處理匈牙利 奧地利和南斯拉夫的高硅 鋁土礦時提出的 從5 0 年代末開始 我國對鋁土礦的化學選礦脫硅進行了一些研 究 先是采用豎爐 流化床焙燒 后來采用回轉窯焙燒 低壓浸出取得了一些進 展 為了降低能耗及強化焙燒和浸出 前蘇聯(lián)又提出一種改進的化學選礦脫硅法 焙燒熱能消耗減少4 0 節(jié)能效果顯著 1 2 2 生物法選礦脫硅 生物法選礦脫硅是用微生物分解硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物 將鋁硅酸鹽礦物分 解成為氧化鋁和二氧化硅 并使二氧化硅成為可溶物 而氧化鋁不溶 從而使得 鋁 硅得以分離 此方法是在處理前蘇聯(lián)哈沙克斯坦礦床的高嶺石的試驗中提出 來的 這種方法n 2 兒 3 對處理膠狀極細粒鋁土礦較為適合 它的優(yōu)點是能保證得到 較高的工藝指標 并消除對環(huán)境的污染 而且成本低 是具有良好前景的選礦脫 硅方法 但是 目前對生物選礦脫硅工藝的研究還不夠成熟 還未達到工業(yè)生產(chǎn) 的要求 同時其還有脫硅速度慢 周期長 條件要求苛刻等缺點也 不利于工業(yè) 生產(chǎn)的實施 1 2 3 物理法選礦脫硅 物理法選礦脫硅以天然礦物形態(tài)除去含硅礦物 以降低鋁土礦中s i 0 2 的含 量 根據(jù)分選過程的不同 物理選礦脫硅工藝可以細分為洗選 篩選 浮選 選 擇性絮凝等 其根本特點就是利用鋁土礦中鋁礦物和鋁硅酸鹽礦物的物理性質和 表面性質的差異來分選礦石 如浮選脫硅以及現(xiàn)在許多氧化鋁廠采用的洗礦 物 理選礦脫硅中研究最多 最有前途的方法是浮選 它具有脫硅效果較好 流程簡 單 生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢 1 正浮選脫硅 正浮選的泡沫產(chǎn)品為有用礦物 槽內為脈石礦物 鋁土礦正浮選鋁硅分離是 抑制鋁硅酸鹽脈石礦物 用陰離子型捕收劑浮選一水硬鋁石 鋁土礦正浮選具有 流程簡單 精礦鋁硅比容易保證 工業(yè)上容易實現(xiàn)等優(yōu)點 因此研究較多 在國外 與鋁土礦資源特點相對應 所開展的研究主要集中于三水鋁石和一 水軟鋁石型鋁土礦 從選別流程來看 他們對如何防止礦石泥化研究較多 常采用 預先脫泥 泥砂分別處理等工藝 在藥劑方面的研究 使用脂肪酸 中性油和烷 基硫酸鹽 烷基磺酸鹽等為捕收劑 乙氧基化合物為起泡劑 硅酸鈉 六偏磷酸 鈉 亞硫酸鈉等作調整劑 在堿性或弱堿性條件下進行了三水鋁石和一水軟鋁石 與高嶺石等礦物的分離試驗 但由于其磨礦粒度細 精礦品位和氧化鋁回收率低 等原因 尚未有工業(yè)生產(chǎn)研究n 4 1 n 射 在國內 根據(jù)我國鋁土礦資源的特點 對一水硬鋁石型鋁土礦的選礦脫硅研 4 碩士學位論文第一章文獻綜述 究取得了很大進展 從2 0 世紀7 0 年代開始 對一水硬鋁石型鋁土礦進行了正浮 選試驗研究 早期研究采用氧化石蠟皂做捕收劑 磷酸鈉 六偏磷酸鈉 腐殖酸 鈉作調整劑 浮選一水硬鋁石一高嶺石形鋁土礦口們n 7 1 也有人針對一水硬鋁石一 水云母型礦進行堿法浮選鋁硅分離試驗研究 研究表明以氧化石蠟皂和塔爾油 4 1 混合作捕收劑 n a 2 c 0 作調整劑 磨礦細度也要求達到一0 0 7 4 姍占9 6 才 能實現(xiàn)鋁礦物和含硅礦物分離 這一時期 絕大部分浮選研究采用細磨使之單體 解離然后浮選的工藝流程 礦漿中存在大量的礦泥 細粒含硅礦物易于機械夾帶 上浮而惡化浮選效果 同時由于產(chǎn)出的精礦粒度過細造成脫水過濾困難 且難于 達到拜耳法對粒度的要求u 引 1 9 9 6 年以來 針對我國一水硬鋁石型鋁土礦進行的選礦脫硅等課題被列入 九五 國家重點科技攻關計劃 北京礦冶研究總院 中南工業(yè)大學分別進行了 鋁土礦正浮選脫硅研究 均取得重大突破 并成功地進行了工業(yè)試驗 采用碳酸 鈉為調整劑 h z t 為分散劑 h z b 為捕收劑 北京礦冶研究總院采用階段磨浮分 選法脫硅 中南大學則用選擇性磨礦一選擇性聚團浮選脫硅 工業(yè)試驗結果為 原礦含a 1 0 6 5 1 9 s i 0 1 1 0 5 a s 5 9 入選細度7 0 4 3 一0 0 7 4 咖 精礦 a 1 0 7 0 0 8 s i 0 6 2 2 a s 1 1 3 9 a l 0 回收率為8 6 4 5 指標達到并超過攻關 要求n 町n 9 1 目前 山東鋁廠采用階段磨浮分選法脫硅工藝 中州鋁廠采用選擇性 磨礦 選擇性聚團浮選脫硅工藝均實現(xiàn)了工業(yè)化 在機理方面 通過紅外 動電位檢測以及吸附量測定等方法對油酸鹽 硅酸 鈉等藥劑在礦物表面的物理化學作用進行了研究 研究表明 油酸鈉在礦物表面 有化學吸附 隨著礦漿p h 值的增加 肥皂和油酸鈉在三水鋁石 高嶺石及菱鐵 礦上的吸附量增加 但吸附率不同 六偏磷酸鈉的存在減少了捕收劑在高嶺石表 面上的吸附 但增加了其在三水鋁石和菱鐵礦表面上的吸附啪1 正浮選的優(yōu)點是所用捕收劑為脂肪酸鹽類和油酸鹽類 調整劑和抑制劑為 n a 2 c 0 六偏磷酸鈉 腐殖酸鈉等 藥劑來源廣泛 成本低 同時捕收劑對一水 硬鋁石的捕收能力強 缺點是由于精礦上浮量大 使得脫硅過程中藥劑用量大 精礦中藥劑殘余量大 對后續(xù)拜耳法溶出工藝產(chǎn)生負面影響 對礦物組成復雜 嵌布粒度細的鋁土礦由于要求細磨 造成了磨礦能耗過高 且精礦脫水困難 水 分含量過大不利于拜耳法溶出過程的能耗n 5 瑚1 2 反浮選脫硅 反浮選就是將非目的礦物浮出 目的礦物為槽內產(chǎn)品 鋁土礦反浮選鋁硅分 離是用抑制劑抑制一水硬鋁石 采用陽離子捕收劑或陰離子捕收劑浮選鋁硅酸鹽 礦物 這種工藝在鐵礦浮選中研究較多 且有生產(chǎn)實踐報道 而對于鋁土礦的反 浮選研究 在1 9 9 9 年前相關文獻報道較少 碩士學位論文第一章文獻綜述 在國外 與鋁土礦資源特點相對應 所開展的研究主要集中于三水鋁石和一 水軟鋁石型鋁土礦 i s h c h e i l k ov 等使用十二胺對鋁硅比為1 7 2 4 的三水鋁 礦石進行反浮選 獲得鋁硅比大于7 的鋁土礦精礦 1 r a yd t 等人在堿性介 質中從三水鋁石型鋁土礦中以恕m a c t 為捕收劑浮出了角閃石 但磨礦粒度細 精礦氧化鋁回收率低瞄1 c s i l l a gz s 等人以溴化十六烷基吡啶鹽為捕收劑 m a c 0 1 h 和白雀樹皮為調整劑在試驗室中除去了低品位鋁土礦中8 0 9 0 的 高嶺石 但藥劑成本較高 且氧化鋁回收率較低但鍆 前蘇聯(lián)學者研究了胺類陽離 子捕收劑從鋁土礦中反浮選鮞狀綠泥石的吸附機理 發(fā)現(xiàn)鮞狀綠泥石 鋁硅酸鹽 的可浮性好 單體解離的含鋁礦物可浮性差洶1 在國內 作為 國家重大基礎研究發(fā)展規(guī)劃 9 7 3 項目 提高鋁材質量的 基礎理論研究 和 高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎研究 專題內容之一 鋁土礦反浮選脫硅 通過在基礎理論 分選工藝 選礦藥劑等多個方面的研究 鋁土礦反浮選脫硅已取得了一定的成果 基礎理論方面 劉曉文 胡岳華洶1 對一水硬鋁石和三種層狀硅酸鹽礦物 高 嶺石 伊利石 葉蠟石 的晶體結構與表面潤濕性 表面電性及可浮性關系進行 了研究 并且對藥劑與一水硬鋁石各個不同晶面作用及對二八面體型的層狀硅酸 鹽礦物的團聚分散行為的進行了研究 這方面的工作具有重要的參考價值 印萬忠和韓躍新刪等從一水硬鋁石和高嶺石兩種礦物的晶體結構入手 對晶 體結構中化學鍵的離子百分數(shù) 極性 平均鍵價 陰陽離子間的靜電力和相對鍵 合強度進行了計算 說明了一水硬鋁石解理時大量a 卜0 鍵斷裂 導致金屬陽離 子a 1 3 在礦物表面大量暴露 使礦物表面正電性強 而高嶺石解理時是層間氫鍵 斷裂 a 卜0 s 卜o 鍵難以發(fā)生斷裂 加之類質同象替換使其底面帶恒定負電荷 高嶺石表面負電荷較強 正是由于兩種礦物表面性質的差異 導致它們在陰 陽 離子型捕收劑浮選體系中表現(xiàn)出不同的可浮性 論文結果為開發(fā)和研制具有高選 擇性的鋁土礦浮選捕收劑和抑制劑提供了理論依據(jù) 張國范在研究陽離子捕收劑浮選鋁土礦體系中指出 礦物表面荷電機理的不 同是導致高嶺石和一水硬鋁石可浮性差異的主要原因 采用十二烷基醋酸胺為捕 收劑時 一水硬鋁石浮選行為受溶液p h 值的影響較大 當p h 5 5 時 一水硬鋁石可浮性較好 高嶺石由于晶體結構的原 因 在酸性條件下可浮性比堿性條件下好 并且認為礦泥對陽離子捕收劑浮選影 響較大 預先脫泥和強化礦泥分散是實現(xiàn)鋁土礦反浮脫硅工藝的關鍵 用n a c 0 3 做調整劑 調節(jié)礦漿到弱堿性 以分散劑六偏磷酸鈉 n a s if 6 實現(xiàn)了礦漿的有 效分散 以d w 和淀粉為抑制劑 1 8 2 7 為捕收劑 通過選擇性脫泥與反浮選相結 合的技術路線 獲得了滿意的指標n 引 6 碩士學位論文第一章文獻綜述 王毓華呦 剮對影響鋁土礦反浮選的眾多物理因素 如礦漿濃度 攪拌強度 充氣量及物料粒度等選擇進行了系統(tǒng)研究 得出反浮選適宜的浮選礦漿濃度為 1 6 2 2 之間 較適宜的浮選機轉速約為2 5 0 3 0 0 r m i n 較適宜的充氣量約為 2 5 4 5 m 1 s 棒磨比球磨浮選精礦鋁硅比約高o 3 0 4 a 1 0 3 回收率約高2 6 同時也對鋁土礦選擇性脫泥做了大量的研究 對河南某鋁土礦的試驗研究表 明 添加高效分散劑實現(xiàn)選擇性脫泥是較有效途徑 脫泥后反浮選精礦鋁硅比提 高了o 3 2 為1 0 6 3 a 1 0 3 回收率提高了4 3 2 個百分點 為8 6 2 5 同時大大 降低了藥劑用量 鋁土礦反浮選脫硅的另一個發(fā)展方向是高效捕收劑 抑制劑和活化劑的研制 與開發(fā) 在捕收劑方面 蔣昊 等人系統(tǒng)地考察了不同碳鏈長度的伯胺鹽和季胺鹽對 鋁土礦四種礦物可浮性的影響 發(fā)現(xiàn)用不同碳鏈的烷基胺作捕收劑時 一水硬鋁 石的浮選p h 上限不一樣 并且三種鋁硅酸鹽礦物的可浮性順序不盡不同 鐘宏 等人開發(fā)出多種新型反浮選捕收劑 如兩性捕收劑g e m i n i 引 其對硅酸鹽捕收 性能比傳統(tǒng)的陽離子捕收劑要好 胍基類捕收劑口引 在較寬的p h 范圍內對硅酸 鹽都有很好的捕收性能 劉長淼 1 等人合成了不同碳鏈長度和不同取代基的叔胺 類反浮選捕收劑 通過浮選試驗表明 叔胺類捕收劑對硅酸鹽礦物的選擇性更好 其中十二烷基叔胺藥劑的效果最佳 而取代基效應分析 十二烷基乙基叔胺的效 果優(yōu)于甲基 丙基和芐基 張麗敏n 釘?shù)热碎_發(fā)了反浮選輔助捕收劑w d 一1 0 當十 二胺與w d 1 0 聯(lián)合使用的情況下 在p h 6 時 高嶺石的回收率遠遠大于一水硬 鋁石的回收率 實現(xiàn)了兩種礦物的分離 陳湘清m 1 針對不同的捕收劑浮選體系 對六偏磷酸鈉和氟硅酸鈉做抑制劑和 活化劑的機理做了系統(tǒng)研究 使用高效的無機調整機 擴大鋁礦物 硅酸礦物的 可浮性差距 使得一水硬鋁石和硅酸鹽礦物能夠通過反浮選技術 工藝達到有效 分離的目的 李海普口刀研究了一水硬鋁石 高嶺石 葉蠟石和伊利石的表面性質 和可浮性之間的差異 并合成了多組改性高分子浮選調整劑 考察了高分子藥劑 對四種礦物的可浮性的影響 并且研究了藥劑的作用機理 探討了藥劑的結構與 性能的關系 這對于認識高分子浮選劑的性能 為進一步開發(fā)鋁土礦反浮選脫硅 技術提供了有參考價值的新思路 與正浮選脫硅相比 鋁土礦反浮選脫硅具有以下一些主要特點 含硅礦物的 捕收劑為脂肪胺類 上浮產(chǎn)品產(chǎn)率小 藥劑用量低 精礦表面附著的藥劑少 易 于過濾 水分含量低 對于一水硬鋁石型鋁土礦 由于一水硬鋁石與鋁硅酸鹽礦 物可磨性差別大 易于實現(xiàn)粗磨礦 即在磨礦過程中當硬度較小的硅酸鹽礦物滿 足浮選的粒度要求時 硬度較大的一水硬鋁石仍保持較粗粒度 有利于降低磨礦 7 碩士學位論文 第一章文獻綜述 能耗和精礦含水量 機械夾帶少 有利于改善產(chǎn)品質量 由于原礦中少量t i f e 及含c a m g 的雜質礦物 可望在反浮選中被選出 可減少拜耳法溶出過程中鎂渣結 疤與鈦渣結疤問題 但鋁土礦反浮選尚有以下問題需要解決 目前所用的一些常規(guī)陽離子捕收劑 的選擇性和捕收能力都有局限性 造成細粒硅酸鹽礦物的浮選速度慢 選擇性差 泡沫產(chǎn)品難以處理等問題 同時顆粒較粗的含硅脈石礦物很難浮出 槽內產(chǎn)品的 品位難以得到進一步的提高 此外 礦泥對陽離子捕收劑的浮選具有很大的影響 加強選擇性脫泥和對礦泥的分散對于鋁土礦的反浮選脫硅具有重要意義洶1 3 分散和選擇性絮凝脫硅 由于鋁土礦中的雜質含有各種泥質礦物 如褐鐵礦 多水高嶺土 伊利水云 母 綠泥石等 不可避免產(chǎn)生一定量的原生礦泥 更重要的是一水硬鋁石的莫氏 硬度為6 5 7 0 主要含硅礦物為高嶺石 伊利石 葉臘石等 它們的莫氏硬 度分別為2 0 3 5 2 o 3 o 1 o 1 5 d 鍆 所以 含鋁礦物與含硅礦物之間 存在著明顯的硬度差 鋁土礦反浮選一般要求磨礦細度在一o 0 7 4 姍8 0 以上 所 以不可避免地產(chǎn)生大量的次生礦泥h 叭 礦泥對鋁土礦反浮選脫硅都有嚴重的影 響 因此 對于嵌布粒度較細的一水硬鋁石型鋁土礦 含泥較多時可采用分散選 擇性絮凝工藝脫硅 選擇性絮凝是利用絮凝劑對固液體系中不同性質顆粒的吸附能力不同 將目 標顆粒吸附絮凝而保留非目標顆粒的絮凝方法 在選礦中 往往應用于重 浮 磁等方法難以回收率的微細粒級礦物 所以對于選擇性絮凝有幾個必要的前提條 件 第一就是非目標顆粒與目標顆粒應該是分開的 而不是鑲嵌在一起 第二 在進行選擇性絮凝之前 顆粒之間不能發(fā)生凝聚和絮凝 即固液體系在進行選擇 性絮凝前應具有一定的穩(wěn)定性 第三 目標顆粒和非目標顆粒不能互相污染 第 四 高分子絮凝劑對非目標顆粒和目標顆粒的吸附能力應有較大差別 1 所以選擇性絮凝一般有四個工序 1 微細顆粒的分散 即達到固液體系在 進行選擇性絮凝前應具有一定的穩(wěn)定性的要求 通常都在該工序中加入分散劑 2 絮凝劑選擇性地吸附在目標顆粒上 并形成絮團 3 低剪切速率下攪拌使絮 團長大 4 用沉降 淘析 篩分 過濾 浮選等方法分離絮團 如有必要可接著再 分散和再進行選擇性絮凝以精選絮團h q h 羽 駱兆軍等h 3 3 依據(jù)經(jīng)典的d l v o 理論 應用顆粒間的相互作用分析了微細粒一 水硬鋁石在各種硅酸鹽脈石礦物表面的粘附情況 指出一水硬鋁石和硅酸鹽脈石 顆粒間的范德華力總是吸引的 而靜電作用在弱堿條件下為排斥 在弱酸性條件 下為吸引 此時機械夾帶作用較為嚴重 不利于反浮選脫硅 此理論研究為今后 設計分散條件提供了理論依據(jù) 崔吉讓 方啟學則在歸納總結一水硬鋁石和高嶺 8 碩士學位論文第一章文獻綜述 石礦物晶體結構 溶解特性和表面荷電性質的基礎上 對高嶺石顆粒的分散與聚 團行為進行了試驗研究和理論計算 認為高嶺石的溶液特性以及端面與底面荷電 性質的差異對顆粒的分散及聚團具有重要的影響h 4 1 王毓華 胡岳華啪1 等嘗試使用常規(guī)分散劑對鋁土礦進行選擇性脫泥試驗 試 驗結果顯示碳酸鈉的脫泥效果最好 使精礦的鋁硅比和a 1 0 3 的回收率都有所提 高 王毓華 陳興華等通過對眾多分散劑試驗研究表明 在磨礦過程中添加碳酸 鈉可以有效分散礦漿 實現(xiàn)選擇性脫泥 鋁土礦正浮選脫硅工藝采用添加n a c 0 3 和六偏磷酸鈉強化礦漿分散 減輕礦泥對浮選過程的影響 獲得了良好的分選指 標 4 5 h 4 7 1 王毓華等人分別在以碳酸鈉和六偏磷酸鈉為分散劑的情況下 研究了鈣鎂離 子對一水硬鋁石和三種硅酸鹽礦物分散行為的影響 研究結果表明鈣鎂離子使一 水硬鋁石 高嶺石和伊利石的分散性降低 而對葉臘石影響不大 并認為c a 2 的 加入消耗了體系里的c 0 2 一和n a 4 p 6 0 降低了礦物顆粒表面電位的絕對值 減小 了顆粒間靜電排斥作用能 z e t a 電位測試結果表明 鈣鎂離子會使一水硬鋁石和 高嶺石的表面電位絕對值顯著降低 但兩種礦物的等電點基本不變h 引 在絮凝劑的研究方面 黃傳兵考察多種小分子有機物 大分子絮凝劑以及無 機金屬離子對鋁硅單礦物的絮凝效果的影響 試驗結果表明 陽離子聚丙烯酰胺 聚丙烯酸鈉 順丁烯二酸酐和鐵離子的絮凝效果較好 并利用碳酸鈉做分散劑 聚丙烯酸鈉為絮凝劑 對河南鋁土礦做選擇性絮凝試驗 精礦鋁硅比達到8 9 回收率超過8 0 還指出聚丙烯酸鈉與礦物表面的a l 活性點作用 形成化學吸附 并通過氫鍵形成橋鍵作用h 嘞1 東北大學張云海等采用分散劑y f 一1 和絮凝劑y x l 對一水硬鋁石和伊利石進 行了分離試驗 得出分散劑y f 一1 對伊利石具有良好的分散效果 絮凝劑y x 一1 呈現(xiàn) 良好的選擇性 在充分的分散條件下 可以通過選擇性絮凝使伊利石和一水硬鋁 石得到有效分離 同時 還應用復合藥劑y b 一1 分散劑y f 一2 和絮凝劑y x 一3 考查了 一水硬鋁石和硬高嶺石的人工混合礦的反浮選分離 經(jīng)一次粗選和一次精選 得 到良好的分選指標哺 1 3 選擇性絮凝工藝在其他選礦領域的應用 選擇性絮凝工藝在鋁土礦選礦領域的研究雖然只在近1 0 年左右 但其在礦物 加工中的其他領域已經(jīng)有了廣泛的應用 運用選擇性絮凝或選擇性脫泥 然后再 使用常規(guī)的重選 浮選和磁選方法分選微細粒礦物 尤其是針對一2 0pm 粒級的微 細粒 往往能獲得較好的分選指標 所以目前選擇性絮凝法有著較強的生命力 9 碩士學位論文 第一章文獻綜述 在理論上和實踐領域內都發(fā)展較快 正如y a a t l i a 的預言 在不久的將來 礦業(yè)界的選擇性絮凝工藝 很快將可能成為主要的分選工藝 選擇性絮凝工藝在煤礦 鐵礦和一些密度較大的有色金屬礦如鉛鋅礦 鎢礦 錫石等實踐中都有較多應用實例 1 煤礦方面 在煤礦選別中 選擇性絮凝工藝用于生產(chǎn)超純煤 脫除黃鐵礦 浮選前預處 理脫灰 脫硫等 流程簡單 易于控制 通常采用絮凝煤 分散灰分和黃鐵礦雜 質的方法 蔡章等人研究指出疏水性的絮凝劑效果最好 親水性的聚電荷排斥作 用具有一定的絮凝選擇性 非離子型幾乎沒有選擇性 5 糊1 2 鐵礦方面 鐵礦石的選擇性絮凝工藝研究最多 也最成熟 目前已有工業(yè)實踐 在1 9 7 4 年 在美國蒂爾登鐵礦建成了世界上第一個應用選擇性絮凝一脫泥一浮選工藝的 選礦廠 該廠處理的礦石為難選細粒嵌布的非磁性鐵燧巖 其主要鐵礦物為赤鐵 礦和假相赤鐵礦 脈石礦物主要是石英 燧石和其它硅酸鹽礦物 采用木薯淀粉 為絮凝劑 用n a o h 硅酸鈉調整礦漿p h 到1 l 每年處理含鐵3 6 的礦石2 1 0 0 萬t 另外 加拿大杰拉爾頓礦床采用的是兩段階段磨礦和四段選擇性絮凝一脫 泥 它可直接獲得含鐵6 5 的精礦 回收率7 4 6 嘲 經(jīng)過長時間的研究 選擇性絮凝工藝在鐵礦中的應用主要分為高分子絮凝工 藝 疏水絮凝工藝和磁復合絮凝工藝 高分子絮凝工藝是通過高分子聚合物橋聯(lián)作用 將目標礦物顆粒連接起來 構成松散多空的大絮團 一般要求高分子絮凝劑分子量大 鏈長 沿鏈的長度上 有大量活性官能團 通常通過改變顆粒表面電位或電性 使不同顆粒的電位產(chǎn)生 較大差別 從而對于特定高分子絮凝劑 不同顆粒表面的活性質點數(shù)量差別增大 以達到選擇性目的 目前此方法已有比較成熟的應用 早期r e a d 對赤鐵礦一石英 體系做了詳細的研究 在赤鐵礦一石英體系中 先加入了氟化鈉和六偏磷酸鈉 擴大石英和赤鐵礦的電位差 再將陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑加入赤鐵礦一石英 體系 由于石英的電位較負 使絮凝劑在其表面吸附受到抑制 從而實現(xiàn)了赤鐵 礦與石英的有效分離嘲 印度的研究人員用選擇性分散和選擇性絮凝的方法 實 現(xiàn)了赤鐵礦與高嶺石 伊利石和蒙脫石的分離 絮凝后精礦回收率達到8 0 很 好地實現(xiàn)了分離的效果刪 疏水絮凝是基于礦物顆粒表面選擇性疏水化而成團的一種行為 疏水聚團分 選工藝的一個基本特征 是需要較長時間的中等或強烈攪拌 強湍流條件賦予顆 粒足夠大的動能 以克服顆粒間排斥能壘 并增大團聚率 在攪拌過程中加入乳 化非極性油來強化絮團 r d 帕斯科等側嘲采用油酸鈉 使微細赤鐵礦與石英選 l o 碩士學位論文 第一章文獻綜述 擇性絮凝分離 并且指出影響礦物形成絮團的主要因素是油酸濃度 p h 值 剪切 速度和飽和時間 只有當溶液中油酸的溶解度過飽和時 才能產(chǎn)生絮凝作用 f u e r s t e n a ud w 等用十二烷基硫酸鈉對細粒赤鐵礦進行絮團浮選 結果表明 剪切絮凝作用可以提高一1 0 岫赤鐵礦顆粒的浮選速率 而在絮凝系統(tǒng)中加入藥劑 處理過的粗粒赤鐵礦作為細粒礦物的載體 可明顯提高總的浮選回收率咖1 磁復合絮凝分選工藝 是近年來發(fā)展起來的一種微細粒弱磁性鐵礦分選新工 藝 是指在高分子絮凝 疏水絮凝的基礎上 添加磁鐘并置于外界磁場中 以強 化絮凝作用 同時又保持較高的選擇性 已有研究表明 在最佳的藥劑條件情況 下 加入少量的磁種 可使精礦的回收率有較大的提升 但磁種不能加入太多 否則會使精礦的品位大幅下降 3 有色金屬礦方面 選擇性絮凝工藝在有色金屬礦選礦中的應用主要是疏水絮凝法 在一些密度 較大的有色礦如黑鎢礦 錫石等 也可運用高分子絮凝的方法 a t t i a 首先報道了用選擇性絮凝方法處理復雜銅礦的研究 通過多次分散絮 凝可以除去大部分脈石礦物顆粒 得到較好的指標 并且對體系的機理和影響因 素做了簡要分析砸 r u b i o 等用黃藥預先使孔雀石 硅孔雀石疏水 用較疏水的 絮凝劑p e o 選擇性絮凝銅礦物 獲得了含c u 2 7 3 回收率7 4 的精礦哺副 纖 維素黃藥 淀粉黃藥等對黃銅礦 硅孔雀石等有選擇性絮