（机械设计及理论专业论文）铝土矿正浮选尾矿脱水新工艺的研究.pdf

西安建筑科技大学工程硕士学位论文 铝土矿正浮选尾矿脱水新工艺的研究 专业：机械工程 硕士生：王永红 指导教师：张小龙 摘要 本文从铝土矿正浮选尾矿的物化性质入手，在工业试验的基础上，对铝土矿正 浮选尾矿脱水处理新工艺进行研究： 通过分析铝土矿正浮选尾矿的物化性质，查明了其脱水困难的三个原因：一是 含有大量极细的粘土矿物颗粒，并有部分胶体颗粒；二是矿浆颗粒表面含较高负电； 三是矿浆的粘度较大。由于铝土矿正浮选矿浆颗粒粒度极细、表面负电较强，导致 颗粒间静电斥力较大，使得矿浆处理难度大，必须对矿浆颗粒表面进行电性中和。 对尾矿沉降脱水处理剂的选用进行研究，采用电性中和与吸附架桥联合新工艺 进行铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理。试验表明，该工艺能将溢流浮游物降低到 i g l 以下，使尾矿浓密机底流浓度大幅增加。研究得出：处理剂以w i + p 3 、w 3 + p 3 、 w 1 5 + p 3 为较佳加药方案，其中w 1 5 + p 3 为最佳方案；矿浆初始浓度不宜过高，最好 控制在1 2 以下，水处理时需首先添加电性中和剂将尾矿浆p h 值调整至6 7 7 7 ， 再添加吸附架桥剂，才能够保证沉降效果。 对尾矿沉降设备进行研究，采用无传动、免维护、深锥高效沉降槽尾矿脱水工 艺对铝土矿正浮选尾矿浆进一步沉降脱水处理。试验表明，该工艺能使尾矿浆浓度 提高到4 5 5 0 ，使溢流浮游物小于i g 1 ，将溢流水全部返回生产流程，用于选矿、 拜耳法洗涤等，且无明显有害影响；同时工人劳动强度低、检修、维护工作量极少。 通过铝土矿正浮选尾矿脱水新工艺的工业运行，使操作条件逐步完善，工艺指 标不断优化，实现了尾矿水的全部利用。提出了工艺和设备方面的改进措施：提高 尾矿泵的输送能力；改进絮凝剂的配置，加入方式；选用高精度的泥层检测与控制 设备。 关键词：正浮选；尾矿；脱水；絮凝剂；沉降槽 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 r e s e a r c ho hd e h y d r a t i o nc r a f to fg a n g u ep r o d u c e di n b a u x i t e0 b v e r s ef l o a t a t i o np r o c e s s s p 佻i a i t y ：m e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y n a m e ：w a n gy o n g h o n g i n s t r u c t o r ：z h a n gx i a o l o n g a b s t r a c t t h ep a p e rs t a t e dan e wd e h y d r a t i o nc r a f to ft h eo b v e r s ef l o a t a t i o ng a n g u e b a s e do n t h ea n a l y s i so fg a n g u e sc h a r a c t f ro fp h y s i c sa n dc h e m i s t r y , a n dt h ee x p e r i m e n t so n i n d u s t r y b ys t u d y i n gt h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r yc h a r a c t e ro ft h eg a n g u e ，t h r e ec a u s e sw h i c h m a k et h eg a n g u ed e h y d r a t i o nd i f f i c u l tw e r ef o u n d ：t h ef i r s ti st h eg a n g u es l u r r yc o n t a i n s l a r g en u m b e r so fc l a ys t o n eg r a n u l e s ，a n ds o m ec o l l o i dg r a n u l e s ；t h es e c o n di sl o t so f n e g a t i v ec h a r g e se x i s to nt h es l l r f a e eo f t h e s eg r a n u l e s ；t h et h i r di st h eg a n g u es l u r r yh a s l l i g hc o n g l u t i n a t i o n w h e nt h e s ec o n d i t i o n sc o n s i d e r e d t h en e g a t i v ec h a r g e sm u s tb e c o u n t e r a c t e di f w ew a n tp r o c e s st h eg a n g u es l u r r ye a s i l y h o wt os e l e c tt h em e d i c a m e n t sf o rs e d i m e n t a t i o nw a sa l s os t a t e di nt h i sp a p e r t h e w a yd e h y d r a t i n gt h eg a n g u eb yc o m b i n i n gt h et w om e t h o d ：n e n t r a l i z a t i o n , a d s o r p t i o n a n ds h e l v i n g ，w a sp r o v e de f f e c t i v e t h et e s t ss h o w e dt h a ti tc a nm a k et h ec o n t e n to f f l o a t sr e d u c et ol g ab e l o w , a n dt h ec o u s i s t e n e yo ft h ef l o wo nt h eb o t t o mo ft h e c o n c e n t r a t o ri n c r e a s eo b s e r v a b l y r e s e a r c ho u t ：w i + p 3 ，w 3 + p 3 ，w 1 5 + p 3a r et h r e e b e t t e rm e t h o d so fa p p e n d i n gd r u g s ，a m o n gt h e mw 1 5 + p 3i st h eb e s t i t sb e t t e rt h a t c o n t r o lt h ec o n s i s t e n c yo fg a n g u eb e l o w1 5 w h e np r o c e s st h eg a n g u ew i t hw a t e r , t h e p ho fg a n g u es l u r r ym u s tb e a d j n s t e dt o 6 7 - 7 7b ya p p e n d i n gn e u t r a l i z a t i o n m e d i c a m e n t s ，t h e na d dt h ea d s o r p t i o nd r u gi n t ot h es l u r r y , a n dt h ee f f e c tw i l lb ea s s u r e d t h i sp a p e ra l s os t u d i e dt h ee q u i p m e n tf o rs e d i m e n t a t i o n t h eg a n g u es l u r r yw a s d e h y d r a t e db yu s i n gad e e pc o n e - s h a p e ds e t t i n gt a n kw i t h o u tt r a n s m i s s i o n , a n dt h e m a i n t e n a n c ew a sn e e d n t e x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tt h i sc 船nc a nm a k et h ec o n s i s t e n c y o ft h eg a n g u es l u r r yi n c r e a s et o4 5 ，a n dt h ec o n t e n to ff l o a t sr e d u c et ol g lb e l o w i t h a sn oh a r m f u li m p a c t sw h i l eu s i n gt h eo v e r f l o wi np r o d u c t i o np r o c e s s i na d d i t i o n , t h e w o r k e r sh a v el i g h tl o a db e c a u s eo f t h ef e we x a m i n a t i o na n dm a i n t e n a n c e b yc i r c u l a t i n gt h i sn e wd e h y d r a t i o nc r a f to fg a n g u eo ni n d u s t r y , t h eo p e r a t i o n 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 b yc i r c u l a t i n gt h i sn e wd e h y d r a t i o nc r a f to fg a n g u e0 1 1i n d u s t r y , t h eo p e r a t i o n c o n d i t i o n sw e r ep e r f e c t e d , t h eg u i d e l i n e so f t h i sc r a f tw e r ea m e l i o r a t e d ，a n dt h eo v e r f l o w w a sm a d eu o fi np r o d u c i n g a d v i c e sf o ra m e l i o r a t i n gt h ec r a f ta n de q u i p m e n t sw e r e s i w ：i m p r o v et h et r a n s p o r t a t i o na b i l i t y o ft h ep u m p s ；a m e l i o r a t et h em e t h o do f c o l l o c a t i n ga n da p p e n d i n g ；l o o kf o rn e we q u i p m e n t s 、i t l lh i 曲p r e c i s i o nt om e a s u r ea n d c o n t r o lt h em u ds t r a t u m k e y w o r d s ：o b v e r s ef l o a t a t i o n ；g a n g u e ；d e h y d r a t i o n ；f l o c c u l a n t ；s e t t i n gt a n k i i i 声明 x 9 7 0 6 9 7 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师疆导下进行酶研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中小包含 其稳人已经发裳藏撰写过的磺究残果，也不包含卒久躐其缝人在其它单位己审请 学位或为其他用途使用过的成果。与我一阉工作的同志对本研究所做的所有贡献 均己在论文中做了明确的说明并表示了致谢。 孛请学位论文与姿释蓉鸯不实之建，本久承担一甥穗关责饪。 论文馋者签 乙隰妒多。万。，蚕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 内容帮帮分内容，爵良采磊影箨、缩窜或喾其它复铡手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 三寄缸 注： = 骜将此更醛在沦文首更。 翮签名：番宽隅( g 届一l 警 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 1 i f p ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! s ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! 曼 1绪论 1 1 本课题的来源 我国铝土矿资源丰富，现在已探明的2 3 亿t 储量中，大多为中低品位的一水硬 铝石型铝土矿，为了提高中低品位矿石的质量，使之能直接采用简单、经济的拜耳 法生产氧化铝，我国广大科技工作者经过深入细致的技术攻关，终于独立创造出适 合我国矿石资源的特有的“选矿拜耳法生产氧化铝新工艺”l l 】。 中国铝业中州分公司第一条3 0 万吨铝土矿选矿拜耳法生产氧化铝新技术产 业化示范工程，以国家“九五”科技攻关成果为依托，采用“选择性磨矿一聚团浮 选”的技术路线，将原矿a s = 5 6 的低品位铝土矿通过浮选后得到a s = l l 左右的 高a s 选精矿，用于拜耳法生产氧化铝，有效地解决了低a s 铝土矿不能直接采用 经济的拜耳法生产的问题。与此同时，我们又注意到，铝土矿选矿脱硅技术是实现 拜耳法生产氧化铝的首要步聚，铝土矿脱硅选矿厂除了获得用于拜耳法生产氧化铝 的精矿产品外，还可获得产率较小的尾矿浆，尾矿浆的处理方式和水渣的去向关系 到铝土矿选矿厂的环保问题和经济效益。 一水硬铝石型铝土矿的矿石成分复杂，除含有目的矿物一水硬铝石之外，还含 有高岭石、伊利石、叶腊石、绿泥石等含硅脉石矿物。由于一水硬铝石的硬度为 6 5 7 0 ，远大于含硅脉石矿物的硬度( 1 0 - - 3 0 ) ，导致磨矿时脉石矿物优先解离， 极易泥化。铝土矿选择性磨矿聚团正浮选生产工艺为了能获得好的选矿指标，需在 有效分散的前提下进行一水硬铝石与脉石矿物的分选，并进行不同矿物可浮性的调 节，因此铝土矿正浮选过程中添加了一定量的p h 调整剂、分散剂和捕收剂，以保 证在矿浆高度分散的情况下一水硬铝石矿物聚团上浮。铝土矿正浮选的磨矿与浮选 工艺，会使得精矿、尾矿浆产生一些特定的物理化学性质，从而影响精矿、尾矿的 脱水性能。中州分公司现有6 0 万吨选矿拜耳法产业化生产线，年产浮选尾矿约3 0 万吨( 干基) ，尾矿浆浓密沉降后如不再进一步脱水，将导致每年还有1 0 0 万m 3 左 右的尾矿浆外排，相当于每年要在厂区周边建一个小二型水库，因此如不对2 2 浓 度的尾矿浆进行进一步脱水处理，提高尾矿浆浓度，来减少尾矿浆外排量，将严重 制约铝土矿选矿拜耳法的规模、效益及环境安全。 为了选矿拜耳法的长期生产和尾矿的安全堆存，提高水资源利用率，必须先对 尾矿再进一步的脱水，才能进行铝土矿尾矿堆存技术和资源化利用技术的研究，从 而彻底解决铝土矿尾矿的处理问题。 综合以上分析，铝土矿正浮选后的尾矿浆脱水问题成为选矿拜耳法产业化生产 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 的一个重大难题，必须从铝土矿正浮选尾矿的物化性质研究入手，在工业试验基础 上，通过新技术、新设备的二次开发与研究，来最大限度地解决铝土矿正浮选的尾 矿脱水问题。 1 2 本课题的研究现状及研究意义 1 2 1 本课题的研究现状 鉴于正浮选尾矿的脱水工艺在氧化铝生产过程中的重要地位，国内已经有很多 工作者对此在进行不断地研究，有过不少次使用铝土矿正浮选尾矿脱水新工艺的尝 试，取得了一定的研究成果，但同时又存在着一些问题。 在铝土矿选矿脱硅工业试验中提出采用加新水、灰渣水、回水稀释然后加 絮凝剂，通过四级沉降后，得到浮游物小于l g l 的回水，返回流程利用，但没有提 及沉降的浓度。 在2 0 0 1 年鉴定的铝土矿尾矿处理及回水综合利用工业试验成果中，提出 铝土矿正浮选尾矿中含有粒度极细的粘土矿物，自然沉降性能极差，添加z s h _ _ j 型絮凝剂可以明显改善铝土矿正浮选尾矿的沉降性能，使尾矿水固含大为降低。这 种絮凝沉降工艺是首先采用尾矿回水对浓度7 的浮选尾矿浆进行稀释，再添加占 干尾矿量万分之二左右的z s h 型絮凝剂，实施尾矿浆的固液分离。此成果只能 使铝土矿浮选尾矿浆的液固比由原来的1 3 左右下降为3 6 左右( 即浓度从7 提高 到2 2 左右) ，仍然有大量的尾矿水需要外排。 在文献 2 1 d e ，采用e - - d u e 稀释系统及多点加入方式，絮凝剂加入量为3 0 5 0 k g t ，稀释倍数为8 1 0 ，将高效沉降槽用于赤泥的分离、洗涤，提高了运转率和 产能，简化了生产流程，优化了技术指标 2 1 。但在实际运行过程中，存在底流排渣 固体含量偏低的问题，需要进一步改进沉降槽的部分设施及流程。 在产业化初期发现，添加絮凝剂虽然对尾矿浆的浓密沉降有些作用，但未能从 根本上彻底解决尾矿浆的固液分离问题，尾矿浓密机溢流水( 称为尾矿水) 浮游物 含量仍较高，在9 9 l 以上，同时尾矿浓密机底流浓度较低，重量浓度在1 5 - 2 0 左 右。尾矿水浮游物含量高，进入循环水系统会恶化全厂的循环水水质，甚至会造成 全厂循环水无法正常使用，严重扰乱了氧化铝的正常生产；尾矿浓密机底流浓度低， 矿浆体积大，堆存难度大，对尾矿库的安全运行造成很大的隐患。为此，我们需要 对铝土矿正浮选尾矿脱水问题继续进行研究。 1 2 2 本课题的研究意义 由上节所述，铝土矿正浮选后的尾矿浆脱水问题成为选矿拜耳法产业化生产的 一个重大难题，如果此问题能够很好地解决，那么，就简化了生产工艺流程，降低 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 消耗与劳动强度，便于自动化、连续化生产装备的改进，提高企业的氧化铝产能， 使铝土矿选矿拜耳法生产氧化铝的规模得以扩大，经济效益得以提高，环境问题得 以改善，进一步促进铝土矿尾矿堆存技术和资源化利用技术的研究，从而彻底解决 铝土矿尾矿的处理问题，对我国氧化铝工业产生深远影响。 1 3 本课题的研究内容 针对“选矿拜耳法生产氧化铝新工艺”中所存在的尾矿浆脱水问题，本课题在 以下方面进行了研究工作： ( 1 ) 针对产业化初期现场尾矿浆沉降性能差，水处理难度大，尾矿水无法回 收利用开展工作，重点在于采用合适的沉降脱水工艺使尾矿浆沉降下来，得到澄清 的尾矿浓密机溢流水，这期间开发出了铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理和尾矿水综 合利用新工艺； ( 2 ) 针对尾矿浆过滤难度非常大，尾矿浆浓度需进一步提高开展工作，重点 在于开发合适的沉降设备来最大幅度地提高尾矿浆的浓度，使尾矿浆得到进一步的 脱水，期间开发了无传动、免维护深锥高效沉降尾矿脱水新工艺。因此可以说，铝 土矿正浮选尾矿脱水新工艺是由铝土矿正浮选尾矿浆沉降脱水处理和尾矿水综合 利用新工艺，以及无传动免维护深锥高效沉降尾矿脱水新工艺两项结合而成。 ( 3 ) 采用电性中和与吸附架桥联合工艺进行铝土矿正浮选尾矿浆沉降脱水处 理工业试验以及无传动、免维护深锥高效沉降槽尾矿浆沉降脱水处理工业试验，两 种新工艺工业试验期间得到的尾矿溢流水返回磨浮流程，对浮选指标没有有害影 响，解决了回水利用问题。 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 2 铝土矿正浮选脱硅与其尾矿物化性质 2 1 我国氧化铝生产工艺 我国的氧化铝工业从1 9 5 4 年山东铝厂建成发展至今，已经形成了六大氧化铝生 产基地。目前我国的氧化铝生产工艺主要采用生产工艺复杂、流程长、投资大、成 本高的混联法和烧结法。虽然有个别厂家已经采用拜耳法生产工艺，但没有从根本 上解决以低铝硅比铝土矿采用拜耳法生产氧化铝过程中所出现的问题，并没有改变 我国氧化铝生产工艺落后的现状。目前我国的氧化铝生产工艺中，以生产能力计， 混联法( 联合法的一种) d i 6 9 4 ，烧结法占2 0 2 ，拜耳法仅占1 0 4 1 3 1 。 目前，世界上采用拜耳法生产的氧化铝约占9 0 左右，烧结法和联合法只占1 0 左右，只有我国和俄罗斯生产氧化铝以烧结法和联合法为主。这三种不同工艺生产 氧化铝的直接能耗与间接能耗情况见表2 1 和表2 2 1 4 1 1 5 3 。其中直接能耗为直接工艺能 耗，如动力、燃料和电力等消耗。间接能耗包括工厂( 或矿山) 设计建设和生产过程 中消耗的全部原料、辅助材料所集结的能耗等。 我国氧化铝生产之所以采用烧结法和联合法工艺，主要是由我国铝土矿资源特 点决定的，我国7 5 铝土矿铝硅比小于7 ，这样的生产原料不能满足拜耳法来生产氧 化铝的要求。拜耳法生产氧化铝要求铝土矿原料的铝硅比在8 以上。有资料表明： 用拜耳法生产氧化铝，铝土矿原料中s i 0 2 每增加1 ，每吨矿石将多消耗氢氧化钠 6 6 k g ，损失氧化铝8 5 k g ，而用烧结法生产氧化铝，铝土矿原料中每增力1 s i 0 21 ， 则多消耗石灰3 5 k 9 1 7 例。因此我国氧化铝工业根据本国铝土矿原料的实际情况，形 成了目前的生产工艺现状。要改变这种状况，采用能耗较低的拜耳法生产工艺，就 必须要对我国的铝土矿进行预脱硅处理，提高铝土矿的铝硅比，以满足拜耳法生产 氧化铝对原料的要求。 j r a 1 三种不同工艺生产氧化铝直接能耗 烧结法 联合法拜耳法 生产工艺 ( 中国山东)( 中国郑州)( 国外平均) 生产能力( 7 j - t a ) 2 8 3 05 7 0 09 0 o o 直接能耗( g j a a l 2 0 3 ) 4 6 1 03 7 o o9 5 0 折合标煤 3 时表面电位为负，p h 3 时表面电位为正，通过调整剂硅 酸钠的作用，使矿物表面选择性疏水后用油酸钠捕收一水软铝石1 2 7 】同样， a n d r e c v p l 通过红外光谱研究证实了油酸盐对三水铝石的捕收作用机理为油酸根 在三水铝石表面的化学吸附，并进而研究了六偏磷酸钠对油酸钠在矿物表面吸附的 影响，认为浮选分选p h 值为9 1 0 叫j 。 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脱硅研究也取 得了一定进展。从二十世纪7 0 年代开始，对铝土矿进行了选矿研究。将细磨到 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 o 0 4 m m 占9 6 6 一水硬铝石高岭石型铝土矿采用氧化石蜡皂作捕收剂，磷酸钠、 六偏磷酸钠、腐殖酸钠作调整剂，经一次粗选和一次扫选，使精矿a s 提高到1 5 2 ， a r 9 0 3 的回收率8 8 1 4 1 2 9 1 。有人对含硅矿物以水云母为主的一水硬铝石水云母型矿 进行碱法浮选铝硅分离试验研究，研究表明以氧化石蜡皂和塔尔油( 4 ：1 ) 混合作捕 收剂，n a 2 c 0 3 作抑制剂，磨矿细度也要求达到0 0 7 6 m m 占9 6 ，才能实现铝矿物和 含硅矿物分离例。 在浮选工艺上，采用分支浮选法进行铝土矿铝硅分离的研究表明：将原矿浆分 成两支( 第一支第二支= l ：3 ) ，将第一支精矿加入第二支的原矿浆一起进行分支浮选。 在获得与常规浮选相同指标的情况下，分支浮选的药剂用量显著降低，n a 2 c 0 3 、 六偏磷酸钠、腐殖酸钠和氧化石腊皂分别降低9 8 、4 3 1 、6 1 7 、3 1 2 。 进入9 0 年代特别是9 0 年代后期，我国在铝土矿正浮选脱硅试验研究方面，无 论是在分选工艺上还是在分选指标上都取得了突破性的进展。当原矿a j s = 5 , - 6 时， 可获a j s = i1 以上的铝土矿精矿。在1 9 9 9 年长城铝业公司的铝土矿选矿工业试验厂进 行的工业试验中，铝土矿正浮选脱硅获得了成功。有关试验结果列于表2 3 。从表中 可以看出，我国的一水硬铝石可浮性好，采用正浮选法脱硅是可行的。 j i r a 3 铝土矿正浮选脱硅试验结果嗍 干霄w 广毕a 1 2 0 3 回收 试验单位试验规模原矿川s精矿a s ( ) 率( ) 北京矿冶 实验室小型试验 5 9 8 1 4 0 37 9 3 88 7 3 1 总院 扩大连选试验 5 8 91 1 4 18 4 4 69 0 6 6 实验室小型试验 5 8 5 1 1 9 28 0 8 58 8 1 0 中南大学 扩大连选试验 5 7 i 1 1 0 38 0 9 58 7 4 1 长城铝业公 工业试验 5 9 0 1 1 3 97 9 5 28 6 4 5 司等 由于我国铝土矿具有嵌布粒度细，组成复杂等特点。根据传统观念，要浮选分 离，一定要单体解离，因此，在以往的铝土矿浮选中，浮选入选粒度细，大多采用 磨矿粒度为0 0 7 5 r a m 占9 5 以上。势必造成浮选药剂用量大，浮选指标不够理想。 有人对微细粒高岭石浮选行为研究表明，高岭石粒度越细，可浮性越好，且容易机 械夹带。因此在铝土矿浮选中，细磨不利于胶硅。我国铝土矿一般品位高，a 1 2 0 3 平均品位达n 6 4 左右。其中富连生体比例高，在“九五”攻关中，将富连生体 作为浮选对象，放粗浮选粒度，其磨矿粒度为0 0 7 5 r a m 占7 0 - - - 7 5 。并提出了选 择性磨矿选择性聚团浮选分离工艺和阶段磨浮分离工艺两个关键性的工艺，使浮选 指标得到了突破。 采用正浮选脱硅的主要特点为 3 6 f 3 7 ：使用的捕收剂为脂肪酸盐类和油酸盐类， 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 调整剂和抑制剂为n a 2 c 0 3 、六偏磷酸钠、腐殖酸钠等，药剂来源广泛、成本低。研 究表明，油酸钠在一水硬铝石表面发生化学吸附并有氢键生成，因此对一水硬铝石 的捕收能力强。 2 4 铝土矿正浮选尾矿物化性质 2 4 1 尾矿浆化学成分【3 7 1 取自2 0 0 4 2 0 0 5 年不同生产时期的浮选尾矿，化学成分测试结果见表2 4 。 表2 4 尾矿的化学成分 化字兀素含量( ) a h o ss i 0 2 f e 2 0 3t i 0 2 c a o m g ok 2 0n a 2 0 a s 4 3 6 0 2 8 8 49 1 75 5 4o 7 3o 3 43 8 0o 2 0 1 5 1 4 2 2 12 9 1 0 1 1 1 l3 o o2 4 0， 4 6 01 7 51 4 5 4 1 1 32 9 3 81 0 2 l3 4 l0 9 0|o 9 00 8 41 4 0 铝土矿正浮选尾矿的a s 在1 4 1 5 左右，其中a 1 2 0 3 含量在4 0 4 5 ，s i 0 2 含量在2 6 3 0 、f e 2 0 3 含量在9 n 1 2 ，t i 0 2 含量在3 6 ，c a o 含量在0 7 2 5 ， k 2 0 含量在0 9 4 6 0 ，n a 2 0 含量在0 2 1 8 。 2 a 2 尾矿物相组成 取自2 0 0 4 - 2 0 0 5 年不同生产时期的浮选尾矿，物相组成测试结果见表2 5 。 表五5 尾矿的矿物组成 一水硬铝石 高岭石( 9 磅伊利石( ) 赤铁矿锐钛矿金红石方解石 ( )( )( )( )( ) 2 7 4 92 3 7 l3 2 2 47 8 63 0 7o 9 81 9 3 2 6 7 32 2 8 53 4 6 96 5 82 5 lo 8 92 0 6 2 8 7 63 3 1 72 1 2 38 5 62 6 50 7 61 5 4 铝土矿正浮选尾矿中一水硬铝石含量约2 6 2 9 、高岭石含量约2 2 3 4 、 伊利石含量约2 1 3 5 、赤铁矿含量约6 9 、锐钛矿含量约2 4 、金红石含量 约0 7 1 0 、方解石含量约1 5 2 5 。可见铝土矿正浮选尾矿主要是由商岭石、 伊利石等含硅粘土矿物组成，并含有部分未分离出去的一水硬铝石。 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 2 4 3 尾矿粒度及粒度分布 取自2 0 0 4 - 2 0 0 5 年不同生产时期的浮选尾矿，粒度及粒度分布测试结果见表2 6 。 表2 6尾矿粒度分布 平均粒径( p m ) 粒度分布( ： d ( 4 3 )d o5 ) 7 4 i t m 4 5 i t m( 1 0 i t m w 6 w 7 w 8 w 9 ，w 1 5 虽然初期沉降速度较慢，但在1 0 分钟后速度加 快，3 0 分钟时沉降速度与w 6 相近。同时这几组试验的尾矿上清液都非常清澈，均 小于0 2 9 1 。因此筛选的上述几种药剂均为较佳的尾矿浆沉降处理电性中和剂，尤 其以w 3 、w 1 效果最好。 w 1 、w 3 、w 6 、w 7 、w 8 、w 9 均为无机电解质，能够在水中解离出正价电荷 离子，正价电荷离子在双电层外层的扩散层中吸附，中和了尾矿浆颗粒表面的电位， 随着离子浓度的增加，扩散层厚度压缩变薄，从而降低了表面电位，促使颗粒发 生聚凝加速沉降。反离子的电荷价数和浓度愈大，则电位降低愈厉害。相比较而 言，w 1 的电荷价数为3 ，w 3 的电荷价数为2 ，所以w 3 、w 1 的电性中和效果较 好。另外，w 3 、w 1 在水中还会通过水解作用，形成带有羟基的水化正离子，这 些离子通过羟基架桥作用把固体微粒粘结起来，起到与高分子絮凝剂相类似的作 用，进一步促进了颗粒的凝聚，因此w 3 、w 1 的浆沉降处理效果最好。 与w i 、w 3 、w 6 、w 7 ，w 8 、w 9 不同，w 1 5 为一种中州分公司氧化铝生产过 程中的必然产生的一种废弃物，属无机酸类，由于尾矿浆颗粒的表面电荷受矿浆p h 的影响也很敏感，而尾矿浆为碱性，因此通过添加w 1 5 调节p h ，也能够降低矿粒 表面的电位，促使颗粒凝聚。 测量了各种电性中和剂最佳用量下尾矿浆的p h 值，结果列于表4 1 。 表4 1 各种电性中和剂最佳用量下尾矿浆的p e i 值 l 电性中 w 1w 3 ，6w 7w 8w 9w 1 5 和剂 ip h 值 7 27 0 36 7 7 7 3 6 7 4 17 6 4 6 9 8 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 可见，铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理的电性中和工艺的表现形式是p h 值的 调整，当尾矿水p h 值从8 5 1 0 降低到6 7 - 7 7 时，电性中和剂的作用效果最好。 由于w 1 、w 3 效果最好，价格适中，w 1 5 为中州分公司生产过程的一种废弃 物，符合以废治废符合环保原则，因此选用w i 、w 3 、w 1 5 作为铝土矿正浮选尾矿 沉降脱水处理的电性中和剂。 ( 2 ) 铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理架桥吸附工艺研究 轧铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理架桥吸附工艺作用原理 铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理架桥吸附工艺，就是采用高分子絮凝剂分子链 较长，碳链上带有多个亲固极性基，这些极性基吸附在不同颗粒的表面上，把微粒 联结成一种松散的、网络状的聚集状态，使多个矿粒共同沉淀。 b 架桥吸附剂( 絮凝剂) 选型 聚丙烯酰胺( 简称p a m ) 是目前较好的一种有机高分子絮凝剂，不易受金属离 子的影响，其分子链中基团可在相距较远的各个固相颗粒间形成聚合物，因而能大 大加速絮凝状物的形成和沉析，又因其分子量高，分子在水中的伸展度大，更利于在 两个带负电胶体颗粒之间，越过其势能峰并将其桥连起来，其形成的絮凝体粗大，沉 降速率大，效果好。 通过对多种聚丙烯酰胺絮凝剂分子量及水解度的对比，筛选出了三种高分子絮 凝剂p a m ( 分别以p 1 、p 2 、p 3 表示) ，由于高分子絮凝剂单独使用时，上清液非 常浑浊，因此与电性中和剂w 1 、w 3 、w 6 、w 1 5 联合使用，进行尾矿沉降脱水处 理试验，当尾矿浆固体浓度为8 2 时的试验结果如图4 2 ，4 3 ，4 4 ，4 5 所示。 图4 2p a l l 选型试验结果1 ( w l 用量o 5 9 l ，p a m 用量2 5 _ 1 ) 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 图4 3p a m 选型试验结果2 ( w 3 用量0 4 s 1 ，p a m 用量2 5 r a g 1 ) 图4 4p a m 选型试验结果3 ( w 6 用量o 5 9 1 ，p a m 用量5 删g 1 ) 图4 5p a m 选型试验结果4 ( w 1 5 用量o 4 9 1 ，p a m 用量2 5 r a g 1 ) 2 0 西安建筑科技大学工程硕士学位论文 比较图4 2 ，4 3 ，4 4 ，4 5 四个沉降曲线图，能够发现在高分子絮凝剂用药量相同 的情况下，p 3 无论是沉降速度，还是上清液澄清程度，都要优于p l 和p 2 ，而p 1 和 p 2 相比，在电性中和剂类型不同时，其沉降效果有优有劣，不能得出确切的比较结 论，可见对于不同类型的电性中和剂，在絮凝剂同等用量时均是p 3 的沉降效果最好， 其对电性中和剂的适应性也较好。因此选定絮凝剂p 3 作为铝土矿正浮选尾矿沉降脱 水处理架桥吸附剂。 ( 3 ) 铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理电性中和与吸附架桥联合工艺研究 a 铝土矿正浮选尾矿沉降脱水处理电性中和与吸附架桥联合工艺作用原理 单独使用电性中和剂，虽然能够使尾矿水非常清，但尾矿浆沉降速度慢，其固体 颗粒表面仍保留有薄的水化外壳，表面疏水化不完全。而单独使用吸附架桥剂，虽然 能使稍大的颗粒沉降，但用量大、成本高，且上清液浑浊。电性中和工艺对微粒和胶 体的凝聚效果好，吸附架桥工艺对粗粒的絮凝效果好，因此先采用电性中和工艺使微 粒和胶体凝聚，保证了尾矿水的澄清度，再采用吸附架桥工艺将凝聚颗粒联接在一起 沉降，可保证尾矿颗粒的沉降速度。 b 不同类型电性中和剂与高分子絮凝剂联合使用尾矿浆沉降处理效果比较 依据电性中和剂与高分子絮凝剂的选型试验结果，考虑价格因素，并考虑处理剂 对氧化铝生产过程应无不良影响，最终确定选用电性中和剂w 1 、w 3 、w 1 5 ，分别与 高分子絮凝剂p 3 联合使用，进一步考查比较它们对8 2 浓度尾矿浆的综合沉降效果， 具体结果见表4 2 。 表4 2w l 、w 3 、w 1 5 分别与p 3 联合使用对尾矿浆沉降效果综合比较 编 电性中和剂 高分子絮平均沉速( m m m i n ) 3 0 分钟上清液 用量 凝剂p 3 用 5l o2 03 0 沉淀高压缩 浮游物 (