（矿物加工工程专业论文）铝土矿脱硅水力分选设备的研究.pdf

摘要 针对目前铝土矿沉降脱硅设备处理能力低和分选效率差等问题，自制了 一种用于铝土矿脱硅的新型水力分选设备，并对河南多种矿样进行了试验室 和扩大试验，系统考察了新型水力分选设备的结构参数、工艺参数和工艺流 程等因素的影响。确定了设备主要结构参数和工艺参数对设备分选性能的影 响规律。采用f l u e n t 软件模拟了设备内部流场和颗粒的运动，直观分析了 设备具备分选性能的原因。 设备试验结果表明：对河南汇源2 j j 矿样，铝硅比为3 3 1 ，粒度小于 0 0 3 8 m m ，经一次脱硅可得到铝硅比4 6 l ，氧化铝回收率为7 0 3 8 的精矿， 尾矿铝硅比为1 9 8 。对汇源1 # 矿样，铝硅比为4 7 0 ，一0 0 7 4 r a m 占9 0 ，经 一次脱硅可得到铝硅比6 3 4 ，氧化铝回收率为9 0 6 4 的精矿，尾矿铝硅比 为1 7 5 。对孝义矿样，铝硅比为3 9 5 ，- 0 0 7 4 m m 占9 0 ，经两次脱硅可得 到铝硅比5 4 5 ，氧化铝回收率8 5 0 1 的精矿。对河南的扩大试验试样，铝 硅比为4 1 8 ，7 0 7 5 - 0 0 7 4 m m ，经一次脱硅可得到铝硅比5 9 0 ，氧化铝回 收率为8 7 1 8 的精矿，尾矿铝硅比为1 5 0 。表明该设备对不同矿样具有良 好的适应性。 斜板高度、搅拌速度、搅拌位置和柱体高度是影响设备性能的主要结构 参数。给料量、底流和溢流分配比例是影响设备性能的主要工艺参数。要取 得较好的分选指标，搅拌器转速必须随着斜板高度变化而变化。搅拌器转速 低则斜板高度要有所降低，搅拌速度快则斜板高度要有所增加。快速搅拌和 较大斜板高度可以使设备具有更优的分选性能。搅拌器位置在锥体段时设备 的分选性能明显优于设置在柱体段，设备柱体高度的适当增加也有利于提高 设备的分选性能。 基于f l u e n t 的流场模拟表明：搅拌产生的紊动可以导致不同固体相 体积分布率的变化。搅拌作用降低了密度小、粒度细的含硅矿物相的沉降速 度，使其处于较好的分散和悬浮状态，而对密度较大、粒度较粗的含铝矿物 系的沉降则影响不大，为实现与一水硬铝石矿物的分离提供了有利条件。搅 拌作用使流场的速度和紊动能量均匀化，将给入到设备中的矿浆迅速分散， 最大限度利用了设备的有效沉降面积。同时，搅拌作用也增大了靠近排砂区 流体的紊动，使沉积后的矿物颗粒再次分散，释放被夹杂携带的脉石矿物。 斜板可以明显降低流体的速度和紊动，有利于设备上部矿物颗粒的沉降。 关键词：铝土矿，水力分选设备，选择性絮凝，脱硅，流体力学 a b s t r a c t i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m so fl o we f f i c i e n c ya n dp r o d u c t i v ec a p a c i t yo f t h ee q u i p m e n t su s e df o rt h er e m o v a lo fs i l i c a t e sf r o mb a u x i t eb ys e t t l e m e n t ，a n e wt y p eo fb a u x i t ed e s i l i c a t i n gh y d r a u l i cs e p a r a t i n ge q u i p m e n tw a sm a d e ，a n d t h el a b o r a t o r ya n dp i l o tt e s t so nav a r i e t yt y p eo fb a u x i t eo r e sw e r ec a r r i e do u t t h ee f f e c t so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r s ，p r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa n df l o w s h e e to nt h e s e p a r a t i n ge f f i c i e n c yo fe q u i p m e n tw e r es y s t e m l ys t u d i e d t h ei n f l u e n c er u l e so f t h es t r u c t u r a la n dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nt h e p e r f o r m a n c e o fh y d r a u l i c s e p a r a t i n ge q u i p m e n th a db e e nc o n f i r m e d f l u e n ts o f t w a r ew a su s e dt o s i m u l a t et h ei n t e r n a lf l o wf i e l da n dt h ep a r t i c l em o v e m e n ti n s i d et h eh y d r a u l i c e q u i p m e n t ，a n dt h er e a s o n sf o rg o o ds e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo ft h eh y d r a u l i c s e p a r a t i n ge q u i p m e n tw e r ee x p l a i n e di n t u i t i v e l y t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t ss h o wt h a tac o n c e n t r a t ew i t ha 1 2 0 1r e c o v e r yo f 7 0 38 a n da 1 s ir a t i oo f4 61w a so b t a i n e df r o mt h en o 2s a m p l eo fh e n a n h u i y u a nw i t ha 1 s ir a t i oo f3 31a n dp a r t i c l es i z eu n d e r0 0 38 m m a n di t st a i l i n g s h a sa 1 s ir a t i oo f1 9 8b yo n es t a g es e p a r a t i o n ac o n c e n t r a t ew i ma 1 2 0 1 r e c o v e r yo f9 0 6 4 a n da 1 s ir a t i oo f6 3 4w a sa l s oo b t a i n e df r o mt h en o 1 s a m p l eo fh e n a nh u i y u a nw i t ha 1 s ir a t i oo f4 7 0a n dt h e 0 0 7 4 m mf r a c t i o no f 9 0 ，a n di t st a i l i n g sh a sa 1 一s i r a t i oo f1 7 5b yo n es t a g es e p a r a t i o n a c o n c e n t r a t ew i t ha l ，0 3r e c o v e r yo f8 5 o1 a n da 1 s ir a t i oo f5 4 5w a so b t a i n e d f r o mt h es a m p l eo fx i a o y iw i t ha 1 s ir a t i oo f3 9 5a n dt h e 0 0 7 4 m mf r a c t i o no f 9 0 b y t w os t a g es e p a r a t i o n ac o n c e n t r a t ew i t ha 1 2 0 3r e c o v e r yo f8 7 18 a n d a 1 s ir a t i oo f5 9 0w a so b t a i n e df r o mt h ep i l o ts a m p l eo fh e n a nw i t ha 1 s ir a t i o o f4 18a n dt h e 0 0 7 4 m mf r a c t i o no f7 0 - - - 7 5 a n di t st a i l i n g sh a sa 1 s ir a t i oo f 1 5 0b yo n es t a g es e p a r a t i o n t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a tt h en e wh y d r a u l i c s e p a r a t i n ge q u i p m e n ts h o w sg o o ds e p a r a t i o na n da d a p t a t i o np e r f o r m a n c eo n d i f f e r e n to r e s h e i g h to fi n c l i n e dp l a t e ，s t i r r i n gs p e e d ，l o c a t i o no fa g i t a t o ra n dh e i g h to f c y l i n d e ra r e t h em a i ns t r u c t u r ep a r a m e t e r si n f l u e n c e t h ep e r f o r m a n c eo f e q u i p m e n t f l o wf l u xo ff e e d ，t h er a t i oo fo v e r f l o wa n du n d e r f l o wa r em a i n p r o c e s s i n gp a r a m e t e r si n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c eo fe q u i p m e n t s p e e do fa g i t a t o r m u s tb ec h a n g e da c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo fh e i g h to fi n c l i n e dp l a t e s ，s ot h a ta i i g o o ds e p a r a t i o ni n d e xc a l lb er e a c h e d l o wh e i g h to fi n c l i n e dp l a t e si sm a t c h e d t ot h es l o ws p e e do fa g i t a t o r ，a n dh i g hh e i g h to fi n c l i n e dp l a t e si sn e e d e df o rh i g h s p e e do fa g i t a t o r f a s ts p e e do fa g i t a t o ra n dh i g hh e i g h to fi n c l i n e dp l a t e sa r e r e s p o n s i b i l i t yf o rt h eg o o dp e r f o r m a n c eo ft h ee q u i p m e n t t h es e p a r a t i n g p e r f o r m a n c eo fe q u i p m e n ti sg o o dw h i l e t h ea g i t a t o ri sp o s i t i o n e di n s i d et h ec o n e z o n en o ti n s i d et h ec y l i n d e rz o n e b e s i d e s ，t h ei n c r e a s eo fh e i g h to fc y l i n d e ri s a l s ob e n e f i tt ot h eg o o dp e r f o r m a n c eo f e q u i p m e n t r e s u l t so ft h ef l o wf i e l ds i m u l a t i o nb a s e do nt h ef l u i dd y n a m i c ss o t t w a r eo f f l u e n ts h o wt h a tt h et u r b u l e n c ec a u s e db ya g i t a t i n gi sr e s p o n s i b i l i t yf o rt h e c h a n g eo fv o l u m ed i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n ts o l i dp h a s e s t h ea g i t a t i n gd e c r e a s e s t h es e t t l i n gv e l o c i t yo fl o wd e n s i t ya n df i n ep a r t i c l eo fs i l i c a t e sa n dc a u s e st h e g o o dd i s p e r s i o na n ds u s p e n s i o no fs i l i c a t e s ，b u tt h ea g i t a t i o ns h o w sl i t t l e i n f l u e n c e so nt h es e t t l e m e n to fa l u m i n am i n e r a l sw i t hl a r g e rp a r t i c l es i z ea n d d e n s i t y ，t h i si s b e n e f i tf o rt h es e p a r a t i o no fd i a s p o r af r o ms i l i c a t e s a g i t a t i o n m a k e st h ed i s t r i b u t i o no f v e l o c i t ya n de n e r g ym o r eu n i f o r m ，a n di ta l s om a k e s t h e f e e dd i s p e r s i n g q u i c k l ya n dt h em a x i m u mu s a g eo ft h es e t t l e s u r f a c ea r e a a g i t a t i o nc a na l s oc a u s et h et u r b u l e n c eo ff l o wn e a rt h ed i s c h a r g ez o n e ，a n di t m a k e st h es e t t l e dp a r t i c l e sd i s p e r s i n ga g a i na n dt h e nt h el a r d e dg a n g u em i n e r a l s c a nb er e l e a s e d i n c l i n e dp l a t e sc a nd e c r e a s et h ev e l o c i t ya n dt u r b u l e n c eo ft h e f l o wc l e a r l y ，t h i si sg o o df o rt h es e t t l e m e n to fm i n e r a lp a r t i c l e sa tt h eu p p e r p o s i t i o no ft h ee q u i p m e n t k e yw o r d s ：b a u x i t e ，h y d r a u l i cs e p a r a t i n ge q u i p m e n t ，s e l e c t i v ef l o c c u l a t i o n ， d e s i l i c a t i n g ，h y d r o d y n a m i c s 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论文中作了明确的说明。 作者签名： 垒蔓： 日期：竺4 一年上月监日 学位论文版权使用授权书 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 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，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。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 作者签名： 童：垄 导师签名作者签名： z ：2 导师签名日期：! 生年三月堕日 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 我国铝土矿资源特点及生产工艺 1 1 1 我国铝土矿资源特点 我国铝土矿主要集中分布在山西、河南、贵州、广西4 省区。这4 个省区铝土矿保有 储量占全国保有储量的9 1 1 。目前，我国铝土矿基础储量为7 1 6 亿t ，资源量为1 7 8 7 亿t ，总资源储量为2 5 0 3 亿t 。其中可以直接开采的储量为5 3 9 亿t 。 在己经探明的储量中，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 。在这些已探明储量中适于坑采的资源量占全国 总储量的4 5 4 9 ，可完全露采的资源储量占2 4 3 2 ，适于露采与坑采相结合的储量则占 2 9 7 9 川3 j 。 我国铝土矿矿石主要有三种外观形态h 1 ：第一种特征是白色至浅灰色，质地松软，品 位较高。第二种是浅灰色至深灰色，较硬，断口呈片状或块状，此种铝土矿的品位也较 高。第三种是浅黄色、红色及赭色，矿石硬度高，含铁量大，品位较低。 我国铝土矿主要为一水硬铝石型铝土矿，高铝、高硅、低铁，铝硅比低，矿石组成 及嵌布关系复杂，嵌布粒度细，这是我国铝土矿资源的显著特点。 铝土矿中的杂质矿物主要是赤铁矿及其氢氧化物( 褐铁矿、水赤铁矿) 、含水铝硅酸 盐矿物( 如高岭石、叶蜡石、多水高岭土、伊利水云母和绿泥石等) 、氧化硅及其氢氧化 物( 蛋白石等) 、钛矿物( 锐钛矿、金红石等) 、碳酸盐( 方解石、自云石等) 、硫化物( 黄 铁矿、白铁矿) 等等。此外，铝土矿中还存在4 0 多种微量元素，通常有镓、钒、磷、铬、 钪和氟等 【6 】。 表1 - 1 中国主要铝土矿矿石产地的矿石特征 我国主要铝土矿产区矿石特征见表1 - 1 口1 。初步统计，铝硅比大于7 的矿石占一水硬 铝石型矿石总量的2 7 4 8 ，在5 7 之间的矿石量占3 3 9 9 ，小于5 的矿石量占3 8 5 3 。 硕士学位论文第一章文献综述 1 1 2 主要氧化铝生产工艺 我国的氧化铝工业从1 9 5 4 年山东铝厂建成至今，经过5 0 多年的发展，已经形成了 山东淄博、河南郑州、山西河津、河南中州、贵州贵阳、广西苹果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，成本高的传统烧 结法和独创的混联法8 m 1 ，详见表1 - 2 。 表1 - 2中国氧化铝生产工艺与能力 由表1 - 2 1 3 可知，我国的氧化铝生产工艺中，以生产能力计算，混联法占6 9 4 ， 烧结法占2 0 2 ，拜耳法仅占1 0 4 1 2 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，而只有我国和俄罗斯的氧化铝生产以烧结法和混联法为主n 3 h 1 ，据统计分析，烧结 法和混联法工艺生产氧化铝的直接能耗( 如动力、燃料和电力等消耗) 与间接能耗( 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) 均大 于拜耳法工艺n 引。能耗高是我国氧化铝工业与国外氧化铝工业之间存在的主要差距。 表1 - 3国内不同生产方法的能耗指标k g ( 标煤) t 表卜3 n 6 1 是国内不同生产的能耗指标。从表中数据可知，烧结法能耗是拜耳法能耗的 2 8 6 倍，混联法能耗低于烧结法，但也远高于拜耳法。 随着氧化铝新工艺技术的不断的应用，氧化铝生产的能耗也在大幅度的降低，生产 方式的不同，降低程度也不同。表1 - 4 n 7 1 是我国各氧化铝厂综合能耗指标。从表1 - 4 可以 看出，广西苹果铝厂主要采用拜尔法氧化铝生产工艺，综合能耗远低于其它采用烧结法 或混联法的氧化铝厂。 2 硕士学位论文第一章文献综述 表1 - 4 国内各氧化铝厂综合能耗 k g ( 标煤) t 我国氧化铝生产之所以要采用烧结法和联合法工艺，主要是由我国铝土矿资源特点 所决定的。我国7 0 以上铝土矿的铝硅比小于7 ，而拜耳法生产氧化铝要求铝土矿原料的 铝硅比在8 以上较为经济。资料分析表明：拜耳法生产氧化铝的能耗随矿石铝硅比的增大 呈下降趋势，当矿石铝硅比在4 - 一9 范围内变化时，能耗随矿石铝硅比的增加而急剧减少， 铝硅比每增加1 ，能耗平均减少1 9 9 m j t n 引，相反，随着矿石铝硅比的降低，矿石中a 1 。0 3 的实际溶出率下降，碱耗增加，石灰和矿石消耗量增加，矿石铝硅比愈低，氧化铝实际 溶出率下降幅度愈大n 引。 综上所述，要改变我国氧化铝工业生产成本和能耗高的现况，采用能耗较低的拜耳 法生产工艺是势在必行的。根据我国铝土矿资源的实际情况，有效利用我国中低品位一 水硬铝石型矿石资源的关键途径在于通过选矿方法提高铝土矿的铝硅比，然后采用先进 的拜耳法工艺生产氧化铝。为此，铝土矿选矿脱硅项目先后列入“九五、“十五 、“十 一五 国家科技攻关项目、国家重点基础研究发展规划项目( 9 7 3 ) 。通过一系列攻关和 基础研究，已取得了重大进展。 1 2 铝土矿选矿脱硅 铝土矿选矿脱硅是以天然矿物形态除去含硅矿物的过程，以降低铝土矿中的s i0 2 含 量。铝土矿选矿脱硅的根本特点就是利用铝土矿中铝矿物和铝硅酸盐矿物之间的物理性 质和表面性质差异来实现铝硅矿物的分选，主要包括洗矿、筛选、浮选、选择性絮凝啪3 、 正反浮选脱硅等工艺技术。 1 2 1 洗矿筛分脱硅 洗矿、筛分脱硅工艺是根据含硅矿物容易粉碎和泥化的特点，将矿石破碎后配合采 用圆筒洗矿机、振筛机和水力旋流器等设备，除去细粒级含硅矿物，从而达到提高矿石 铝硅比的目的。 前苏联对阿尔卡雷克斯的铝土矿( 主要矿物是三水铝石、高岭石) 采用洗选筛分流程， 3 硕士学位论文 第一章文献综述 分别由铝硅比为4 4 、3 5 和2 1 的原矿得到了铝硅比为7 9 、6 7 和5 3 的精矿，精矿产 率2 7 8 5 4 3 。 通过对一水硬铝石、高岭石和褐铁矿的粉碎行为研究，发现在较长的磨矿时间下， 按粉碎难易程度的排列顺序为：一水硬铝石 褐铁矿 高岭石，采用柱形钢砂的选择粉碎作 用较强。对原矿铝硅比3 9 的一水硬铝石型铝土矿进行分选，得至w j + o 0 4 3 r a m 粒级精矿的 铝硅比6 2 0 ，回收率为7 3 8 ，- 0 0 4 3 r a m 粒级作尾矿砼引。 选矿筛分脱硅工艺设备简单，能耗低，易于操作，但这种工艺只适用于铝矿物嵌布 粒度较粗、矿石含泥较高、泥含铝较低的三水铝土矿和个别的一水硬铝石矿，而我国的 大多数铝土矿矿石中铝硅矿物嵌布粒度细，嵌布关系复杂，不适于采用这种工艺进行分 选，同时，矿石铝硅比提高幅度也不大，回收率较低，仅在广西苹果地区有所应用。 1 2 2 正浮选脱硅 铝土矿正浮选脱硅的泡沫产品为一水硬铝石等有用矿物，槽内则为含硅脉石矿物。 铝土矿正浮选脱硅从上世纪七十年代初起就有大量学者开展了研究，归纳起来主要集中 在浮选工艺和药剂方面。 v p k u z n e t s o v 州，m a e y g e l e s 衢1 ，l m l y u s h n y a 和s a h i n d s 2 7 3 等人使 用脂肪酸( 油酸、塔尔油) 、中性油和烷基硫酸盐、烷基磺酸盐等为捕收剂，乙氧基化合 物o p - 7 为起泡剂，硅酸钠、六偏磷酸钠作调整剂，在碱性或弱碱性条件下实现了三水铝 石和一水软铝石与高岭石等矿物的浮选分离。但这些研究工作主要集中在试验室，通常 是由于磨矿粒度过细，精矿品位较低，氧化铝回收率较低，因而，尚未见有工业生产的 报道。 d s a l a t i c 啪3 等人在研究一水软铝石和高岭石分离的原理基础上，发现硅酸钠的使 用有利于两者的浮选分离，以及一水软铝石回收率的提高。d w f u e r s t e n a u 啪1 等人还从 表面化学的角度，系统研究了铝土矿与捕收剂之间的相互作用。 v v i s h c h e n k o 啪1 和富田竖二口2 1 等人研究了三水铝石型铝土矿浮选脱硅的机理。前 者提出：随溶液p h 值的增加，肥皂与油酸钠在三水铝石、高岭石及菱铁矿上的吸附增加， 但吸附率不同。六偏磷酸钠的存在减小了捕收剂在高岭石上的固着，同时增加了其在三 水铝石和磷铁矿表面上的分子吸附，因而，用油酸钠和六偏磷酸钠分离高岭石和三水铝 石是可行的。后者认为：铝矾土的浮选过程中，重要的是分散脉石矿物。可用脂肪酸、肥 皂、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐等作捕收剂，硅酸钠及六偏磷酸钠作调整剂在碱性或弱碱 性介质中，利用三水铝石比高岭石或硅酸盐等脉石矿物浮选速度快而实现分选。 我国铝土矿资源类型主要是一水硬铝石型。几十年来，我国矿业工作者也开展了大 量工作。李耀吾口3 1 等人用脂肪酸类捕收剂，碳酸钠、六偏磷酸钠为调整剂从原矿铝硅比 为4 6 5 的一水硬铝石型铝土矿中，回收了7 0 以上的氧化铝，精矿铝硅比大于8 。 4 硕士学位论文 第一章文献综述 l l o n g f a n ge ta l 泓1 等人的研究表明：以氧化石蜡皂为捕收剂，碳酸钠、六偏磷酸钠及腐 植酸钠为调整剂，可从原矿含a 1 。o 。5 6 1 7 ，s i o ：5 9 0 ，铝硅比为9 5 2 的一水硬铝石型 铝土矿中脱除4 8 1 5 的二氧化硅，回收8 8 1 9 的氧化铝，精矿铝硅比可达1 5 2 3 。黄开 国口鲫等人采用分支浮选法实现了一水硬铝石型铝土矿的浮选脱硅。 1 9 9 6 年以来，铝土矿选矿脱硅等针对我国一水硬铝石型铝土矿为原料的氧化铝生产 课题被列入国家重点科技攻关计划和“9 7 3 重大基础研究。北京矿冶研究总院、中南工 业大学分别进行了铝土矿正浮选脱硅研究，均取得重大突破，并成功地进行了工业试验。 采用碳酸钠为调整剂，h z t 为分散剂，h z b 为捕收剂，北京矿冶研究总院采用阶段磨浮分 选法脱硅口5 1 ，中南大学则用选择性磨矿一选择性聚团浮选脱硅口7 1 ，连续3 0 个班累计结果 为：原矿含a l 。o 。6 5 1 9 ，s i o ：1 1 0 5 ，铝硅比为5 9 ，入选细度7 0 4 3 一0 0 7 4 m m ，精矿 a l 。0 3 7 0 0 8 ，s i o ：6 2 2 ，铝硅比为1 1 3 9 ，a 1 ：0 3 回收率为8 6 4 5 ，指标达到并超过攻关 要求。 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。 一水硬铝石型铝土矿正浮选脱硅技术的应用，能大幅度提高浮选精矿的铝硅比，从 而大幅度降低氧化铝生产成本，已成为国家高新技术示范项目“铝土矿选矿一拜尔法生 产氧化铝”的核心技术。但是，正浮选脱硅工艺尚存在精矿沉降脱水困难，选矿废水难 于有效回用，以及精矿中有机物对后续拜尔法溶出过程存在影响等缺点。 1 2 3 反浮选脱硅 反浮选工艺就是将非目的矿物作为泡沫产品浮出，目的矿物则为槽内产品，反浮选 工艺在铁矿浮选中的研究较多，且已有生产实践报道。但对于铝土矿的反浮选脱硅的研 究，1 9 9 9 年以前的相关文献报道很少。铝土矿反浮选脱硅的研究主要集中在基础理论、 浮选药剂和工艺等方面。 李耀吾啪1 等人以c , o c 脂肪胺为捕收剂，从一水硬铝石型铝土矿中浮出了大部分叶 蜡石，但精矿氧化铝回收率低，操作制度严格。z s c s i l l a g 3 等人以溴化十六烷基吡啶 盐为捕收剂，a r b a c o l - 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，但是药剂成本较高，氧化铝回收率低。 v v i s h c h e n k o m l 等人的研究表明：十二胺、a n p - 1 4 、十六胺、a n p 一2 、低级脂肪胺 类等阳离子捕收剂能浮选出三水铝石型铝土矿中大部分的石英和高岭石，并考察了p h 值 与捕收剂吸附量的关系。其主要不足之处在于捕收剂的用量较大，氧化铝的回收率较低。 d t r a y h 订等人在碱性介质中从三水铝石型铝土矿中以a r m a ct 为捕收剂浮出了角闪石。 但其磨矿粒度细，精矿氧化铝回收率较低。 前苏联学者用电动电位法、吸附法及红外光谱法研究了胺类阳离子捕收剂反浮选鲕 5 硕士学位论文 第一章文献综述 绿泥石化的铝土矿h 刳，其研究结果表明：使用阳离子捕收剂，铝硅酸盐( 鲕绿泥石) 可浮性 好，而单体解离的铝矿物( 一水铝矿和三水铝矿) 可浮性差，这些矿物均在p h = 8 时可浮性 最好。在酸性环境，阳离子捕收剂在所研究的矿物表面由于双电层的压缩而吸附，在 p h = 4 , - - 一8 内，胺主要以离子存在，而所研究的矿物表面荷负电，故由于静电引力形成捕收 剂的物理吸附，可使阳离子捕收剂与鲕绿泥石晶格中阳离子相互作用形成络合物。在碱 性环境中，矿物表面负电荷增大及p h 大于9 时，胺以分子形式存在，阻止了捕收剂与矿 物相互作用，可浮性变坏。 1 9 9 9 年将“铝土矿铝硅分离基础理论研究 列入“国家重大基础研究发展规划项目 ( 简称“9 7 3 ) 之后，中南大学等科研院所针对一水硬铝石型铝土矿的浮选脱硅，从矿物 晶体结构、粉磨特性、表面性质等方面进行了大量系统的研究，经过近5 年系统的研究， 铝土矿反浮选脱硅基础研究在理论和工艺上取得了突破性的进展。 刘晓文和胡岳华h 3 3 对一水硬铝石和层状硅酸盐矿物( 高岭石、伊利石、叶蜡石等) 的晶体结构与表面润湿性、表面电性及可浮性关系；药剂与一水硬铝石各个不同晶面作 用；二八面体型的层状硅酸盐矿物的团聚分散行为等多方面进行了研究，这些方面的研 究工作是前所未有的，具有重要的参考价值。 印万忠和韩跃新等h 钔从一水硬铝石和高岭石两种矿物的晶体结构入手，对晶体结构 中化学键的离子百分数、极性、平均键价和阴、阳离子间的静电力、相对键合强度进行 了计算，从多方面说明一水硬铝石解理时大量a 卜0 键断裂，导致金属阳离子a 1 3 + 在矿物 表面大量暴露，使矿物表面正电性强，而高岭石解理时是层间氢键断裂，a l o 、s i o 键 难以发生断裂，加之类质同象替换使其底面带恒定负电荷，高岭石表面负电荷较强。正 是由于两种矿物表面性质的差异，导致它们在阴、阳离子型捕收剂浮选体系中表现出不 同的可浮性，这一结果为开发和研制具有高选择性的捕收剂和抑制剂提供了理论依据。 崔吉让和方启学h 5 1 则在归纳总结一水硬铝石和高岭石矿物晶体结构、溶解特性和表 面荷电性质的基础上，对高岭石颗粒的分散与聚团行为进行了试验研究和理论计算，认 为高岭石的溶液特性以及端面与底面荷电性质的差异对颗粒的分散及聚团具有重要的影 响。这部分工作是“九五攻关中的部分内容，作为基础资料对铝土矿反浮选脱硅同样 具有重要意义。 蒋吴和胡岳华等h 刚则系统地考察了不同碳链长度的伯胺对铝土矿四种矿物可浮性的 影响，发现用不同碳链的烷基胺作捕收剂时，一水硬铝石的浮选p h 上限不一样，并且三 种铝硅酸盐矿物的可浮性顺序有所不同。针对浮选中出现的情况，作者根据溶液化学计 算、动电位和红外光谱测定做出了解释。 曹学锋和胡岳华等h 刀以十二胺和丙烯睛为原料，常压合成了阳离子捕收剂n 一十二 烷基一1 ，3 一丙二胺( d n 。：) ，并比较了该药剂与十二胺对铝土矿中高岭石、叶蜡石和伊利 石三种铝硅酸盐矿物回收率影响的差异。浮选试验表明，新药剂对三种矿物的浮选性能 6 硕士学位论文第一章文献综述 高于十二胺，并且最佳浮选p h 值范围增大，为实现反浮选创造了有利的条件。由动电位 与红外光谱结果发现，该药剂是通过氢键和静电作用在矿物表面发生吸附的。 李海普m 3 研究了一水硬铝石、高岭石、叶蜡石和伊利石的表面性质和可浮性以及它 们的差异；合成了多组改性高分子浮选调整剂，考察了药剂对四种矿物的可浮性的影响， 研究了药剂的作用机理，探讨了药剂的结构一性能关系，这对于认识高分子浮选剂的性 能、为进一步开发铝土矿反浮选脱硅技术提供了有参考价值的思路。 陈湘清h 明在实现对硅酸盐矿物的强化捕收和对一水硬铝石的选择性抑制方面做了大 量的工作，使用高效的无机调整机，扩大铝矿物、硅酸矿物的可浮性差距，使得一水硬 铝石和硅酸盐矿物能够通过反浮选技术、工艺达到有效分离的目的。 张国范咖1 采用n a 。c 0 3 调矿浆为弱碱性，以分散剂六偏磷酸钠和氟硅酸钠实现矿浆的 有效分散，以d w 和淀粉为抑制剂、1 8 2 7 为捕收剂，通过选择性脱泥与反浮选相结合的技 术路线，进行了两种方案的实际矿石试验。两种试验方案均取得了满意的指标，精矿铝 硅比为9 1 0 ，a 1 ：0 3 回收率8 5 - - - 8 9 。 王毓华陋以球磨和棒磨两种常见方式，考查了不同的入选物料粒度组成对反浮选脱 硅过程的影响，从磨矿产品粒度组成情况和浮选指标情况得出了棒磨具有较好的选择性 磨矿效果。王毓华也对铝土矿选择性脱泥做了大量的研究，对河南某铝土矿的试验研究 表明，添加高效分散剂实现选择性脱泥是较有效途径，脱泥后反浮选精矿铝硅比提高了 0 3 2 ，为1 0 6 3 ，a 1 ：0 。回收率提高了4 3 2 个百分点，为8 6 2 5 ，同时大大降低了药剂用 量。 在试验室小型试验和扩大连续试验中，圆满地完成了“9 7 3 任务书规定的技术指 标，在原矿铝硅比为5 - - - 6 的情况下，反浮选精矿铝硅比 1 0 ，a 1 。0 。回收率 8 5 。2 0 0 4 年 7 月又成功完成了铝土矿反浮选工业试验，在原矿铝硅比为4 8 , - - , 6 的情况下，反浮选精矿 铝硅比1 0 ，a 1 。0 3 回收率- - 8 3 ，为以后工业化生产奠定了基础。 尽管铝土矿反浮选脱硅技术从居多方面体现出了较正浮选脱硅技术更优的特点，但 是，反浮选工艺仍存在阳离子捕收剂对矿泥敏感、细粒级含硅矿物浮选速度慢，浮选流 程长等缺点有待解决。 1 2 4 选择性絮凝脱硅 选择性絮凝是利用絮凝剂絮凝细粒物质以及使这些团聚体与其它分散相组分分离的 过程。必须控制不同组分的表面对絮凝剂的竞争，以达到使絮凝剂吸附在目的组分上。这 样，就可采用沉淀淘析法或絮团浮选法从悬浮液中将覆盖着聚合物的颗粒形成的团聚体 或絮团分离出来。 一般来说，选择性絮凝包括4 个基本工序：1 ) 微细颗粒的分散( 通常都在该段中加入 分散剂) ：2 ) 聚合物选择性地吸附在絮凝组分上，并形成絮团：3 ) 低剪切速率下调浆使絮团 7 硕士学位论文第一章文献综述 长大：4 ) 用沉淀淘析筛分法或浮选法分离絮团，如有必要，可接着再分散和再絮凝以精 选絮团。 絮凝工艺的影响因素，除絮凝剂本身的选择性能( 分子量的大小、结构、水解度、 官能团性质等) 外，尚有矿物表面的电化性质和溶解度等物理性质，介质的性质( 溶液 中存在的电解质种类和数量、p h 、粘度等) ，流体动力学等；另外磨矿时矿物表面的污染， 矿泥的覆盖，以及絮凝剂的配制，添加方式，添加剂量，搅拌强度，絮团分离的方式等 因素也都将对絮凝工艺发生影响嫡刳。 絮凝工艺在黑色、有色、非金属及煤选矿中均有研究报道。其中，在选择性絮凝工 艺中研究最多，最成熟，并已有工业实践的是铁矿石，对其他矿种的研究多局限于实验 室，工业实践较少。 d w f u e r s t e n a u 等晴3 1 采用十二烷基硫酸钠进行细粒赤铁矿絮凝和浮选。结果表明， 细磨矿石的剪切絮凝作用可以提高一l oum 赤铁矿颗粒的浮选速率。而在絮凝系统中加入 药剂处理过的粗粒赤铁矿作为剩余细粒的载体，可明显提高赤铁矿总的浮选回收率。长 沙矿冶研究院曾将选择性絮凝用于祈东铁矿的磁重联合工艺流程中，用腐殖酸铵为选择 性絮凝剂，通过絮凝脱泥，可使铁精矿品位从一般不超过5 5 ，提高到6 2 - 6 5 ，回收 率为7 2 左右。该院研制的s p 4 0 4 絮凝剂与分散剂s p c 一0 8 混用，用选择性脱泥一反浮选 工艺处理关门山细粒贫铁矿，可获得品位6 5 3 3 ，回收率8 7 7 8 的铁精矿n 轮1 。 余木龙嘲1 、刘承宪和岳子明嘲1 在菱锰矿一磷灰石体系剪切絮凝浮选脱磷研究中，发现 可将原矿含磷从0 2 8 左右降至0 1 3 3 ，锰精矿品位保持不变，而回收率可达6 6 0 2 。 机理研究表明在p h = l o 条件下，油酸钠可在菱锰矿、石英、绿泥石组成的矿浆体系中在 菱锰矿微粒表面选择性吸附。 r u b i o 等人用黄药预先使孔雀石、硅孔雀石疏水，用较疏水的絮凝剂p e o 选择性絮凝 铜矿物，获得了含c u 2 7 3 ，回收率7 4 的精矿惭1 。 对铅锌矿石，印度随7 1 和s 松等畸明尝试用改进的絮凝剂如黄原酸纤维素选择性絮凝 从复杂硫化矿石中预富集硫化矿物。进行的试验表明，金属p b 、z n 的品位有一定的提高， 回收率9 9 以上。冯家祥等脚用腐殖酸钠和烤胶做分散剂，水解聚丙烯酰胺作选择性絮凝 剂，通过螯合作用吸附在菱锌矿表面，絮凝菱锌矿，而不絮凝石英，得到较好的分离效 果。杨敖呦3 在对细粒铅锌矿进行选择性絮凝时对矿物进行了激光辐射处理，结果认为经 过激光处理的矿物的絮凝特性，效果和分离指标要比未经激光辐射的好得多。 对嵌布粒度较细的一水软铝石矿，含泥较多时可采用选择性絮凝脱硅工艺。将矿石 细磨至一5um 占3 0 - - - - 4 0 ，添加苏打、苛性钠、六偏磷酸钠等进行调浆分散，然后加聚 丙烯酰胺聚合物絮凝剂进行选择性絮凝，使悬浮物与沉淀物分离，原矿铝硅比2 7 5 可获 得精矿铝硅比5 o ，产率为5 0 4 0 ，回收率为6 0 1 。前苏联，对一水软铝石型铝土 矿进行选择性絮凝脱硅试验幻，原矿铝硅比3 9 ，得到精矿a l - s i 为6 2 ，回收率为5 8 1 硕士学位论文 第一章文献综述 1 3 矿泥的产生及影响 1 3 1 矿泥的基本特性 一般选矿所谓的矿泥，常常是指- 0 0 7 4 m m 的粒级，而浮选中的矿泥是指- 1 8 | lm 或- 1 0 i lm 或一5um ( 不同性质的矿石) 的细粒级。矿泥的来源有- - ：一是“原生矿泥”，主要是 矿物在矿床中由于自然风化形成的各种泥质矿物，如高岭土、绢云母、褐铁矿、绿泥石 等等。二是“次生矿泥 ，它们是在采掘、搬运、破碎、磨矿、运输、搅拌等过程中形成 的1 。 矿泥具有以下基本特性嘲1 嘶1 ： ( 1 ) 矿泥的质量小； ( 2 ) 比表面大，即单位重量的矿粒所具有的总表面积大。例如，边长为l m m 的立方 体矿粒，磨碎到1 0 pm 时，其比表面积增大1 0 0 倍； ( 3 ) 比表面能大，即矿泥表面存在大量的未饱和的表面键力，或者说，矿泥的表面 活性很大，边长为l m m 的立方体n a c l 细分到1um 时，其表面能从4 2 x1 0 - j g 增加到 4 2 1 0 j g ，棱能从1 7 1 0 叫o j g 增加到1 7 1 0 - 4 j g ； ( 4 ) 溶解度大，溶解速度快。 1 3 2 铝土矿矿泥产生的原因 我国铝土矿为一水硬铝石型铝土矿，是极易泥化的矿种之一，产生矿泥的原因主要有 两个方面： ( 1 ) 铝土矿中的杂质含有各种泥质矿物，如褐铁矿、多水高岭土、伊利水云母、绿 泥石等嘞5 7 3 ，不可避免产生一定量的原生矿泥。 ( 2 ) 采用选矿工艺实现铝硅分离，提高矿石的铝硅比，矿石必须进行破碎和磨矿， 这就不可避免的会产生大量的次生矿泥。 研究表明，我国铝土矿中一水硬铝石为主要含铝矿物，其莫氏硬度为6 5 7 0 。主 要含硅矿物为高岭石、伊利石、叶腊石等，它们的莫氏硬度分别为2 0 - - 一3 5 、2 0 - - 3 0 、 1 0 - - 一1 5 嘲1 。所以，含铝矿物与含硅矿物之间存在着明显的硬度差。另外，从晶体结构 上看，一水硬铝石的晶体结构与含硅矿物的晶体结构差异较大，一水硬铝石的晶体结构 为链状结构，原子之间主要以离子键相连，化学键结合紧密，因而要使大颗粒粉碎成小颗 粒，该化学键的断裂需要较多的能量，宏观表现为难以粉碎；而含