（矿物加工工程专业论文）水力旋流器分选低品位铝土矿的影响因素研究.pdf

r e se a r c ho n i n f l u e n c i n g f a c t o r so f b e n e f i c i a t i o no f l o w - g r a d eb a u x i t eb y h y d r o c y c l o n e b ym e n gn a s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rw e id e z h o u t e a c h e rg a os h u l i n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 j j 1 ，辱- 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：a - + f 1 日 期：砂。箩。么厂 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位 学位论文作者签名：耋翻p 导师签名： 签字日期： 沙p 钐，6 乞5 签字日期： 、 7 叶 1 t 东北大学硕士学位论文 水力旋流器分选低品位铝土矿的影响因素研究 摘要 为实现拜耳法生产氧化铝，针对我国高铝、高硅、低铝硅比型的铝土矿利用离心力 场进行分选，以达到铝硅比要求，具有较为重要的意义。本实验以铝硅比为4 3 9 的河南 中州低品位铝土矿为研究对象，系统地研究了旋流分选过程中的影响因素。 水力旋流器影响因素主要包括旋流器的结构参数和操作参数。针对结构参数和操作 参数的影响，进行的研究结果表明： 旋流器内空气柱和最大切线速度轨迹面受底流口直径改变的影响发生变化，使进入 到底流中的一水硬铝石和硅酸盐矿物的量增加，降低了底流的铝硅比，因此分选和分级 效果受到不利影响。锥角的改变，使旋流器内零速包络面发生改变，对一水硬铝石和硅 酸盐矿物的分选和分级效果也产生影响。l l o 锥角的水力旋流器在底流口为6 m m 时，得 到的分选结果为底流a s 为6 8 7 ，底流中a 1 2 0 3 的回收率达到6 9 8 8 ，溢流a s 为2 3 2 ， 溢流中s i 0 2 的回收率达到5 6 0 2 。 试验中发现，给矿压强的提高使分选效果也随之提高。增大给矿压强可以使粗颗粒 的切线速度增大，在分选过程中进入底流中，而对细颗粒的影响不大。因此一水硬铝和 硅酸盐矿物的分选效果提高，但是给矿压强的增大使分级效率降低。采用锥角为l l o 的 旋流器，当给矿压强为0 4 m p a 时，得到的分选结果为底流a s 为7 3 3 ，底流中a 1 2 0 3 的回收率达到7 0 5 2 ，溢流a s 为2 3 0 ，溢流中s i 0 2 的回收率达到5 7 1 4 。 一般来说，给矿浓度会通过矿浆的密度和粘度影响分选结果。1 5 。锥角的分选结果 随给矿浓度的增大而降低；7 。锥角的分选结果基本上也是随给矿浓度的增大而降低， 但是当为给矿浓度为8 时，曲线出现波动情况，此时取得较好的试验结果。锥角为1 5 0 ， 给矿浓度为1 0 时，实验结果为底流a s 为6 5 4 ，底流中a 1 2 0 3 的回收率为7 5 ，溢流 a s 为2 2 7 ，溢流中s i 0 2 的回收率达到4 9 o l ；当旋流器锥角为7 0 时，在给矿浓度为 8 的条件下达到较好分离效果，底流a s 为5 5 8 ，底流中a 1 2 0 3 的回收率为8 3 0 1 ， 溢流a s 为2 1 4 ，溢流中s i 0 2 的回收率达到3 4 7 4 。 通常情况下，当入料中粗颗粒较多时，分离粒度较大，底流浓度高，分级效率低， 分离效果不好当入料中细粒较多时，分离粒度小，物料之间差异性小不利于分离。给 矿细度对分选效果影响的试验结果表明：底流口直径为6 m m ，当给矿细度为0 0 7 4 m m r 东北大学硕士学位论文 占6 0 时，得到较好分离效果，底流a s 为5 3 2 ，底流中a 1 2 0 3 的回收率达到8 6 4 8 ， 溢流a s 为2 3 2 ，溢流中s i 0 2 的回收率达到2 6 0 7 。 关键词：低品位铝土矿；水力旋流器；结构参数；操作参数 ，“。 l l * 东北大学硕士学位论文abs的ct r e s e a r c ho n i n f l u e n c i n gf a c t o r so f b e n e f i c i a t i o n o fl o w - g r a d eb a u x i t e b yh y d r o c y c l o n e a b s t r a c t i no r d e rt ou s eb a y e rp r o c e s st op r o d u c ea l u m i n a , c e n t r i f u g a lf o r c ef i e l dw a su s e di n s e p a r a t i n gd i a s p o r i cb a u x i t eo fo u rc o u n t r y , t oi m p r o v ea l u m i n a - s i l i c ar a t i o l o w g r a d e d i a s p o r eb a u x i t ew a su s e da sm a t e r i a l ，w h i c hd i s t r i b u t e sz h o n g z h o uo fh e n a np r o v i n c e t h i s p a p e ri ss t u d y i n go ni n f l u e n c i n gf a c t o r sf o rb e n e f i c i a t i o no fh y d r o c y c l o n e i n f l u e n c i n g f a c t o r so fh y d r o c y c l o n ei n c l u d es t r u c t u r a l p a r a m e t e r sa n do p e r a t i o n p a r a m e t e r s t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra r ea st h ef o l l o w i n g ： a i r - p i l l a ra n dt h ep a t ha r e ao fm a x i m u mt a n g e n t i a lv e l o c i t yi nc e n t r i f u g a lf o r c ef i e l d w e r ec h a n g e da sa p e xd i a m e t e r sc h a n g i n g m o r ed i a s p o r ea n ds i l i c a t em i n e r a l se n t e r e di n t o u n d e r f l o w , w h i c hm a d ea l u m i n a s i l i c ar a t i od e c r e a s e da n dt h er e s u l t sa f f e c t e d c o n ea n g l e w a sa n o t h e ri n f l u e n c i n gf a c t o r , a n di ta l s oc h a n g e dt h er e s u l t s t h es e p a r a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tw h e nc o n ea n g l ei s11 。，a p e xd i a m e t e ri s6 m m ，a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi nu n d e r f l o wi s6 8 7 ， t h er e c o v e r yo fa 1 2 0 3i nu n d e r f l o wi s6 9 8 8 ，a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi no v e r f l o wi s2 3 2a n dt h e r e c o v e r yo fs i 0 2i no v e r f l o wi s5 6 0 2 a t t h i st i m e ，t h er e s u l to f b e n e f i c i a t i o ni sb e s t t h er e s u l t so fb e n e f i c i a t i o nw e r ei m p r o v e da sf e e dp r e s s u r ew a si n c r e a s i n g h i g hf e e d p r e s s u r em a d et a n g e n t i a lv e l o c i t yo fc o a r s ep a r t i c l ew a si m p r o v e d ，a n dh i 曲t a n g e n t i a l v e l o c i t ym a d ec o a r s ep a r t i c l ee n t e ri n t ou n d e r f l o w b u ti tw a sn o ta f f e c t i n gf i n ep a r t i c l e t h e r e s u l t so fb e n e f i c i a t i o nw e r ei m p r o v e da st h er e s u l t so fc l a s s i f i c a t i o nw e r ew o r s e t h e s e p a r a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tw h e nc o n ea n g l ei s11 。，f e e dp r e s s u r ei s0 4 m p a , a l u m i n a - s i l i c a r a t i oi nu n d e r f l o wi s7 3 3 ，t h er e c o v e r yo fa 1 2 0 3i nu n d e r f l o wi s7 0 5 2 ，a l u m i n a s i l i c ar a t i o i no v e r f l o wi s2 3 0a n dt h er e c o v e r yo fs i 0 2i no v e r f l o wi s5 7 1 4 t h ec h a n g eo ff e e dc o n c e n t r a t i o nc h a n g e do r e p u l p sd e n s i t ya n dv i s c o s i t y w h e nc o n e a n g l ei s15 。，t h er e s u l t so fb e n e f i c i a t i o nw e r ed e c r e a s e da sf e e dc o n c e n t r a t i o nw a si n c r e a s e d t h er e s u l t so f7 。c o n ea n g l ew a sa ss a m ea s15 。c o n ea n g l e ，h o w e v e r , w h e nf e e d c o n c e n t r a t i o nw a s8 ，t h er e s u l t sw a sb e s t w h e nc o n ea n g l ei s15 。，f e e dp r e s s u r ei s10 ， t h er e c o v e r yo fa 1 2 0 3i nu n d e r f l o wi s7 5 ，a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi nu n d e r f l o wi s 6 5 4 ，t h e r e c o v e r yo fs i 0 2i no v e r f l o wi s4 9 01 a n da l u m i n a - s i l i c ar a t i oi no v e r f l o wi s2 2 7 w h e n i v j 一 iiiiii， 东北大学硕士学位论文 c o l i ca n g l ei s7 。，f e e dp r e s s u r ei s8 ，t h er e c o v e r yo fa 1 2 0 3i nu n d e r f l o wi s8 3 0 1 ， a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi nu n d e r t o wi s5 5 8 ，t h er e c o v e r yo fs i 0 2i no v e r f l o wi s3 4 7 4 a n d a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi no v e r f l o wi s2 1 4 i nt h ee x p e r i m e n to ff e e df i n e n e s s ，t h er e s u l tw a sb a da st h ea m o u n to ff m ep a r t i c l e sw i l l s m o f e w h i l et h er e s u l tw a sa l s ob a dw h e nc o a i 苫ep a r t i c l e sw a st o om u c hi nt h eo r e - p u l p t h e b e s tr e s u l ti st h a tw h e na p e xd i a m e t e ri s6 m m ，f e e df i n e n e s si s6 0 ，t h er e c o v e r yo fa 1 2 0 3i n u n d e d l o wi s8 6 4 8 ，a l u m i n a - s i l i c ar a t i oi nu n d e r f l o wi s5 3 2 ，t h er e c o v e r yo fs i 0 2i n o v e r f l o wi s2 6 0 7 a n da l u m i n a - s i l i c ar a t i oi no v e r f l o wi s2 3 2 k e yw o r d s ：l o w - g r a d eb a u x i t e ；h y d r o c y c l o n e ；s t r u c t u r a lp a r a m e t e r ；o p e r a t i o np a r a m e t e r v ，i；，一 ，；，；。， 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t 目录 第一章绪论1 1 1 铝土矿资源的状况及我国铝土矿的特点1 1 1 1 世界铝土矿资源状况l 1 1 2 我国铝土矿资源的特点2 1 2 氧化铝生产工艺以及硅杂质的影响2 1 2 1 氧化铝的生产工艺2 1 2 2 氧化铝生产工艺的比较4 1 2 3 铝土矿脱硅的必要性。5 1 3 铝土矿脱硅研究现状5 1 3 1 化学方法5 1 3 2 生物方法5 1 3 3 物理方法6 1 3 4 铝土矿脱硅方法存在的问题8 1 4 水力旋流器分选铝土矿9 1 4 1 水力旋流器的发展9 1 4 2 水力旋流器的基本结构9 1 4 3 水力旋流器的工作原理1 0 1 4 4 影响旋流器分选过程的主要参数1 0 1 5 实验可行性依据及研究内容l2 1 5 1 理论依据1 2 1 5 2 主要研究内容。1 2 第二章试验用矿样、仪器及方法1 5 2 1 试验矿样l5 2 2 实验仪器1 7 2 3 试验方法。：1 7 东北大学硕士学位论文 目录 第三章旋流器的结构参数对分选效果的影响1 9 3 1 结构参数对旋流分选效果的影响1 9 3 2 结构参数对分级效果的影响2 3 3 3 小结，2 6 第四章旋流器的操作参数对分选效果的影响2 7 4 1 给矿压强对旋流分选效果的影响2 7 4 1 1 给矿压强对分选效果的影响。2 7 4 1 2 给矿压强对分级效果的影响。3 0 4 2 给矿浓度对旋流分选效果的影响3 3 4 2 1 锥角为1 5 0 时给矿浓度对旋流分选效果的影响3 4 4 2 2 锥角为7 0 时给矿浓度对旋流分选效果的影响3 7 4 3 给矿细度对旋流分选效果的影响4 l 4 4 小结z m 第五章旋流分选过程的作用机理4 7 5 1 水力旋流器内流体运动的基本形式4 7 5 2 水力旋流器的分离模型4 7 5 3 水力旋流器内颗粒的运动4 8 5 4 水力旋流器的分选原理4 9 5 4 1 切向速度。4 9 5 4 2 轴向速度。5 0 5 4 3 径向速度。51 5 5 结构参数影响旋流器分选过程的机理分析5 l 5 5 1 结构参数对分选效果影响的作用机理5 l 5 5 2 结构参数对分级效果影响的作用机理。5 2 5 6 操作参数影响旋流器分选过程的机理分析5 2 5 6 1 给矿压强对分选效果影响的作用机理。5 2 5 6 2 给矿浓度对分选效果影响的作用机理。5 3 第六章结论5 5 参考文献5 7 致谢6 1 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第一章绪论 铝占地壳成分的8 ，是地壳中分布最广的元素之一。铝的化学性质活泼，易被氧 化，故在自然界中少有单质铝的存在，而多呈化合态。铝和铝合金拥有相对较小的密度、 良好的导热导电性、易于加工等特点，因此，铝被广泛地应用于工业生产和人民日常生 活中，成为仅次于钢铁的第二重要金属。 随着我国经济的快速发展，铝的产量和消费量快速增长，使得氧化铝成为了紧缺性 的中间产品，制约了整个铝行业的发展。而铝土矿是氧化铝生产的重要原料，因此是制 约铝工业发展的关键性因素之一。 探索和研究铝土矿的高效分选工艺有利于促进铝行业的发展。本文针对我国铝土矿 高铝、高硅、低铝硅比的资源特点，采用水力旋流器对铝土矿进行系统的分选试验研究， 以探讨一水硬铝石和铝硅酸盐矿物进行有效分离的可能性。 1 1 铝土矿资源的状况及我国铝土矿的特点 1 1 1 世界铝土矿资源状况 据美国地质调查局2 0 0 3 年公布的资料，世界铝土矿储量有2 2 4 7 亿t ，主要分布国 家及矿石种类如表1 1 【1 】所示。 表1 1 世界铝土矿资源分布情况 t a b l e l 1d i s t r i b u t i o no fw o r l d sb a u x i t er e s o u r c a g 根据含铝矿物的不同，将铝土矿分为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型以 及混合型4 类。由表1 1 可见，国外铝土矿主要属于三水铝石型；我国铝土矿多数属于 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 一水硬铝石型。 据世界金属统计公布的资料，2 0 0 3 年以前全世界有2 4 个国家开采铝土矿。而 世界上铝土矿和氧化铝的生产，基本受控于几家大公司，如美国铝业公司、加拿大铝业 公司、里奥廷托国际矿业公司、b h p b i l l i t o n 公司等。近几年，由于中国铝业的发展， 世界目光也开始转移到中国。 1 1 2 我国铝土矿资源的特点 我国铝土矿有分布集中、分布均匀、种类多、嵌布粒度细、组成复杂等特点。与外 国的铝土矿相比，我国铝土矿以一水硬铝石为主，具有高铝、高硅、低铝硅比等特点。 我国铝土矿主要分布在山西、河南、广西、贵州、山东、四川及云南等7 个省【2 。5 】。 大部分属于沉积型铝土矿【6 】。一般一水硬铝型铝土矿呈均匀分布，少数呈微粒集合体产 出；有的呈鲕粒状；还有呈胶质或隐晶质出现。嵌布粒度一般在5 - 1 0 p r o 。另外，我国 铝土矿除了主要含一水硬铝石外，还由于含有其他的杂质矿物而显得不同。又由于一水 硬铝石和含硅矿物的嵌布关系复杂，使得我国铝土矿分选难度高。 因为一水硬铝石较之三水铝石和一水软铝石，需要更高的温度、压力和苛性比条件， 才可溶出：加上我国铝土矿铝硅比较低，不适于采用比较经济的拜耳法生产氧化铝，所 以我国的铝工业受到了严重影响。 1 2 氧化铝生产工艺以及硅杂质的影响 1 2 1 氧化铝的生产工艺 氧化铝属于两性物质，即可以用酸性溶液也可以用碱性溶液从铝土矿中溶出。因此， 氧化铝的生产方法大致可以分为：酸法、碱法、酸碱联合法与热法四种 7 1 。现代生产工 艺主要采用碱法生产氧化铝，其他三种方法较少使用。 1 2 1 1 酸法 主要用无机酸处理含铝原料，得到铝盐的酸性溶液。此时可将铝盐通过蒸发结晶的 方法或通过水解结晶的方法得到水合物晶体或碱式铝盐：再或者用碱中和酸性溶液得到 氢氧化铝。最后对铝盐的水合晶体、碱式铝盐或氢氧化铝进行煅烧，都可以得到无水氧 化铝。 2 第1 章绪论 因为存在除铁困难、腐蚀设备、需酸量大且难回收、耗热量大以及对环境影响严重 等缺点，酸法至今未能实现工业化。 1 2 1 2 碱法 碱法可分为：拜耳法、烧结法和联合法。 ( 1 ) 拜耳法 采用拜耳法生产氧化铝，首先在高温条件下，采用苛性钠溶液或高摩尔比的铝酸钠 溶液处理铝土矿，得到低摩尔比的铝酸钠溶液，常温下再向其中加入氢氧化铝作为晶种， 连续搅拌析出氢氧化铝；此时铝酸钠溶液的摩尔比又变高，可以再次使用处理新的一批 铝土矿，即所谓的循环母液。 ( 2 ) 烧结法 烧结法是由石灰石( 或石灰) 、纯碱以及铝土矿组成炉料进行烧结，得到易溶的铝 酸钠、不溶的正硅酸钙、以及易水解的铁酸钠。用水或稀碱溶液溶解由以上三种化合物 组成的熟料时，铝酸钠很快溶解，正硅酸钙不溶解，而铁酸钠水解成氢氧化钠和不溶的 f e 2 0 3 h 2 0 。除去s i 和f e 等杂质后，向铝酸钠溶液中通入c 0 2 进行碳酸化分解，得到 晶体氢氧化铝；而余下的n a 2 c 0 3 作为碳分母液，可返回配料循环使用。 ( 3 ) 联合法 联合法是针对不同矿石，兼顾两种工艺长处，在生产实践中将拜耳法和烧结法联合 使用的一种方法。根据其工艺流程又有并联法、串联法和混联法之分。 1 2 1 3 酸碱联合法 酸碱联合法是先用酸法从高硅铝土矿中制取含有铁、钛等杂质的氢氧化铝，然后再 用碱法( 拜耳法) 处理。这一流程实质是用酸法除硅，碱法除铁。目前同样未实现工业 化。 1 2 1 4 热法 热法( 又称为p e d e r s o n 法) 是为处理高硅高铁型铝土矿资源而提出的，其实质是在 电炉或高炉内还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金( 或生铁) 与含铝酸钙炉渣，二者借密 度差分离后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。我国抚顺、前苏联和挪威都曾经按此法生 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 产过氧化铝，后来都告停产。 1 2 2 氧化铝生产工艺的比较 目前氧化铝的生产方法主要是采用碱法，而以拜耳法的应用最为普遍。主要原因是 拜耳法生产氧化铝，其流程简单、能耗低、成本低、产品质量好。碱石灰烧结法与拜耳 法相比生产流程复杂、能耗高、成本高、产品质量低，因此常用来处理一些低品位的铝 土矿。 对我国一水硬铝石型铝土矿进行脱硅处理，使铝硅比满足拜耳法工艺的要求后，采 用纯拜耳法生产氧化铝，其能耗减少6 0 左右，可以达到国外同样生产工艺的能耗水平。 表1 2 1 6 1 是不同氧化铝生产工艺的能耗情况。而从经济的角度考虑拜耳法也是最适宜的氧 化铝生产工艺。其相关数据见表1 3 6 1 。 表1 2 不同氧化铝生产工艺的能耗 t a b l e l 2e n e r g yc o n s u m e di nd i f f e r e n tt e c h n o l o g yo fa l u m i n ap r o d u c t i o n 表1 3 国内外拜耳法生产氧化铝的经营成本比较 t a b l e l 3d o m e s t i ca n da b r o a dc o m p a r i s o no f o p e r a t i n gc o s to i lb a y e ra l u m i n ap r o d u c t i o n 尽管有些项目的数据估计较低( 如劳动力成本等) ，导致我国氧化铝的生产成本较 实际情况有一定距离，但是可以看出，如果采用拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿，其能 耗费用即使高于国外，也能够达到与国外氧化铝生产成本相当的目的。 东北大学硕士学位论文 1 2 3 铝土矿脱硅的必要性 笫1 章绪论 尽管拜耳法是低能耗经济型的氧化铝生产方法，很符合现今社会对生产工艺的要 求，但是拜耳法对硅杂质非常敏感。一方面结晶度不好的含硅矿物易与碱反应，从而增 大碱耗；另一方面，当硅酸钠浓度达到饱和后，又可与铝酸钠生成水合铝硅酸钠，造成 氧化铝的损失。高压溶出时，水合铝硅酸钠逐渐析出，使得热交换器、压煮器及管道结 垢，传热系数严重下降，增大能耗。因此拜耳法只限于处理铝硅比较高( 通常大于7 ) 的 铝土矿。 要想发展铝行业，同时又要符合国家减排、节能、建设节约型社会的要求，因此对 我国的铝土矿进行脱硅处理，以达到拜耳法对铝硅比的要求4 1 。 1 3 铝土矿脱硅研究现状 提高铝硅比的实质是设法除去或降低铝土矿中的含硅成分。目前常见的方法有化 学、生物和物理等方法【1 5 1 。 1 3 1 化学方法 化学方法主要是指铝土矿的焙烧预脱硅，其技术路线为：将矿石进行热处理，使矿 石中的铝硅酸盐矿物在高温条件下发生脱羟基反应。一些铝硅酸盐矿物晶体结构由于脱 水而被破坏，形成无定形s i 0 2 ，使之在低温条件下溶于稀碱溶液中而被脱除。用这种方 法处理一水硬铝石型铝土矿，不仅能回收一水硬铝石中的灿2 0 3 ，而且能回收铝硅酸盐 矿物中的a 1 2 0 3 ，所以氧化铝回收率高【1 6 】。 化学脱硅法的流程复杂、能耗高、焙烧制度严格，而且技术还不够完善，因此目前 应用较少。 1 3 2 生物方法 铝土矿生物预脱硅是利用某些微生物或微生物的代谢产物与铝土矿相互作用，发生 氧化、还原、溶解、吸附等反应，以除去矿石中的硅酸盐【1 7 1 。常用的微生物一般是异养 菌( 主要是细菌和真菌) 。这些微生物需要有机物作为碳和能量的来源【埘代表性的微 生物有环状芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌及黑曲霉菌。这些细菌的特点是在 它们的成长过程中需要硅【1 9 。2 1 1 。这些细菌对铝硅酸盐的作用具有酶的特性，能利用铝硅 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 酸盐生物分解过程中释放的能量。 生物脱硅法尚存在反应速度慢、条件要求苛刻以及技术、经济指标不好等缺点。 1 3 3 物理方法 物理方法脱硅的特点是：以天然形态除去含硅杂质矿物，达到降低铝土矿矿石中 s i 0 2 含量的目的 2 2 0 - 3 1 。物理方法主要包括洗矿和筛分、选择性碎解、选择性絮凝、光电 选矿、浮选、重选等 2 4 - 2 6 。 1 3 3 1 洗矿和筛分 铝土矿的洗矿和筛分法脱硅是利用铝土矿中的高岭石等具有易泥化的特点，将矿石 破碎后通过圆筒洗矿机、槽式洗矿机、振筛机和水力旋流器等设备，脱除其中的细泥， 从而提高铝硅比。一般适用于铝矿物嵌布粒度较粗、含泥量较高的矿石。 罗桂民、黄振艺等人对平果铝土矿进行了洗矿脱泥试验【2 7 1 ，通过改进和优化洗矿生 产工艺过程，取得了令人满意的技术指标。 1 3 3 2 选择性碎解 选择性碎解是根据各种铝矿物与高岭石在磨矿时粉碎的难易程度不同而进行碎解 的【2 9 1 。磨矿是使物料粒度减小的作业，使有用矿物与脉石矿物解离的过程。矿物的选 择性破碎是粉碎过程中的一种普遍现象 3 0 1 。选择性碎解的方法适于选别鲕状、豆状的隐 晶质集合状中低品位矿石。 许多学者及相关研究人员对一水硬铝石进行了选择性碎解研究。如魏新超【3 l 】等人在 球磨机的选择性磨矿特性研究中，采用三种形状的粉碎介质进行研究，考察各种磨矿方 式下的粉碎效率、产品粒度分布及舢2 0 3 和s i 0 2 的分布情况，得出磨矿细度为0 0 7 4 m m 占5 0 左右时，选择性磨矿可在一定粒度范围内实现铝硅分离，精矿回收率达3 0 以上。 田神兰【3 2 】在一水硬铝石型铝土矿的选择性磨矿研究中，采用不同磨机、改变球形介质的 配比及助磨剂种类，对一水硬铝石的选择性磨矿进行了研究，发现采用球磨机的磨矿效 果要好于振动磨机的磨矿效果，当球形介质配比为0 3 0 m m ：0 2 0 m m ：西1 5 m m = 2 0 ： 5 0 ：3 0 、球料比为1 2 、填充率为4 0 、磨矿浓度为7 0 时，粉磨产品中+ o 1 8 r a m 粒级的铝硅比可达7 5 以上，产率为2 7 ，a 1 2 0 3 的回收率为3 0 。 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 1 3 3 3 选择性絮凝 选择性絮凝是将铝土矿磨到一定的细度后，利用含硅矿物和含铝矿物性质的差异， 采用一定的絮凝剂使矿浆中的矿物发生选择性絮凝，再将絮凝物分离【3 3 1 。该方法主要适 用于嵌布粒度很细的一水软铝石型铝土矿。 沃洛娃等进行了高岭石一水硬铝石型铝土矿的选择性絮凝脱硅研究【鲳l ，通过添加 碳酸钠和氢氧化钠，使c a 2 + 等形成沉淀，然后加入六偏磷酸钠进行分散，最后加入水解 度8 5 - 8 8 的水解聚丙烯酰胺，经机械分级作用分选出粗粒精矿，用选择性絮凝作业 分选细粒级，使铝土矿的铝硅比从3 提高到6 ，精矿产率为5 0 - 5 5 ；而获得的高岭 石产品的铝硅比为1 2 1 3 ，产率为2 0 - 2 5 。 1 3 3 4 光电选矿 对铝土矿进行光电分选，主要是利用x 射线辐射、射频共振、光电分选等方法处理 粒度较粗、二氧化硅含量较高的铝土矿，以提高铝硅比。 采用光电分选方法处理含高岭石或高磁导率、高电导率的绿泥石的某些铝土矿，可 获铝硅1 七 1 2 6 2 的精矿【3 4 1 。 1 3 3 5 浮选脱硅 浮选脱硅与铝土矿选矿基础理论研究相比，选矿工艺研究要丰富得多【3 5 删。采用的 浮选流程包括正浮选和反浮选两种。正浮选的方法是将有用的含铝矿物浮出，含硅矿物 作为尾矿排出。而反浮选则是将含硅杂质浮起，浮选槽中留下有用的含铝矿物，由于铝 土矿中含硅杂质比有用矿物的含量要少些，所以采用反浮选工艺可明显降低泡沫产品的 产率，这是反浮选的优点之一。 正浮选脱硅 正浮选脱硅是通过抑制铝硅酸盐矿物，采用阴离子捕收剂浮选一水铝石或三水铝 石。采用正浮选脱硅的主要特点为：使用的捕收剂为脂肪酸类，调整剂为碳酸钠、六偏 磷酸钠、腐殖酸钠等，药剂来源广泛、成本低：但精矿上浮量大，导致脱硅过程中药剂 用量大、精矿中药剂残余量高，对后续拜耳法溶出产生负面影响；对于矿物组成复杂、 嵌布粒细的铝土矿要求细磨，磨矿能耗高，精矿脱水困难、水分含量大，不利于降低拜 耳法溶出过程的能耗。 东北大学项士学位论文第1 章绪论 国外采用正浮选主要针对三水铝石型铝土矿，我国则是主要针对一水硬铝石型铝土 矿进行脱硅， 刘焦萍在铝土矿正浮选流程优化研究中发现【4 1 】，根据生产中原矿铝硅比的变化，通 过对粗选和精选泡沫走向的合理调整可以得到更灵活的工艺流程和提高产率。 反浮选脱硅 铝土矿的反浮选脱硅是通过抑制主要含铝矿物，采用阳离子捕收剂浮选铝硅酸盐矿 物。它具有以下特点：泡沫产品的产率小，药剂用量低，精矿表面附着的药剂少，水分 含量低易于过滤；而且由于一水硬铝石与铝硅酸盐矿物的可磨性差异大，易于实现粗磨 ( 在磨矿过程中当硅酸盐矿物满足浮选的粒度要求时，一水硬铝石仍保持较粗颗粒) ，因 此可以降低能耗。 章小林，张文彬等人【4 2 】在一水硬铝石与脉石矿物反浮选分离研究中发现，由于两种 矿物浮选行为的差异，以b s 1 为组合捕收剂、t z - 1 为改性调整剂，在弱酸性介质中， 可以得到，综合铝硅比为1 0 0 5 ，综合回收率为7 0 9 5 的试验指标。 1 3 3 6 重选 重力分选的实质是借助多种力的共同作用，实现按密度分离，但分离过程受到颗粒 粒度和形状的影响。重选作为最古老的分选方法之一，自有文字记载至今已有3 0 0 多年 的历史。重选理论始于1 9 世纪中叶，1 8 5 1 年法国人贝尔罗利特发表了l ：对矿物机械加 工的研究、确立现用操作制度和可能操作制度的理论实验一文【4 3 1 。2 0 世纪5 0 年代后， 随着科技的发展，重选的理论得以进一步深入研究。重选与其他物理脱硅方法相比具有 选矿成本低，工艺简单，不造成或较少造成环境污染等优点。 在铝土矿分选中以浮选方法为主，重力分选的应用较少，经常作为联合流程中的辅 助手段。潘泽林利用流化床重选，把原矿的铝硅比由6 5 5 提高到1 1 5 0 ，a 1 2 0 3 的回收率 为7 2 8 0 【5 9 】。贺飞丽用重选浮选联合流程处理山西孝义克俄矿区的铝土矿，首先将 + o 0 7 4 m m 部分用螺旋溜槽和摇床分选，回收粗粒级的一水硬铝石，重选尾矿再磨后进 入正浮选作业，该工艺与全浮选流程相比，原矿不需一次全部磨细，进入浮选作业的物 料产率减少了2 0 ，药耗、能耗等都相应减少【删。 1 3 4 铝土矿脱硅方法存在的问题 从上面介绍的各种脱硅方法及其优缺点可以看出，目前物理脱硅方法占主导地位， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 而物理脱硅方法中又以浮选法研究的较多和较全面。 因为生产指标的要求、生产工艺的复杂程度、成本高低、以及相应药剂的来源及价 格等问题使得浮选在铝土矿的分选工艺研究中占据主导和领先地位。但是浮选中存在的 一些问题严重阻碍和限制了这种方法的应用。例如铝土矿浮选一般要求磨矿细度在 - 0 0 7 4 m m 8 0 0 旷9 0 以上，因此要求对矿石进行细磨，问题也随之而来，首先是能耗的 增加；其次是泥化现象的出现，影响浮选的分选指标，造成金属流失；再者，细粒较多 致使精矿脱水困难，对拜耳法生产造成影响，水的蒸发增加生产能耗和成本；铝土矿浮 选过程中精矿产率高，会导致泡沫量大、泡沫产品流动不畅，常出现冒槽、堵塞现象， 使得操作控制难度增加、浮选指标波动浮选药剂浪费、过程损失增加。 1 4 水力旋流器分选铝土矿 1 4 1 水力旋流器的发展 水力旋流器是一种分离非均匀相混合物的分级设备又称旋液分离器【删。可以用来完 成液体澄清、固相颗粒洗涤、液体除气与除砂、固相颗粒分级与分类以及两种非互溶液 体的分离等多种作业。 自1 8 9 1 年b r e t n e y 4 5 1 在美国申请了第一个旋流器专利后，旋流器在各个领域得到了 很大的发展。它除了可以用于金属矿的分级、脱泥、脱药外，还可以用于非金属矿的选 别。2 0 世纪8 0 年代以后，有更多的科技工作者致力于旋流分离器的研究和推广应用。英 国b h r a 流体工程中心发起的旋流分离器国际学术研讨会【4 6 1 ，更是将旋流分离器的发展 推到了一个新高潮。我国从2 0 世纪9 0 年代以来掀起了对旋流器特别是多相分离旋流器 的研究和开发热潮【4 7 1 。 旋流器的理论渐渐形成体系，但是，还有许多问题尚未得到统一的认识，如旋流力 场模型的选择及速度场的分析等。 1 4 2 水力旋流器的基本结构 典型的水力旋流器由筒体、锥体、溢流管、底流管、给矿管等主要部件组成。水力 旋流器结构的简易图，如图1 1 。 东北大学硕士学位论文 l 2 3 4 5 图1 1 水力旋流器的结构图 f i g 1 1s t r u c t u r eo f h y d r o c y c l o n e l 溢流管；卜蛤矿口；3 一柱体；雠体；5 底流管 1 4 3 水力旋流器的工作原理 j 工作原理：矿浆以一定的压力呈切线状态给入旋流器后，在内部形成绕中轴旋转的 液流。由于高速旋转，内部形成真空，白底流口吸入空气，液流中央为空气柱。靠近器 壁的旋转液流向下运动，为外旋流；靠近内部空气柱的旋转液流向上运动，为内旋流。 粗颗粒在旋流器中所受的离心大于所受向内的阻力，因此被抛向器壁且在外旋流的作用 下到达旋流器底部，由底流口排出。细颗粒由于所受离心力小，向器壁流动的速度慢， 被内旋流带入空气柱，由溢流口排出。通过旋流器，粗、细颗粒达到分级的目的。 1 4 4 影响旋流器分选过程的主要参数 水力旋流器分选过程的参数主要有结构参数和操作参数两类。 ( 1 ) 水力旋流器的结构参数 水力旋流器分级的参数主要包括：旋流器直径、给矿口、溢流口、底流口、锥角 旋流器直径 旋流器直径通常在1 0 - 1 5 0 0 m m 之间，5 0 m m 以下的很少用于选矿厂，常用于化工、 食品等工业，以及实验室中。国内选厂多采用用7 5 - - 1 0 0 0 m m 的水力旋流器，其中：直 径在7 5 - - - i o o m m 之间的，分离粒度为l o 1 9 9 m ：直径在5 0 0 r a m 以上的，分离粒度为 7 4 2 0 0 9 m 。 东北大学硕士学位论文 第1 幸绪论 旋流器的底流口容易堵塞，因此在满足粒度要求的情况下，尽可能地采用大直径的 旋流器。旋流器的直径增大，处理量也会随之增加。若要得到较细的溢流而采用大直径 的水力旋流器时，则要增大给矿压强，但是经济上不可行。所以此时常采用小直径的旋 流器分出较细的溢流。旋流器的直径是影响分级的一个重要因素。 给矿口 旋流器的处理能力及分离粒度都与给矿口尺寸有关。给矿口多呈矩形和椭圆形，以 等面积圆的直径( 即当量直径) 做为给矿口直径。给矿口直径一般为旋流器直径的0 2 - - - 0 4 倍，为溢流管直径的0 4 - - 1 倍。 溢流口 增大溢流管直径，处理量将变大，溢流颗粒变粗；反之，则变细。一般情况下，溢 流管直径为旋流器直径的0