高硫铝土矿反浮选中同步脱硫和脱硅的交互影响_严峥.pdf

收稿日期2020-05-25 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51874221） 。 作者简介严峥 （1996） ， 男， 硕士研究生。通信作者梅光军 （1969） ， 男， 教授， 博士， 博士研究生导师。 高硫铝土矿反浮选中同步脱硫和脱硅的交互影响 严峥 1 梅光军 1 朱国斌 1 程潜 1 周杰强 2 陈世宁 11 （1. 武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070； 2. 平顶山华兴浮选工程技术服务有限公司， 河南 平顶山 467000） 摘要针对重庆现有某低品位高硫铝土矿矿石性质， 探索一种流程简单的选矿工艺铝土矿反浮选同步 脱硫脱硅。通过筛选， 以十六烷基三甲基溴化铵 （CTAB） 为脱硅捕收剂， 以丁基黄药为脱硫捕收剂， 通过单矿物浮 选试验初步研究矿浆中丁基黄药的存在对CTAB浮选高岭石性能的影响， 以及矿浆中CTAB的存在对丁基黄药浮 选黄铁矿性能的影响。结果表明， 在 pH5.0 时， 丁基黄药的加入增强了 CTAB 对高岭石的浮选性能， 回收率由 42.81增加到86.10； CTAB的加入增强了丁基黄药对黄铁矿的浮选效果， 回收率由83.57增加到90.12。通过 红外光谱分析研究CTAB和丁基黄药在浮选中的交互影响可知， CTAB和丁基黄药在黄铁矿表面均会发生吸附， 先 加入丁基黄药再加入 CTAB有利于黄铁矿的上浮， CTAB对黄铁矿吸附丁基黄药具有吸附增敏效应。根据单矿物 试验得到的条件， 使用上述两种药剂进行重庆某低品位高硫铝土矿同步脱硫脱硅1粗1精浮选试验， 原矿中硫品位 2.14、 氧化铝品位 55.24、 铝硅比为 3.64， 获得了精矿产率为 42.87、 硫品位为 0.21、 Al2O3品位为 63.14、 回收 率为49.00、 铝硅比为5.29的较好指标。 关键词铝土矿反浮选同步脱硫脱硅十六烷基三甲基溴化铵丁基黄药 中图分类号TD923文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -10-174-05 DOI10.19614/ki.jsks.202010021 Interaction between Synchronization Desulfurization and Desiliconization in High Sulfur Bauxite Reverse Flotation YAN Zheng1MEI Guangjun1ZHU Guobin1CHENG Qian1ZHOU Jieqiang2CHEN Shining12 （1. School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China； 2. Pingdingshan Huaxing Flotation Engineering Technology Service Co.， Ltd.， Pingdingshan 467000， China） AbstractExplore a simple beneficiation process flow for an existing low-grade bauxite ChongqingReverse Flotation synchronization desulfurization and silicon． By screening，cetyl trimethyl ammonium bromide（CTAB）is a collector desili- cation to desulfurizing butyl xanthate collector Preliminary studies by a single pulp butyl xanthate flotation tests Effect of CTAB is present in the flotation of kaolinite properties，and the effect of the presence of CTAB pulp butyl xanthate pyrite flotation perance． The results showed that，at pH5 when added butyl xanthate flotation enhanced perance of CTAB kaolinite time，increase the recovery rate of 42．81 86．10；CTAB is added to enhance the yellow iron butyl xanthate flo- tation ore recovery from the 83．57 increase to 90．12；by infrared spectroscopy study of CTAB and interaction butyl xan- thate in flotation seen，CTAB and butyl xanthate will occur in the pyrite surface adsorption，butyl xanthate was added to fa- cilitate addition of CTAB floating pyrite，pyrite adsorption butyl xanthate adsorption sensitizing effect；mINERALS the test conditions obtained using the above two agents for a Chongqing low grade bauxite synchronization desulfurization test rough- ing silicon， sulfur ore grade of 2．14，55．24 grade alumina，alumina-silica ratio was 3．64． Fine mineral was obtained in 42．87， a sulfur content of 0．21，Al2O3grade of 63．14 recovery of 49．00，aluminum-silicon ratio of 5．29 is a good in- dicator． Keywordsbauxite， reverse flotation， synchronization desilion and desulfurization， cetyl trimethyl ammonium bromide， butyl xanthate 总第 532 期 2020 年第 10 期 金属矿山 METAL MINE Series No． 532 October2020 174 铝土矿是工业上生产金属铝的最主要来源 ［1］， 拜 尔法工艺利用高铝硅比一水硬铝石型铝土矿生产氧 化铝存在着多种不利因素， 如果矿石含硅量太大、 品 位太低， 氧化铝溶出过程会造成赤泥量过大， 生产流 程无法正常运行 ［2-5］。铝土矿的预脱硅处理， 是提高 铝硅比行之有效的办法。目前， 铝土矿的正浮选工 艺已经在不少企业建成投产， 并取得不错的选矿效 果 ［6］。但铝土矿浮选采用分步脱硫脱硅工艺， 一方面 生产工艺流程比较长， 影响精矿的因素更加复杂； 另 一方面水耗、 电耗等生产成本较高。 使用铝土矿反浮选同步脱硫脱硅的方法处理高 硫铝土矿， 符合 “浮少抑多” 的原则 ［7］， 相比正浮选而 言， 既可以降低药剂的使用量， 也可以降低能耗； 相 比于分步脱硫脱硅， 流程简单。本研究通过选矿试 验初步探索一种适合处理高硫高硅铝土矿的反浮选 同步脱硫脱硅选矿工艺， 通过红外光谱分析， 研究了 丁基黄药和CTAB与铝土矿的作用机理， 并初步对实 际矿物进行了同步脱硫脱硅浮选试验， 为进一步实 现该种浮选工艺应用于高硫高硅铝土矿的开发打下 坚实基础。 1试验原料及试验方法 1. 1试验原料及设备 高岭石纯矿物取自河南某地， 矿样化学成分分 析结果见表1， 其纯度符合纯矿物试验要求。黄铁矿 纯矿物购自中华标准物质网。铝土矿矿样取自重庆 某地， 化学成分分析结果见表2。 本研究使用的仪器有 Nicolet6700型傅里叶变换 红外光谱仪， 美国热电子科学仪器公司； 真空过滤 机， 武汉洛克粉磨设备制造有限公司； 电子天平， 上 海浦春计量有限公司； DHG-9035A鼓风干燥箱， 上海 一恒科学仪器有限公司； XFGⅡ5-35G变频挂槽浮选 机， 武汉探矿机械厂。 十六烷基三甲基溴化铵和碳酸钠、 盐酸均为国 药试剂分析纯， 丁基黄药为科德化工有限公司纯度 84.5的产品。 1. 2试验方法 1. 2. 1纯矿物浮选试验 称取4.0 g试样， 将其转移至XFG浮选机容积为 40 mL的玻璃浮选槽中， 用定量的去离子水调浆， 将 矿浆质量浓度调至 10， 并保持矿浆温度为 25 ℃。 矿浆的 pH调整剂为质量分数为 5 的 HCl溶液， 捕 收剂为浓度为 1 mg/mL 的 CTAB溶液和丁基黄药溶 液。纯矿物浮选试验流程见图1。浮选结束后， 泡沫 产品和槽内产品分别过滤、 烘干、 称重、 化验， 计算回 收率。 1. 2. 2铝土矿实际矿物浮选试验 通过丁基黄药和CTAB对铝土矿实际矿物的浮 选试验， 探究铝土矿同步脱硫脱硅工艺的可行性。 根据单矿物试验得到的最佳浮选条件， 在相同条件 下对铝土矿实际矿物进行1粗1精流程选别， 以鉴别 铝土矿同步脱硫脱硅浮选试验分选指标的优劣， 同 步脱硫脱硅1粗1精浮选试验流程如图2所示。 2试验结果与讨论 2. 1CTAB和丁基黄药对高岭石浮选行为的影响 图3所示为矿浆pH值为5.0时， CTAB和丁基黄 药药剂用量对高岭石回收率影响的试验结果。 由图3可知 随着捕收剂CTAB用量的增加， 高岭 石的回收率先增加而后逐渐趋于平稳； 当捕收剂 CTAB用量从150 g/t增至250 g/t时， 高岭石的回收率 由 33.85 升高到 67.14， 回收率明显提高； 当捕收 剂CTAB的用量超过250 g/t时， 高岭石的回收率虽有 严峥等 高硫铝土矿反浮选中同步脱硫和脱硅的交互影响2020年第10期 175 起伏， 但整体趋于平稳。从图3中可以看出， 丁基黄 药对高岭石无捕收作用。 图4所示为矿浆pH值为5.0、 CTAB用量为250 g/t 时， 丁基黄药用量对高岭石回收率影响的试验结果。 由图4可知 CTAB对高岭石的回收率在丁基黄 药的作用下呈现先降低后增大的趋势； 当丁基黄药 的用量从50 g/t增加至150 g/t时， CTAB对高岭石的 回收率从59.67降至42.81； 而后随着丁基黄药用 量的增加， 高岭石的浮选回收率逐渐增大后趋于恒 定， 当丁基黄药用量为200 g/t时， CTAB对高岭石的 浮选回收率达到最大， 为86.10。 浮选试验结果表明 矿浆中丁基黄药用量为 200 g/t时， CTAB浮选高岭石与直接用CTAB浮选高 岭石 （250 g/t） 结果相比， 浮选回收率提高了18.96个 百分点， CTAB药剂用量减少了20。矿浆中存在一 定量丁基黄药时， CTAB和丁基黄药浮选高岭石效果 明显优于CTAB直接浮选高岭石。 2. 2CTAB和丁基黄药对黄铁矿浮选行为的影响 图5所示为丁基黄药用量对黄铁矿回收率影响 的试验结果。 由图5可知 随着丁基黄药用量的增加， 黄铁矿 浮选的回收率呈明显上升趋势且无较大波动， 当丁 基黄药用量从250 g/t增至1 500 g/t时， 黄铁矿的回收 率由 83.57 增加到 90.44， 黄铁矿回收率增加了 6.87个百分点。 图6所示为丁基黄药用量为250 g/t时， CTAB用 量对黄铁矿回收率影响的试验结果。 由图6可知 随着CTAB用量的增加， 黄铁矿回收 率出现先减少后增加的趋势； CTAB用量由20 g/t增 加至 75 g/t时， 黄铁矿回收率由 85.56 降至最低的 82.14； 当CTAB药剂用量从75 g/t增加至125 g/t时， 黄铁矿回收率增至最高， 为90.12。 试验结果表明 使用CTAB和丁基黄药浮选黄铁 矿与直接使用丁基黄药浮选黄铁矿得到的回收率较 接近； 与直接使用丁基黄药浮选黄铁矿相比， 使用 CTAB和丁基黄药浮选黄铁矿达到相同的回收率， 丁 基黄药用量由1 500 g/t降至250 g/t， 丁基黄药消耗量 仅为直接使用丁基黄药浮选的16.67。 2. 3CTAB和丁基黄药与矿物作用的红外光谱分析 2. 3. 1CTAB和丁基黄药与高岭石作用的红外光谱 分析 通过考察矿物表面与药剂吸附前后的红外光谱 变化情况研究捕收剂对高岭石的作用机理， 对各试 样进行红外检测， 结果见图7。 由图7可知 与CTAB作用后的高岭石红外光谱 曲线中位于2 930 cm-1附近出现了新的吸收峰， 这主 要归功于CTAB的碳链在2 849～2 958 cm-1处的CH3 和CH2反对称和对称伸缩振动的影响； 与CTAB 作用后的高岭石红外光谱曲线中位于1 480 cm-1附近 出现了新的吸收峰， 这是由于CTAB在1 487 cm-1处 的NCH3变角振动和1 361～1 473 cm-1处的CH3和 金属矿山2020年第10期总第532期 176 CH2变角振动的影响。综合分析说明CTAB捕收 剂的碳链及CH3R2R3R4N基团在高岭石纯矿物的表 面发生了吸附。另外， 从图中可以看出， 药剂的添加 顺序对高岭石的浮选可视为没有影响， 但是与单独 添加一种药剂时的红外光谱相比， 吸附了两种药剂 的高岭石红外光谱在 3 550～3 750 cm-1和 900～1 200 cm-1处吸收峰强度发生明显变化。高岭石在3 550～ 3 750 cm-1处的吸收峰强度显著减弱， 这说明高岭石 的AlOH裸露量减少， 高岭石在900～1 200 cm-1处 的吸收峰强度同样也出现了减弱的现象， 表明高岭 石纯矿物的OH 和Si O 的裸露量也在下降， 在 646 cm-1处高岭石红外光谱吸收峰强度的下降表明 有CS基团吸附在高岭石表面， 这表明两种药剂相 互协同， 促进了CTAB在高岭石表面的吸附， 这与浮 选试验效果也吻合。 2. 3. 2CTAB和丁基黄药与黄铁矿作用的红外光谱 分析 通过考察矿物表面与药剂吸附前后的红外光谱 变化情况研究捕收剂对黄铁矿的作用机理， 对各试 样进行红外检测， 结果见图8。 由图8可知 ［8-11］ 黄铁矿在加入CTAB后红外光谱 在3 436 cm-1处的吸收峰移至3 439 cm-1， 再加入丁基 黄药后黄铁矿的红外光谱的振动频率由3 439 cm-1转 移至 3 438 cm-1； 黄铁矿在加入 CTAB时红外光谱在 1 629 cm-1处出现新峰， 再加入丁基黄药后黄铁矿的 红外光谱的振动频率由1 629 cm-1转移至1 625 cm-1， 这表明丁基黄药在黄铁矿表面发生吸附， 促进了黄 铁矿的捕收。黄铁矿在加入丁基黄药后由于吸附碳 链红外光谱由3 018 cm-1处转移至3 013 cm-1处， 再加 入CTAB后黄铁矿的红外光谱由3 013cm-1处转移至 3 143 cm-1处， 这表明与丁基黄药作用过的黄铁矿对 CTAB的吸附比较明显； 黄铁矿在加入丁基黄药时红 外光谱在 1 561 cm-1和 670 cm-1处出现新峰， 再加入 CTAB后黄铁矿纯矿物的红外光谱在670 cm-1处的吸 收峰未出现明显变化， 但1 561 cm-1处未再出现吸收 峰， 说明CTAB对CS基团的影响不明显。CTAB在 黄铁矿表面的吸附强化了丁基黄药在黄铁矿表面吸 附的稳定性， CTAB对丁基黄药浮选黄铁矿具有吸附 增敏效应， 浮选效果较单独使用丁基黄药效果更好。 2. 4铝土矿实际矿物试验 根据上述单矿物浮选试验结果， 在浮选给矿的 磨矿细度为-0.074 mm含量75， 脱硫捕收剂丁基黄 药总添加量为360 g/t， 脱硅捕收剂CTAB总添加量为 300 g/t， 浮选矿浆pH值为5.0的条件下， 对铝土矿实 际矿物进行1粗1精选别试验， 铝土矿同步脱硫脱硅 1粗1精浮选试验流程见图2， 试验产品的分析结果 如表3所示。 由表3可知 通过铝土矿实际矿物同步脱硫脱硅 1 粗 1 精浮选试验， 可以得到铝硅比为 5.29， S 含量 0.21的精矿， 精矿铝硅比较原矿铝硅比提高1.65， 精矿产率为42.87。实际矿物浮选试验结果表明， 铝土矿实际矿物采用丁基黄药和十六烷基三甲基溴 化铵两种药剂进行反浮选同步脱硫脱硅试验可以得 到较好的浮选指标。精矿的回收率有待进一步提 高， 这表明使用该种工艺进行铝土矿工艺浮选生产 具有切实可行性。 3结论 （1） 丁基黄药用量为200 g/t， CTAB用量为250 g/t 严峥等 高硫铝土矿反浮选中同步脱硫和脱硅的交互影响2020年第10期 177 时， CTAB和丁基黄药浮选高岭石纯矿物的回收率为 86.10， 与使用CTAB直接浮选高岭石相比， 高岭石 回收率提高了 18.96 个百分点； 当丁基黄药用量为 250 g/t， CTAB用量为75 g/t时， CTAB和丁基黄药浮选 黄铁矿纯矿物的回收率为90.12， 与使用丁基黄药 用量为1 500 g/t浮选黄铁矿回收率相差仅为0.32个 百分点。CTAB-丁基黄药浮选黄铁矿强化了丁基黄 药在黄铁矿表面的吸附， CTAB对黄铁矿吸附丁基黄 药具有吸附增敏效应。 （2） 重庆某铝土矿原矿硫品位为2.14， 氧化铝 品位55.24， 铝硅比为3.64， 属典型低品位高硫铝土 矿， 经过最佳试验条件下一段磨矿工艺， 1粗1精浮选 工艺流程， 获得了精矿产率为 42.87、 硫品位为 0.21、 Al2O3品位为 63.14、 回收率为 49.00、 铝硅 比为5.29的浮选指标。 参 考 文 献 李好月， 李飞龚， 元翔．铝土矿市场行情分析及展望 ［J］ ．世界有 色金属， 2019 （16） 149-152． LI Haoyue，LI Feigong，YUAN Xiang． Bauxite market analysis and outlook ［J］ ． World Nonferrous Metals， 2019 （16） 149-152． 杜五星，戴惠新，翟德平，等． 高硅铝土矿选矿脱硅的研究现 状及进展 ［J］ ． 轻金属， 2016 （11） 12-17． DU Wuxing，DAI Huixin，ZHAI Deping，et al． Research status and progress in desiliconization of high-silica bauxite mineral pro- cessing ［J］ ． Light Metals， 2016 （11） 12-17． 曹世明， 章晓林， 李康康， 等． 贵州某铝土矿反浮选脱硅试验研 究 ［J］ ． 矿产保护与利用， 2013 （6） 25-28． CAO Shiming， ZHANG Xiaolin， LI Kangkang， et al． Experimental study on 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