山西某地铝土矿选择性絮凝试验研究.pdf

2 0 1 3 年第4 期有色金属 选矿部分 2 7 d o i 1 0 3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 0 8 山西某地铝土矿选择性絮凝试验研究 李荣改1 ，一，宋翔宇1 ，一，徐靖1 ，一，李志伟1 ，一，冯艳丽1 ，2 1 ．河南省岩石矿物测试中心，郑州4 5 0 0 1 2 ；2 ．河南省矿物加工与生物选矿工程 技术研究中心，郑州4 5 0 0 1 2 摘要针对山西某铝土矿的矿石特性，采用选择性絮凝的方法，应用不同种类絮凝剂，进行了一水硬铝石与其它黏 土矿物的分离研究。结果表明，在磨矿细度为一7 4pm 占9 0 ％、P Hl O 、多聚磷酸钠用量为5 ．0k 趴、阴离子型聚丙烯酰胺 6 3 0 1 6 用量为5 矾条件下，可以获得铝硅比为6 ．1 2 ，A 1 2 0 ，回收率为9 0 ．1 5 ％的铝土矿精矿。 关键词铝土矿；钙离子；分散；选择性絮凝；铝硅比 中图分类号1 D 9 2 3 i 3 ；1 D 9 5 2 ．5文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 4 瑚2 7 0 4 S t u d y 蚰S d ∞廿v en o c c u l a 6 0 nT e s to fB 舢瞄t eo f 鼬咖崾i ⅡR o 嘲口妒，J s 仞岷x z 鲫鲫1 1 1 一，删次耐一，Ⅱ历主u 删1 ’- ，姗‰酽 g I ．R D 积仍t d 施n e m Z2 1 e S t ￡叼c e n 6 e ro 厂H 9 胍nm l ，i n c e ，Z k 哪z b u4 5 0 们2 ，C h i n n ； 2 ．日r e n 伽E 吲n e 】酬叼R ∞m r c hC e ，l 衙。厂施嗍ZA D 0 哪{ 叼肌d 蚴椭e 施，l e 脚 P r D c 脚t 叼，孙啷矶D u4 5 0 D I ．8 ，观t 觚 A b s t n 吣t B 鹊e do nt h ep r o p e r t yo fb a u 【i t eo fS h a n x i ，t h em e t } l o do fs e l e c t i v en o c c u l a t i o np r 0 H c e s sw 鹊 a d o p t e dt os e p a I ．a t ec l a ya n ds l i m e sf 壬o mb a u x i t eb yu s i n gd i f l - e r e n tk i n d so fn o c c u l a n t ． I tw a ss h o w e dt h a t u n d e rt h ec o n d i t i o no fg r i n d i n gf i n e n e s so f9 0 ％b e l o w7 4 斗m ， p Hl O ，s o d i u mp o l y p h o s p h a ￡e a n da n i o n i c p o l y a c r y l a I I l i d e6 3 0 1 6d o s a g eb e i n g5 ．0k 砂a J l d5 趴r e s p e c t i v e l y ，b a u x i t ec o n c e n 舰t ec o u l do b t a i n e d 埘t h A 届r a t i o6 ．1 2 矾dr e c o v e r yo f9 0 ．1 5 ％A 1 2 0 3 ． K e y 、阳r d s b a u 】【i t e ；c a l c i u mi o n ；d i s p e r s i o n ；s e l e c t i v en o c c u l a t i o n ；s i l i c aa l u m i n am t i o 山西铝土矿赋存于石岩系中统本溪组的中下 部，分布广泛并且相对集中，资源储量丰富，其矿 床 点 主要分布在孝义、交口、汾阳、阳泉、盂 县、宁武、原平、兴县、保德、平陆等5 大片4 2 个县境内，面积约6 ．7 万k m 2 ，探明铝土矿储量， 居全国第一，该区的资源总量估计可达2 0 亿t ， 主要为一水硬铝石型铝土矿，具有高铝、高硅、低 铝硅比和低铁的特点[ 1 ] 。由于铝土矿中一水硬铝石 和含硅矿物的可磨性存在较大的差别[ 2 ] ，导致磨矿 过程中极易产生泥化现象，细粒级具有质量小、比 表面积大等特点，容易导致浮选速度变慢，选择性 表l T a b l e1 变坏，回收率降低，浮选指标明显下降[ 3 ] 。近年来 选择性絮凝工艺开始应用于微细粒物料的分选，并 且取得了不错的效果。因此以山西某地的铝土矿为 原料进行选择性絮凝试验研究。 1 矿石性质 该矿石属沉积型一水硬铝石铝土矿，矿石中的 有用矿物主要为一水硬铝石和一水软铝石，脉石矿 物主要为高岭石、伊利石、赤铁矿、针铁矿和锐钛 矿等。原矿化学成分分析结果见表l 。由表l 可知 原矿铝硅比4 ．8 2 。 原矿化学成分分析结果 C h e I I l i c a la I l a l y s i sr e s u l t so fm n o f 二I I l i n eo r e ／％ 元素A l 如3S i 0 2F e 2 0 ，T i 0 2 C rC a 0C u№ KS M 9 0 P b 6 3 ．3 21 3 ．1 58 ．4 52 ．1 1 O ．0 10 ．2 7O ．0 0 30 ．0 72 ．3O ．5 10 ．0 7 70 ．0 0 8 择喜品羿；挚集盏8 吾易8 一 ，女，’黏I 晶嚣亡1 蠢墅 1 1 主程师，主要从事矿产加工与综合利用研究。作者简介李荣改 1 9 7 8 一 ，女，河北邢台人，硕士，工程师，主要从事矿产加工与综合利用研究。 万方数据 2 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第4 期 2 选择性絮凝试验研究 选择性絮凝是在中低速搅拌条件下，添加适宜 的p H 调整剂和脉石矿物分散剂，使矿浆处于良好 的分散状态，然后再添加适量的选择性絮凝剂，使 目的矿物选择性絮凝成团，而脉石矿物仍处于分散 状态，再根据矿石的性质辅以各种不同的分离方 法，从而实现絮团与脉石矿物的分离⋯] 。按照如 图l 所示流程进行选择性絮凝试验，每次试验称 取5 0g 矿样，磨矿细度为一7 4 卜m 粒级占9 0 ％。 将磨细后的矿浆倒入沉降桶内，调节矿浆浓度为 1 0 ％。搅拌5I I l i n 后加入一定量的分散剂和絮凝剂 加人分散剂后的搅拌速度为19 9 2r ，n i n ，加入絮 凝剂后的搅拌速度为4 0 0r ，I I l i n ，再搅拌后静止沉 降1 5I I l i n ，采用虹吸的方法抽出上部悬浮液。将 抽出的矿泥和沉降的矿砂分别过滤烘干称重，并化 验分析。 原矿5 0g 精矿 图l 选择性絮凝试验流程 F i g ．1 n o w s h e e to fs e l e c t i v en o c c u l a t i o n 2 ．1 不同水质对絮凝分离效果的影响 选择性絮凝工艺受众多工艺参数的影响，尤其 是水质的影响十分显著，硬水介质中的钙镁离子是 影响不同矿物间团聚与分离的重要因素之一[ 6 ] 。 由于郑州地区生产用水中钙镁离子的含量达到1 0 0 m g ，L ，这将对铝土矿选择性絮凝分离过程造成显著 的影响，故用生产用水和蒸馏水进行对比试验，矿 石分选条件见表2 ，试验结果见表3 。由表中的结 果可知，在生产用水 含钙镁离子1 0 0m 扎 体 系下，试验中加人多聚磷酸钠作为软水剂，铝土矿 选择性絮凝脱硅可以得到较好的指标，精矿铝硅比 为5 ．9 4 ，A 1 2 0 3 回收率为8 1 ．1 2 ％。 表2矿石分选条件 r I 址l e2C o n d i t i o n so fo r es e p a r a t i o n 编号水硬度， m g L _ 1 药剂及用量／ g ．t _ 1 表3不同水质试验结果 T a h l e3R e s u l t so fd i 珏e r e n tw a t e rq u a l i t y 编号銮器鞣产靴羔器胴 2 ．2 絮凝剂种类对絮凝分离效果的影响 絮凝剂是选择性絮凝工艺中最重要的因素。不 同的絮凝剂絮凝效果不尽相同，因此采用不同的药 剂作为絮凝剂进行选择性絮凝试验。不同絮凝剂产 品说明见表4 。其结果见图2 。 1 0 0 9 5 9 0 冰 舞8 5 蔷8 0 囊7 5 7 0 6 5 6 0 7 ．0 6 ．5 6 ．0 _ 制 5 ．5 职 潞 5 ．O 蜒 4 ．5 4 ．O O12 345 67 8 91 01 11 2 1 3 1 41 5 1 6 1 71 8 1 92 0 絮凝剂编号 图2 不同种类絮凝剂试验结果 F i g ．2 R e s u l t so fd i f f b r e n tk i n d so fn o c c u l a n t st e s t 由图2 可知阴离子型聚丙烯酰胺6 0 5 0 8 、 6 0 7 1 2 、6 0 7 1 4 、6 1 4 1 8 、6 2 4 1 4 絮凝作用较强但选择 万方数据 2 0 1 3 年第4 期李荣改等山西某地铝土矿选择性絮凝试验研究 2 9 名称6 0 5 0 86 0 7 1 26 0 7 1 46 1 4 1 86 2 4 1 46 2 7 1 26 3 0 1 66 2 7 1 87 0 0 0 67 0 0 0 87 0 0 1 07 0 0 1 28 1 2 1 28 2 4 1 28 3 9 0 78 4 8 0 78 5 6 1 08 6 6 1 0 羧甲基纤维素 备注1 1 8 号均为聚丙烯酰胺类絮凝剂。 性较差；阴离子型聚丙烯酰胺6 2 7 1 2 、6 3 0 1 6 、 6 2 7 1 8 和非离子型聚丙烯酰胺7 0 0 0 6 、7 0 0 0 8 、 7 0 0 1 0 、7 0 0 1 2 絮凝作用中等，其中6 3 0 1 6 选择性 较好，其他的选择性均不理想；阳离子型聚丙烯酰 胺8 1 2 1 2 、8 2 4 1 2 、8 3 9 0 7 、8 4 8 0 7 、8 5 6 1 0 和8 6 6 1 0 选择性絮凝作用很差。羧甲基纤维素絮凝能力较强 但选择性较差。故选用阴离子型聚丙烯酰胺6 3 0 1 6 为该矿的絮凝剂，此时精矿中A 1 2 0 ，回收率为 9 2 ．0 2 ％，铝硅比为5 ．6 1 。 2 ．3 矿浆p H 对絮凝分离效果的影响 矿浆p H 的变化会影响矿物的表面性质 如表 面电性等 ，从而影响矿物颗粒间的分散和凝聚行 为。p H 值对选择性絮凝效果影响见图3 。由图可 知，在p H1 0 时铝土矿选择性絮凝效果较好。此 时A 1 2 0 3 回收率为8 8 ．2 3 ％，铝硅比为5 ．7 9 。 羞 制 跟 b 冀 堡 褂 擎 回 路 话 婆 p H 图3 不同p H 试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fd i H - e I ．e n tp Hv a l u e st e s t 2 ．4 多聚磷酸钠用量对絮凝分离效果韵影响 由前面的不同水质试验可知，多聚磷酸钠对钙 镁离子具有良好的络合能力，同时它是磷酸盐聚合 结构，具有一定的空间位阻，对细粒矿物有一定的 分散作用。故在试验用水为自来水 钙镁离子为 1 0 0m g 几 的条件下进行多聚磷酸钠用量试验。试 验结果见图4 。由图4 可知，随着多聚磷酸钠用 量逐渐增加，一水硬铝石逐渐由聚沉转变为分散状 态。但多聚磷酸钠用量为5 ．0k 趴时，选择性絮凝 效果较好。此时精矿铝硅比为5 ．7 4 ，A l O ，回收率 为8 8 ．3 4 ％。 丑 榭 职 堡 瓣 娶 回 跟 多聚磷酸钠用量， k g t 4 图4 多聚磷酸钠用量试验结果 F i g ．4 R e s u l t so fs o d i u mp o l y p h o s p h a t ed o s a g et e s t 2 ．5 絮凝剂6 3 0 1 6 用量对絮凝分离效果的影响 聚丙烯酰胺是氧化铝工业中常用的高分子絮凝 剂，也是实现一水硬铝石型铝土矿选择性絮凝分离 较为有效的絮凝剂之一。按照如图1 所示流程进 行阴离子型聚丙烯酰胺6 3 0 1 6 用量试验，试验结果 见图5 。由图可知，当6 3 0 1 6 用量为5 趴时，该 铝土矿选择性絮凝效果较好，此时，精矿中A 1 2 0 ， 回收率为9 0 ．1 5 ％，铝硅比为6 ．1 2 ，尾矿产率为 1 3 ．8 2 ％，铝硅比1 ．9 2 ，A 1 2 0 3 回收率为9 ．8 5 ％。 丑 制 路 6 3 0 1 6 用量， g ‘t 。 锤 图56 3 0 1 6 用量试验缮果 F i g ．5 R e s u l t so f6 3 0 1 6d o s a g et e s t 3 结论 堡 静 娶 凰 跟 1 该矿石为山西某地沉积型一水硬铝石铝土 矿，主要矿物组分为一水硬铝石和高岭石。 2 选择性絮凝试验研究表明，在磨矿细度为 一7 4 斗m 粒级占9 0 ％时，试验用水为自来水，p H1 0 ， 多聚磷酸钠用量为5 ．0k 鲈，阴离子型聚丙烯酰胺 下转第5 l 页 帅鼯跖钳跎舳弛％M记加 8 7 6 5 4 3 2 l 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 砌％s鼹斛胁；2记 O 8 6 4 2 0 8 6 6 5 5 5 5 5 4 4 万方数据 2 0 1 3 年第4 期张应强等非磁性矿粒在磁流体静力分选中的力学模型 5 1 的，且磁场梯度是在竖直方向上，故磁场梯度可表 示为粤，z 为竖直方向上以磁流体下平面为起始 参考点的高度距离。因此式 6 可变换为 肚 唑粤粤 p 。 g y 。删E 7 g d Z 当非磁性矿粒处于悬停位置时候有肚O ，则有 出擎卫警 p 。 g E 甲毋y 。，对该式化简和积分处 理后可以得到 彳 警等 式 8 中，H 。为起始参考点的磁场强度，吼 为矿粒悬停处的磁场强度。在磁流体静力分选时， 当磁流体选用类型定下后，磁流体密度p m 、体积 磁化率‰、真空磁导率m 即为定值，由式 8 表 明，增大磁场强度日和磁场梯度V 日可以有效增 大各密度非磁性矿粒的分层高度，从实践上和磁场 理论来分析，这两个参数的优化选取难度较大，由 于磁极的长度有限，难以忽略其边缘效应，磁场总 会发生一定程度的畸变，解决此难题，其中最核心 的部分即是磁极形状的设计研究，目前学术界对双 曲线形和楔形磁极有较深入的研究与探索[ 0 | 。理 论上，当磁场强度足够，梯度和磁流体特性较好的 情况下，任何密度的非磁陛矿粒均可悬浮在磁流体 中，通过简单的机械结构即可实现矿物分离。 3 结论 本文从建立力学模型角度，对非磁性矿粒在磁 流体中的运动状态进行了较为详细的解析，在此基 础上得出磁流体静力分选力学模型。在实际情况 下，非磁性矿粒在磁流体中的受力情况是较为复杂 的，本文在某些受力情况分析求解时进行了假设或 理想化处理，从中得出最基础的理论知识，为后续 开发研究提供理论支撑点。 参考文献 [ 1 ] 郭铁梁，李海宝．磁流体静力选矿中非磁性矿粒的磁浮 力分析[ J ] 。金属矿山，2 0 0 9 4 3 5 3 9 ． [ 2 ] 崔商哲．浅谈磁流体静力分选技术[ J ] ．有色冶金， 2 0 0 9 ，2 5 1 2 2 _ 2 5 ． [ 3 ] 刘桂雄，蒲尧萍，许晨．磁流体浸没物磁场力分析及磁 浮特性[ J ] ．功能材料，2 0 0 7 ，3 8 3 1 2 3 4 - 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