选矿回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究.pdf

中图分类号婴窆2 3 U D C 鱼2 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 5 三3 密级公五 选矿回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 S t u d y O i lt h eI m p a c to fF l o c c u l a n t si nBa c k w a t e ro n B a u x i t eF l o t a t i o n 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 论文答辩日期圣型丝兰a 常白勇 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 冯其明教授 答辩委员会主席魁 中南大学 2 0 1 4 年5 月 万方数据 学位论文原创性声明 Y I I I l 2 I6 I I l 8 I1 1 9 1 1 1 I1 4I1 4I I I 本人郑重声明，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教育机构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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名堂鱼复日期丝』5 [ 年』月望日 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中南大学有关保留、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学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名壹鱼复 日期型址年- 兰月盈日 导师签名 日期到生年』月曼日 万方数据 硕士学位论文摘要 选矿回水中絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究 摘要聚丙烯酰胺常用做助滤助沉剂以加速铝土矿浮选尾矿的沉降浓 缩。当聚丙烯酰胺随回水返回至铝土矿浮选系统时，会对铝土矿的浮 选产生严重影响。本论文采用多种测试技术，结合理论分析和实验研 究，考察了聚丙烯酰胺对铝、硅矿物可浮性的影响，对其影响机制进 行了细致的研究，并在此基础上探索降低聚丙烯酰胺对铝土矿浮选影 响的途径。论文主要研究内容与创新成果如下 考察了聚丙烯酰胺对铝土矿浮选的影响聚丙烯酰胺能够抑制铝、硅 矿物的浮选，降低捕收剂对铝、硅矿物分选的选择性。单矿物实验表 明，当聚丙烯酰胺浓度达到一定值时，将降低一水硬铝石和高岭石的 可浮性。由现场生产数据及实际矿石浮选试验可知，随着回水中絮凝 剂浓度的增大，精矿A 1 2 0 3 回收率及铝硅比均逐渐降低。 研究了聚丙烯酰胺对铝土矿浮选的影响机制聚丙烯酰胺在铝、 硅矿物表面的吸附将妨碍捕收剂在矿物表面的作用，其对一水硬铝石 和高岭石的絮凝作用缺乏选择性。由Z e t a 电位测定结果可知，聚丙 烯酰胺和油酸钠能够使铝、硅矿物表面Z e t a 电位降低，表明聚丙烯 酰胺在铝、硅矿物表面吸附后，增大油酸钠在矿物表面作用时的静电 斥力，不利于油酸钠的作用。浊度试验和激光粒度测定结果则表明， 聚丙烯酰胺对一水硬铝石和高岭石均具有较强的絮凝作用。 针对聚丙烯酰胺的影响机制，提出三种途径降低其对铝土矿浮选 的影响①增强对目的矿物的捕收。增大捕收剂用量可增大目的矿物 的回收率；②破坏聚丙烯酰胺对铝、硅矿物的絮凝。加入六偏磷酸钠 或增强搅拌，可使被聚丙烯酰胺絮凝的矿物颗粒重新分散；③降低回 水中聚丙烯酰胺的浓度。降低回水返回比例后，铝土矿浮选指标得到 显著改善。 论文中共含图3 8 幅，表1 7 个，参考文献7 2 篇。 关键词铝土矿浮选；回水；聚丙烯酰胺；絮凝；分散 分类号T D 9 2 3 万方数据 硕l j 学位论文 A b s t r a c t S t u d yo nt h eI m p a c to fF l o c c u l a n t si nB a c k w a t e r o nB a u x i t e F l o t a t i o n A b s t r a c t P o l y a c r y l a m i d e Ⅳ蝴 i sc o m m o n l yu s e d a sf l o c c u l a n t st o a c c e l e r a t et h es e t t l i n go fb a u x i t ef l o t a t i o nt a i l i n g s ．f 饧e nP A Mr e t u r n st o t h ef l o t a t i o np r o c e s sw i t hb a c k w a t e r , i tw i l lh a v ea l la d v e r s ei m p a c to n b a u x i t ef l o t a t i o n ．T h i sd i s s e r t a t i o nh a sc o n d u c t e dad e t a i l e ds t u d yo n t h e i m p a c to fP A Mo nb a u x i t ef l o t a t i o na n di t s m e c h a n i s mt h r o u g h d i f f e r e n tk i n d so ft e s t i n gt e c h n o l o g y , c o m b i n e dw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i s a n df l o t a t i o n e x p e r i m e n t s ．T h em a i n c o n t e n t sa n di n n o v a t i o n sa s f o l l o w i n g s T h ei m p a c to fP A Mo nb a u x i t ef o t a t i o nw a si n v e s t i g a t e d P A Mw i l l d e p r e s st h ef l o t a t i o no fd i a s p o r ea n dk a o l i n i t ea n dr e d u c et h e i rs e p a r a t i o n e f 五c i e n c y ．S i n g l e m i n e r a lf l o t a t i o nt e s t si n d i c a t et h a tw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fP f 6 Mi n c r e a s e st oac e r t a i nv a l u e 。i tw i l lr e d u c et h e f l o t a b i l i t yo fd i a s p o r ea n dk a o l i n i t e ．F r o mp r o d u c t i o nd a t aa n dp r a c t i c a l m i n e r a lf l o t a t i o nt e s t sw e k n o wt h a tb a c k w a t e rw i l ld e c r e a s et h er e c o v e r y o f A l 2 0 3a n dm a s sr a t i oo f A l 2 0 3t oS i 0 2 ． T h ei n f l u e n c em e c h a n i s mo fR ～Mo nb a u x i t ef l o t a t i o nw a ss t u d i e d t h ea d s o r p t i o no fR ～Mo nt h es u r f a c e so fd i a s p o r ea n dk a o l i n i t ew i l l h i n d e rt h er e a c t i o n so fc o l l e c t o r so nm i n e r a l ’Ss u r f a c e ．I na d d i t i o n ，P _ 6 M h a ss t r o n gf l o c c u l a t i o ne f f e c to nd i a s p o r ea n dk a o l i n i t ew h i c hi Sn o t s e l e c t i v ee n o u g h ．F r o mZ e t ap o t e n t i a lt e s t sw ek n o wt h a tb o 也P A Ma n d N a O Lc o u l dd e c r e a s et h eZ e t ap o t e n t i a lo fm i n e r a l s ，w h i c hm e a n st h a tt h e a d s o r p t i o no fP A Mw i l li n c r e a s et h ee l e c t r o s t a t i cr e p u l s i o no fN a O L s r e a c t i o n sa n di Sb a df o rt h er e a c t i o no fN a 0 L ．T u r b i d i t yt e s t sa n dl a s e r p a r t i c l es i z ea n a l y s i ss h o wt h a tR 6 州h a ss t r o n gf l o c c u l a t i o ne f f e c to n b o t hd i a s p o r ea n dk a o l i n i t e ． A i m i n ga tt h em e c h a n i s mo fP A Mr e a c t i o n s ，t h ed i s s e r t a t i o np u t s f o r w a r dt h r e es o l u t i o n st or e d u c et h ei m p a c to fP A Mo nb a u x i t ef l o t a t i o n ． T h ef i r s ts o l u t i o ni St os t r e n g t h e nt h ec o l l e c t i n go fv a l u a b l em i n e r a l ．T h e i n c r e a s eo fc o l l e c t o r s ’d o s a g ec o u l di m p r o v et h er e c o v e r yo fv a l u a b l e m i n e r a l ．T h es e c o n ds o l u t i o ni St od e s t r u c tt h ef l o c c u l a t i o no f 洲o n d i a s p o r e a n dk a o l i n i t i c ．T h e a d d i n g o fS H M [ Pa n d a p p r o x i m a t e I I I 万方数据 硕士学位论文A b s t m e t s t r e n g t h e n i n go fs t i r r i n ge f f e c t c o u l dm a k em i n e r a lp a r t i c l e sf l o c c u l a t e d b yP A M s c a t t e r e d a g a i n ．T h e t h i r ds o l u t i o ni st od e c r e a s et h e c o n c e n t r a t i o no fP A Mi nb a c k w a t e r ．R e s u l t so ff l o t a t i o na r ei m p r o v e d a f t e rd e c r e a s i n gt h er a t i oo fb a c k w a t e r ． T h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e s 3 8g r a p h sa n d17 t a b l e sa n d7 2r e f e r e n c e s ， K e y w o r d s b a u x i t e f l o t a t i o n ； b a c k w a t e r ；p o l y a c r y l a m i d e ； n o c c u l a t i o n ；d i s p e r s i o n ． C i a s s i f i c a t i o n T D 9 2 3 ． 万方数据 硕士学位论文目录 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 1 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 铝土矿资源概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．1 铝的性质及用途⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 中国铝土矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．3 铝土矿选矿脱硅方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 选矿废水处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．1 选矿废水的来源及危害⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 ．2 工业水处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 聚丙烯酰胺的研究与应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．1 聚丙烯酰胺的分类和性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3 ．2 聚丙烯酰胺在工业中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．4 高分子有机絮凝剂的作用机理及对浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 1 ．4 ．1 絮凝过程及机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 1 ．4 ．2 高分子浮选药剂对浮选的影响机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 1 ．5 研究的意义和内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 1 ．5 ．1 研究目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 1 ．5 ．2 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 实验研究材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．1 矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．1 ．1 单矿物矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．1 ．2 实际矿石矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．2 实验药剂与仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．3 ．1 浮选实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 ．2 矿物表观粒径测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 ．3 矿物表面动电位测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 ．4 矿浆浊度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 聚丙烯酰胺对铝、硅矿物可浮性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．1 矿物的晶体结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 3 ．1 ．1 一水硬铝石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．1 ．2 高岭石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 V 万方数据 硕士学位论文目录 3 ．2 铝、硅矿物的基本浮选行为⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．3 聚丙烯酰胺对铝、硅矿物浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 5 3 ．3 ．1 聚丙烯酰胺用量对铝、硅矿物可浮性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 ．2p H 值对聚丙烯酰胺作用效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．3 ．3 捕收剂用量对聚丙烯酰胺作用效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 ．4 捕收剂加药顺序对聚丙烯酰胺作用效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．5 六偏磷酸钠对聚丙烯酰胺作用效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．6 搅拌时间对聚丙烯酰胺作用效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 4 聚丙烯酰胺对铝、硅矿物浮选的影响机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 浮选药剂在矿物表面作用时的相互影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 l 4 ．1 ．1 浮选药剂对矿物表面Z e t a 电位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 4 ．1 ．2 六偏磷酸钠对聚丙烯酰胺在矿物表面作用的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．3 调整剂对捕收剂在矿物表面作用时的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 铝、硅矿物的聚集与分散⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 5 4 ．2 ．1 调整剂对铝、硅矿物聚集分散行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2 ．2 搅拌作用对铝、硅矿物分散行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 聚丙烯酰胺对铝土矿实际矿石浮选的影响及解决途径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 5 ．1 实际矿石矿物组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 5 ．2 生产回水的产生及对铝土矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．3 聚丙烯酰胺对铝土矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．3 ．1 聚丙烯酰胺对铝土矿实际矿石的絮凝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．3 ．2 聚丙烯酰胺浓度对铝土矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．4 降低聚丙烯酰胺对铝土矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．4 ．1 增强对目的矿物的捕收⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．4 ．2 破坏聚丙烯酰胺对铝、硅矿物的絮凝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．4 ．3 降低回水中絮凝剂的浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 6 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 攻读硕士学位期间的主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 V I 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 1 文献综述 1 ．1 铝土矿资源概述 1 ．1 ．1 铝的- 陛质及用途 铝，元素符号A l ，在元素周期表中排第1 3 位，第三主族元素，地壳中的 含量仅次于氧和硅，约占8 ％。由于铝的化学性质活泼，极易发生氧化，在自 然界中很少以单质形式存在，大部分为氧化物、氢氧化物及铝硅酸盐矿物。1 8 5 4 年，法国化学家德维尔用氧化能力更强的金属钠从氯化铝中首次制取较纯的铝。 铝是银白色金属，质轻，比重为2 ．7 ，约为一般金属的1 ／3 左右，具有良好 的导热导电性能，仅次于银、金和铜，居第四位。纯铝性软且延展性极好，通 过添加金属元素如铜、镁、锰、铬、锡、铁等，可加工成硬质合金。铝合金被 广泛的用于国民经济生产各个部门，如建筑、包装和交通运输等，其消费约占 总消费量的6 0 ％左右。 世界上的铝的生产集中于美国、加拿大、中国、澳大利亚、俄罗斯、巴西 等国，上列国家的铝产量占世界总产量的6 0 ％左右，我国铝产量常年排世界第 三。铝的主要消费国为美国、日本、中国、德国、法国等，我国的铝消费量仅 次于美国和日本。 1 ．1 ．2 中国铝土矿资源概况 中国铝土矿资源比较丰富，储量仅次于澳大利亚、几内亚、巴西和牙买加 等国，居世界第五位。截止2 0 0 9 年底，全国探明铝土矿储量达到3 2 ．0 3 亿吨， 基础储量8 ．3 9 亿吨，储量5 ．0 8 亿吨。储量比2 0 0 8 年减少4 ．1 0 ％，基础储量和 探明资源量分别增加1 4 ．1 6 ％矛n5 ．6 5 ％。铝土矿资源在全国1 9 个省区均有分布， 其中主要集中在贵州、河南、广西、山西四省份。这四个省份查明的资源储量 占全国的8 9 ．6 9 ％。【1 1 以下四方面为我国铝土矿资源的主要特点【2 3 】 1 一水硬铝石型铝土矿占我国铝土矿资源总量的9 9 ％。根据成矿原因又 可分为沉积型铝土矿和堆积型铝土矿，在铝土矿总储量中所占的比例分别为 8 9 ．9 ％和8 ．5 ％。此外，尚有少量的三水铝石型铝土矿，主要为红土型铝土矿， 约占总储量的1 ．6 ％。 万方数据 硕I ‘学位论文1 文献综述 2 铝土矿矿物组成复杂。一水型铝土矿中以一水硬铝石为主，包含少量 杂质矿物，如高岭石、叶蜡石、伊利石、绿泥石、石英等含硅矿物，赤铁矿、 褐铁矿等含铁矿物，以及锐钛矿、金红石等含钛矿物。此外，矿物堪布关系较 为复杂，一水硬铝石和高岭石等含硅矿物彼此镶嵌紧密，较难解离。三水型铝 土矿中以三水铝石为主，还包含少量的一水硬铝石、高岭石和赤铁矿等。 3 我国铝土矿具有明显的高铝、高硅、低铁的特点。截至2 0 0 0 年时， 山西、河南等7 个省区的铝土矿储量约占我国铝土矿总储量的9 6 ％，共有矿区 2 5 5 个，矿石平均品位为A 1 2 0 36 1 ．9 9 ％，S i 0 21 0 ．4 0 ％，F e 2 0 37 ．7 3 ％，矿石平均 铝硅比仅为5 ．6 9 。在全国，有近一半储量的铝土矿铝硅比为4 到6 表1 ．1 。 1 4 l 4 铝土矿质量较差，加工困难。矿石难熔，需加温加压方能溶出。其中 一水型铝土矿铝硅比偏低，适用于烧结法或联合法生产；三水型铝土矿铝硅比 较高，平均为9 ．4 3 ，可直接用拜耳法生产。 表1 - 1 不同铝硅比的铝土矿矿区数及储量比例【6 1 1 垒 婪旦竺 竺垒P 1 2 P 2 壁1 2 竺2 1 璺 堡里 垒垒Q 21 2 塑垒垩箜i 垡i 21 垒旦兰垡翌i 翌 锅硅比 1 09 - i 07 - 96 - 74 - 6 4 合计 1 ．1 ．3 铝土矿选矿脱硅方法 国内外氧化铝的生产主要采用三种方法拜耳法、烧结法和联合法，不同 的生产方法对原料的要求也不相同。一般情况下，拜耳法要求原料的铝硅比大 于8 一1 0 ，联合法要求5 7 ，烧结法要求3 _ 5 1 5 1 。使用烧结法或联合法生产氧化铝 的能耗是拜耳法能耗的2 到4 倍。目前我国大部分铝土矿资源难以直接采用拜 耳法生产氧化铝，因此开发适合我国铝土矿资源特点的铝土矿脱硅新方法、新 工艺，对于提高铝土矿资源的利用率，降低氧化铝生产能耗具有重要意义。 选矿脱硅处理铝土矿的方法较多，根据作用原理的不同，主要分为三大类 化学选矿脱硅、物理选矿脱硅和生物选矿脱硅。其中物理选矿脱硅研究最多， 应用最广，主要包括选择性磨矿、洗矿、浮选、选择性絮凝等。其中，浮选法 脱硅根据泡沫产品的不同，又可分为正浮选和反浮选。 1 化学选矿脱硅应用对象主要为难处理铝土矿，这类矿石的嵌布粒 度较细，高岭石等铝硅酸盐矿物常以微晶集合体形式产出，与铝矿物紧密共生。 1 6 ] 通过焙烧等高温处理后，矿石中的铝硅酸盐矿物如高岭石、叶蜡石、伊利石 等在一定温度下转化成活性较高的无定形S i 0 2 ，可在较低温度下与苛性碱反应 ’ 万方数据 硕士学位论文 I 文献综述 溶解于稀碱溶液中，从而实现与一水硬铝石的分离。该方法脱除的仅是高岭石 晶格中的硅，而矿石中原来已经存在的0 【．S i 0 2 则不能被脱除。【7 1 显然，化学法 脱硅的实质是使铝硅酸盐矿物晶格中含有的活性较低的硅在高温下活化，发生 固相反应，变成可溶于碱的活性硅后去除，即热化学活化脱硅。【8 】 化学选矿脱硅的优点是能同时回收一水硬铝石和铝硅酸盐矿物中的A 1 2 0 3 ， A 1 2 0 3 的总回收率较高；此外，矿石中含有的大部分碳酸盐、有机物和硫等杂 质，经高温焙烧后均被清除，对后续的拜耳法生产工艺有利。不足之处在于脱 硅过程中使用了较高浓度的碱夜，浸出液液固比大 约5 1 0 ，物料流量大， 苛性碱消耗高；此外，流程较为复杂，焙烧制度要求严格，能耗也较高。[ 9 1 2 生物选矿脱硅其实质是利用异养微生物，将硅酸盐和铝硅酸盐矿 物分解，如将高岭石分解为可溶的S i 0 2 和不可溶的A 1 2 0 3 ，从而实现铝硅分离。 【lo 】这种方法基本不会对环境造成污染，且可以得到较高的生产指标，其不足之 处在于目前的研究尚未取得令人满意的分离指标，仍存在反应速度慢，浸出条 件苛刻等问题。生物选矿脱硅是一种有前途的脱硅方法，尤其在环境意识越来 越强的2 1 世纪。 3 物理选矿脱硅是在不破坏矿物晶体结构的前提下，以天然矿物形 态将含硅矿物脱除。根据选矿方法的不同，又可分为沈矿、选择性碎解、重选、 选择性絮凝和光电选矿等。一水硬铝石和铝硅酸盐矿物的密度差异小而硬度差 异大，因而其磨矿产品常呈两极分化，一水硬铝石在粗粒级富集，铝硅酸盐矿 物在细粒级富集。因此认为，一水硬铝石可以以富集合体的形式与含硅矿物解 离，使铝土矿的碎解具有选择性，“选择性磨矿一分级”技术便是对这一特性的 直接应用。矿石的碎解选择性主要受矿物晶体结构影响，从而导致不同晶体结 构的铝土矿碎解特性不同。⋯】浮选法因为具备脱硅效果好、流程简单、成本低 等优点，在工业中应用较广。 正浮选是采用阴离子捕收剂如油酸等使一水硬铝石或三水铝石表面疏水 上浮，利用调整剂如六偏磷酸钠、水玻璃等抑制铝硅酸盐脉石矿物的上浮。阴 离子捕收剂主要通过离子键或氢键作用吸附在铝、硅矿物表面，其中离子键的 形成意味着捕收剂的官能团能够与A l 发生化学键合，因而具有一定的选择性。 由于晶体结构和A 1 2 0 3 含量的不同，一水硬铝石表面的铝离子丰度远大于铝硅 酸盐矿物，这也是实现铝、硅矿物高效分离的重要依据。 合适的药剂制度是确保高效浮选的关键，在铝土矿浮选脱硅的工艺研究中， 高效浮选药剂的研发一直具有重要的地位。对铝土矿浮选脱硅捕收剂的研究表 明，脂肪酸类捕收剂如塔尔油、油酸、氧化石蜡皂等对一水硬铝石的捕收效果 好，较小的用量下即可实现一水硬铝石与铝硅酸盐矿物的分离。其他常用的捕 万方数据 硕士学位论文I 文献综述 收剂还包括中性油、十二烷基苯磺酸钠、7 3 3 、R A - 3 1 5 和苯乙烯酸等。此外， 中南大学还研制了K L 和R L 捕收剂，北矿院研制了B J ．4 2 2 ，在工业试验中获 得了很好的选别指标。铝土矿浮选脱硅常用的调整剂则包括碳酸钠、氟硅酸钠、 六偏磷酸钠、改性淀粉等。温英【12 J 等针对阳泉一水硬铝石．高岭石型铝土矿的 浮选，研究了多种类型的捕收剂和调整剂，结果表明调整剂以六偏磷酸钠 苛 性淀粉的抑制作用最强。梁爱珍【13 J 关于用腐殖酸铵作为铝土矿浮选调整剂的研 究表明，腐殖酸铵能够大大提高一水硬铝石的浮选速度，减少一水硬铝石在尾 矿中的损失。 国外对铝土矿浮选的研究主要集中在三水铝石方面，早在2 0 世纪三四十 年代，美国就用正浮选处理过某地的铝土矿，铝硅比为3 8 的原矿经正浮选处 理后可得到铝硅比为1 0 ．1 9 的精矿，但回收率较低。7 0 年代时针对某三水型铝 土矿，使用机油、油酸、塔尔油的混合物作为捕收剂，硅酸钠和六偏磷酸钠作 为调整剂，在保证精矿铝硅比的同时依旧存在回收率低的问题。国内的铝土矿 浮选则主要针对一水硬铝石型铝土矿，其中中南大学于2 0 0 3 年提出的“选择性 磨矿．聚团浮选技术在中州铝厂的“选矿一拜耳法”氧化铝生产线上取得成功应 用。该方法充分利用了一水硬铝石型铝土矿的选择性碎解，使磨矿产品中的粗 粒级部分铝硅比增高，并作为精矿提前分出，采用“选择性聚团一浮选”技术处 理余下的细粒级矿物，有效的改善了铝硅分离和粗粒级矿物的回收。 铝土矿反浮选脱硅是采用阳离子捕收剂浮选高岭石等铝硅酸盐矿物，利用 调整剂抑制一水硬铝石。与正浮选相比具有以下特点捕收剂为阳离子类，药 剂用量小，精矿产率低，易于脱水；当铝硅酸盐矿物达到浮选要求的粒级时， 一水硬铝石仍然较粗，易于实现铝土矿的粗磨磨矿的能耗和精矿含水量可显 著降低。 1 ，2 选矿废水处理 1 ．2 ．1 选矿废水的来源及危害 水是人类及其他生物赖以生存的生命之源，同时也是国民经济发展必不可 少的资源。据联合国世界资源研究所统计当前全球水的总储量约为1 ．4 1 0 亿立方米，其中咸水占9 7 ．3 ％，淡水只占2 ．7 ％。有限的淡水中，冰川、冰盖等 难以利用的水资源占7 7 ．2 ％，深层地下水占2 2 ．4 ％，仅有剩余的O ．4 ％的淡水分 布在湖泊、河流与大气中，共计4 0 万亿立方米的水供人类与其他生物使用。 我国水资源总量约为2 ．8 万亿立方米，人均占有量仅为世界的1 ／4 ，在世界上排 4 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 名1 1 0 位，是一个水资源严重短缺的国家。[ 1 4 , 1 5 , 1 6 】 矿业作为为国民经济发展提供原材料的基础工业，在国民经济中占据重要地位。 矿业的发展需要消耗大量的水，而选矿作为矿业生产中一个重要环节，生产过 程中还会产生大量的废水，据统计，选矿工业是我国产生工业废水最多的行业 之一。[ 1 7 1 选矿废水产生于选矿作业的各个阶段，从矿石的破碎、磨矿，到之后的选 别作业以及精矿和尾矿的脱水等，都会产生大量的废水。 矿石 ④ 图1 ．1 选矿作业流程 F i g ．1 - 1P r o c e s so f M i n e r a lP r o c e s s i n g 矿石进行浮选分离时，往往需要依据矿物的种类和特点添加各种选矿药剂， 如浮选硫化矿时需要添加黄药、黑药等硫化矿捕收剂，浮选氧化矿则需添加油 酸 钠 、氧化石蜡皂等氧化矿捕收剂，有时还需要加入调整剂调整矿浆p H 值 或是抑制脉石矿物上浮。因此选矿废水一般具有以下特点I ls 】①有毒有害成分 高，如重金属离子含量超标；②废水排放量大，浮选每吨矿石需耗水4 ．7 立方 米，重选每吨矿石耗水2 0 ．2 6 立方米；③废水中药剂种类复杂多变，不同的矿 石在浮选时需要加入的药剂也不同。 选矿废水的危害主要来自其较高的p H 值、重金属离子及浮选时添加的药 剂。高p H 值可引起水体碱性的增强以及土壤的盐碱化，当水体p H 值较高时， 会对植物形成直接的伤害。选矿废水中的主要污染物及其危害如表1 ．2 。I l 9 J 表1 ．2 选矿废水中主要污染物的危害 T a b l e1 2H a r mo fm a i np o l l u t i o ni nm i n e r a lp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r 污染物种类危害 恶化水体环境，阻碍鱼类的呼吸作用 影响藻类的光合作用 悬浮物 作为灌溉用水时引起土壤板结 细菌和病毒的载体 万方数据 硕士学位论文 I 文献综述 续表1 2 黄药 刺激性气味，嗅味阀为0 ．0 0 5 m g ／L ，使水质变臭 使水体中鱼虾的肉质变差 抑制中枢神经系统 使人体的肝脏和肾脏发生病变 黑药 硫化氢臭昧 酚、磷等污染物的主要来源 氰化物 硫化物 剧毒物质 可导致组织缺氧中毒 酸性条件下可生产H 2 s ，具有臭鸡蛋气味 生成的C S 2 易挥发，可导致精神性疾病的发生 妨碍生物大分子的生物技能．改变生物大分子具有活性部位的机构取代 重金属离子 生物大分子的必要元素．引发多种人体疾病 如水俣病 1 ．2 ．2 工业水处理 如前文所述，矿山废水是一个混合体系，其中囊括了各种类型的污染物。 针对不同的污染物，往往需要采取不同的方法，例如对于废水中的悬浮物可采 取混凝、沉淀法去除，对于重金属离子可采用调节p H 值共沉淀法、硫化物沉 淀法、螯合树脂吸附法或膜交换法去除，对于黄药、黑药等浮选残留药剂则可 采用铁盐混凝沉淀法、氧化降解法或人工湿地技术。0 9 1 中和法即通过向酸性废水中添加中和剂，使废水中的重金属离子与O H ’ 反应，生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐沉淀，从而达到净化污水的目的。常 用的中和剂为石灰乳和石灰，包括直接投加石灰法、石灰石中和滚筒法和升流 式变滤速膨胀中和法3 种工艺流程。中南大学的郑雅洁、彭映林1 2 0 J 等，先用石 灰将废水p H 调节至5 ，然后用N a O H 二段中和，将p H 调节至l O ．2 0 ，在保证 足够的曝气流量和反应时间时，可将废水中9 9 ．7 ％以上的F e 、M n 、Z n 去除， 废水中金属离子残余浓度均能够满足国家规定的污水排放标准 G B 8 9 7 8 ．1 9 9 6 。 膜分离法是一种利用膜对混合物中不同组分的选择性渗透使不同组分分 离的新方法，具体可分为超滤、微滤、渗透挥发和反渗透等。与传统分离方法 如萃取、蒸发、混凝、沉淀等 相比，具有效率高、能耗低、投资小、污染 轻、工艺简单的特点，在污水处理领域发展迅速。但廉价、性能齐全的膜制备 工艺不成熟以及膜污染等问题仍然制约膜分离技术的广泛应用。【2 1 1 硫化物沉淀法通过向废水中投加硫化钠等硫化剂，使废水中的重金属离 子与其发生反应，生成难溶于水的硫化物沉淀，从而实现将重金属离子从废水 6 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 中去除的目的。[ 2 2 , 2 3 1 常用的硫化剂包括硫化钠、硫氢化钠、硫化氢、硫化钙和 硫化亚铁等。硫化物沉淀法具有沉淀完全、沉淀物易浮和同时沉淀多种重金属 离子的优点。但由于其处理费用较高、易造成二次污染等缺点，目前应用并不 广泛。 生物法利用微生物的自身同化作用，将废水中的有机物降解为无机物。 与传统的物理法和化学法处理废水相比，生物法具有经济高效、p H 值和温度 适用范围广、成本低且无二次污染等优点。依据