堆积型铝土矿选择性解离-浮选脱硅理论与工艺研究

摘要

我国广西、云南等地区赋存有丰富的堆积型铝土矿，目前单纯以洗矿作为脱硅手段，与之相关的选别技术研究甚少。本文以云南文山堆积型铝土矿为研究对象开展选矿脱硅的理论与工艺研究，以矿石的结构构造为基础，借助镜下观察、X射线衍射分析、EDS能谱分析，研究了碎解过程中铝硅矿物的走向及碎解产品各粒级中铝硅矿物的解离特性，并通过红外光谱分析、动电位分析、吸附量测试和粒度分析等手段，考查了堆积型铝土矿组成矿物的可浮性及其机理，进而开发了“堆积型铝土矿选择性解离-聚团浮选”工艺原型。主要研究内容及结果如下：
　　 1.堆积型铝土矿矿石性质
　　 堆积型铝土矿以沉积型铝土矿为矿源，经长期的岩溶作用和改造作用而形成。堆积型铝土矿中，铝、硅、铁为主要元素，相应主要赋存于一水硬铝石、高岭石和褐铁矿等矿物中，具有高铝、高硅、高铁、低硫的特点。铝硅矿物的嵌布特征存在差异，相对高岭石集合体，一水硬铝石集合体嵌布粒度较粗，硬度较大。
　　 结构致密的堆积型铝土矿矿石铝含量高，结构疏松的矿石铝含量低。堆积型铝土矿中，粗粒级铝硅比明显高于细粒级。
　　 2.堆积型铝土矿的选择性解离
　　 矿粉胶结型与粘土胶结型两种堆积型铝土矿矿石在磨矿过程中选择性解离现象明显，铝矿物在粗粒级中富集，解离程度的提高有利于提高粗粒级的铝硅比。
　　 对于铝硅比较低的原矿，破碎后直接分级所得粗粒产品难以满足拜耳法氧化铝生产要求。当磨矿细度为－0.074mm含量50～55％时，两种矿样＋0.074mm粒级产品中铝硅比均在9以上，满足拜耳法对铝土矿精矿的要求，铝回收率为40～50％。磨矿细度的增加有利于提高粗粒级的铝硅比，但铝矿物在粗粒级中的回收率降低。
　　 结合镜下观察、X射线衍射分析、EDS能谱分析，磨矿后粗粒级单体解离度较高，一水硬铝石主要与铁矿物共生，细粒级虽然铝硅比较低，但仍有大量一水硬铝石富连生体存在，且铝矿物与硅矿物之间基本实现解离。
　　 3.堆积型铝土矿组成矿物的可浮性
　　 堆积型铝土矿中一水硬铝石和高岭石的可浮性与沉积型矿床中相近；pH为6～9是两种矿物可浮性较好的pH区间，在此pH范围内，一水硬铝石的可浮性好于高岭石；＋0.038mm各粒级的一水硬铝石可浮性较好，－0.038mm粒级可浮性差；一定用量的铝离子和铁离子对一水硬铝石的浮选有活化作用。
　　 油酸钠可在一水硬铝石表面发生化学作用生成油酸铝，且油酸钠在一水硬铝石表面的吸附量是在高岭石表面的两倍以上，从而造成两种矿物的可浮性差异。适量的活化剂TK可使细粒级一水硬铝石产生选择性疏水聚团，提高矿物回收率。六偏磷酸钠的加入可增大一水硬铝石和高岭石的可浮性差异，且其在矿物表面的吸附可增大动电位负值，有利于矿泥的分散从而优化浮选过程。
　　 4.堆积型铝土矿的浮选脱硅
　　 文山铝土矿可以采用浮选方法实现选矿脱硅。由于堆积型铝土矿中存在大量矿泥，对矿浆的强化分散和对细粒铝矿物的选择性活化是堆积型铝土矿浮选脱硅的关键。采用高效活化剂TK进行堆积型铝土矿的活化浮选，可以在不降低精矿铝硅比的前提下大幅提高铝回收率。
　　 针对云南文山堆积型铝土矿，“选择性解离-聚团浮选”流程可取得明显优于洗矿工艺的选别效果。该工艺可由铝硅比5.97的原矿，得到铝硅比11.30的精矿，全流程A12O3回收率达到81％。
　　 5.“洗矿-拜耳法”和“选矿-拜耳法”两种流程技术经济对比
　　 采用本研究开发的“选择性解离-聚团浮选”技术作为选矿工艺，可形成堆积型铝土矿生产氧化铝的“选矿-拜耳法”流程。对云南文山800kt/a氧化铝厂从采矿至氧化铝生产全过程的有限因素进行技术经济对比分析和社会效益对比分析表明，“选矿-拜耳法”流程与“洗矿-拜耳法”流程相比，每年可节约成本/增加利税总额1.15亿元，显著提高项目的盈利能力和抗风险能力；且由于大幅提高了资源利用效率，在现有探明储量基础上，可将文山州资源保障年限由50年延长至99年。因此，该技术为云南省铝工业的可持续发展和持续带动当地经济社会进步创造了良好的条件，具有良好的推广应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 铝土矿资源及矿床类型

1.1.1 国内外铝土矿资源分布及特点

1.1.2 铝土矿的矿床成因及类型

1.2 我国铝工业

1.2.1 氧化铝生产工艺

1.2.2 我国铝工业发展与现状

1.2.3 我国氧化铝脱硅的必要性

1.3 铝土矿脱硅研究现状

1.3.1 铝土矿脱硅方法

1.3.2 铝土矿的选择性碎解

1.3.3 铝土矿浮选脱硅

1.3.4 铝土矿的洗矿脱硅

1.4 论文研究的目的与意义

第二章 研究方案、方法与试样

2.1 研究方案

2.2 试样

2.2.1 单矿物试样

2.2.2 实际矿石矿样

2.3 药剂和仪器

2.4 试验研究方法

2.4.1 浮选试验

2.4.2 矿石碎解行为研究

2.4.3 镜下分析及能谱分析

2.4.4 粒度分析

2.4.5 吸附量分析

2.4.6 动电位分析

2.4.7 红外光谱分析

第三章 文山堆积型铝土矿的矿石性质

3.1 堆积型铝土矿的成矿过程

3.2 文山堆积型铝土矿矿石的结构构造

3.2.1 原矿胶结类型

3.2.2 矿石类型

3.2.3 矿石的结构

3.2.4 矿石的构造

3.3 文山堆积型铝土矿矿石物质成分及赋存规律

3.3.1 化学组成

3.3.2 矿物组成

3.3.3 铝硅元素的赋存状态

3.3.4 主要矿物特征

3.4 文山堆积型铝土矿的粒度组成

3.5 本章小结

第四章 堆积型铝土矿的碎解行为

4.1 破碎对铝硅矿物在各粒级分布规律的影响

4.2 磨矿对铝硅矿物在各粒级分布规律的影响

4.2.1 磨矿细度对磨矿产品粒度分布的影响

4.2.2 磨矿细度对磨矿产品的铝硅比的影响

4.2.3 磨矿细度对磨矿产品铝分布率的影响

4.2.4 不同磨矿细度下铝硅矿物在粗细粒中的分布

4.3 铝硅矿物在碎解产品各粒级的走向

4.3.1 磨矿产品各粒级的化学成分

4.3.2 磨矿产品各粒级的矿物组成

4.3.3 铝硅矿物在碎解产品中的解离特性

4.4 本章小结

第五章 堆积型铝土矿组成矿物的浮选行为

5.1 铝土矿组成矿物的浮选行为

5.1.1 堆积型铝土矿组成矿物的可浮性

5.1.2 粒度对一水硬铝石可浮性的影响

5.1.3 金属离子对一水硬铝石可浮性的影响

5.1.4 六偏磷酸钠对一水硬铝石和高岭石可浮性的影响

5.2 捕收剂在矿物表面的作用机理研究

5.2.1 油酸钠的溶液化学

5.2.2 油酸钠在矿物表面的吸附

5.3 调整剂在矿物表面的作用机理

5.3.1 金属离子影响矿物可浮性机理

5.3.2 六偏磷酸钠影响矿物可浮性机理

5.4 新型活化剂TK对一水硬铝石浮选分离的影响

5.4.1 活化剂TK对铝硅矿物浮选的影响

5.4.2 六偏磷酸钠对铝硅矿物浮选的影响

5.4.3 活化剂TK对一水硬铝石的选择性聚团作用

5.5 本章小结

第六章 堆积型铝土矿浮选脱硅工艺

6.1 堆积型铝土矿浮选药剂制度的优化

6.1.1 沉积型铝土矿浮选药剂制度的适用性

6.1.2 组合捕收剂的强化捕收

6.1.3 高效活化剂TK的活化作用

6.2 磨矿细度对堆积型铝土矿浮选脱硅的影响

6.3 堆积型铝土矿的选择性解离-聚团浮选

6.4 本章小结

第七章 两种方案的技术经济对比分析

7.1 分析计算的依据

7.1.1 现有设计指标

7.1.2 选矿脱硅试验指标

7.1.3 比较指标的选择

7.2 技术经济比较

7.3 社会效益与应用前景分析

7.4 本章小结

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果