高硫铝土矿浮选除硫及溶出性能的研究

摘要

我国铝土矿资源丰富，90％以上为高铝、低铁的一水硬铝石矿。在这些高铝、低铁的一水硬铝石矿中，有近一半的矿石因含有较高的硫元素而无法在工业上得到应用。其中高品级矿石占57.2％，中低品级矿石占42.8％。此类矿石高品位所占比例大，但需经过除硫后才能应用，因此研究合理的铝土矿除硫方法意义重大。
　　本文在查阅了大量文献的基础上，确定采用浮选法作为高硫铝土矿除硫的方法。研究了高硫铝土矿浮选除硫捕收剂优选、浮选工艺参数、浮选动力学和浮选工艺流程等方面的内容。
　　首先，研究了重庆某地区高硫铝土矿物相组成。结果表明:铝土矿主要矿相为一水硬铝石，另外还含有一定量的针铁矿、高岭石和黄铁矿，其中硫元素主要以FeS2的形式存在，其含量为2.08％。黄铁矿与一水硬铝石嵌布不均。
　　其次，采用一步粗选流程，考察了十二烷基苯磺酸钠、乙黄药、乙硫氮、丁黄药和异丁黄药对矿物中含硫矿物的捕收能力，并研究了主要参数对浮选药剂捕收能力的影响。结果表明:十二烷基苯磺酸钠对含硫矿物的捕收能力和选择性很差，不能用作高硫铝土矿浮选除硫的捕收剂;乙黄药和乙硫氮可以作为捕收剂应用到高硫铝土矿浮选除硫实验中，但是选择性和捕收能力均不如丁黄药和异丁黄药;丁黄药捕收能力强于异丁黄药，但选择性却低于异丁黄药。
　　第三，适合乙硫氮浮选除硫的工艺参数为:用量0.5 kg·t1，矿浆pH=4，矿石粒度小于0.09mm，液固比为10∶1;适合乙黄药浮选除硫的参数为:用量为0.4 kg·t-1，矿浆pH=8，矿石粒度小于0.09mm，液固比为9∶1。在上述浮选参数下，采用一粗二精二扫流程，二者均可以获得硫含量低于0.55％，氧化铝的回收率达到98％的铝土矿。
　　第四，研究了使用丁黄药和异丁黄药作为捕收剂时浮选工艺条件对浮选效果的影响，丁黄药和异丁黄药最优的浮选参数相同，均为矿浆pH=10，矿石粒度小于0.09 mm，液固比为10，黄药用量为0.16 kg·tl，浮选时间为15 min。在此参数下，采用一粗一扫的工艺流程，可以获得硫含量低于0.6％，氧化铝的回收率达到98％的铝土矿。同时得到含硫量超过20％的硫精矿。
　　第五，浮选过程动力学研究表明:丁黄药浮选动力学方程为R=R∞(1-e-kt)，其中k=2.934×10-3，此模型为经典一级浮选动力学模型;乙黄药浮选动力学方程为R=16.15t1.63/(1+0.21 t1.63)，异丁黄药的浮选动力学方程为R=52.87t0.83/(1+0.59t0.83)，式中R为脱硫率，t为浮选时间。
　　第六，浮选机理分析表明，无论是黄药类捕收剂还是硫氮类捕收剂，在浮选过程中都是发生了双聚反应，并产生了二聚物。二聚物的产生，有利于增加矿物吸附捕收剂后表面的疏水性能。浮选过程中利用CuSO4作为硫化物的活化剂。Cu2+起到活化作用的原因也是因为其促进了浮选捕收剂二聚物的生成。
　　第七，对比了原矿及浮选矿的溶出和沉降性能，结果表明:原矿和浮选矿适宜的溶出条件相同，均为石灰添加量15％、苛性碱浓度240 g·L1、溶出温度240℃、溶出时间60 min、配料分子比1.5，在此工艺条件下，原矿及浮选矿中氧化铝的相对溶出率分别为95.35％和95.03％，浮选过程基本没有影响铝土矿的溶出性能;在溶出过程中，浮选矿明显溶出后赤泥变黑的程度较原矿有所下降。赤泥沉降性能研究结果表明，浮选矿赤泥沉降性能与原矿赤泥沉降性能基本一致。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 铝的性质

1．2．1 铝的物理性质

1．2．2 铝的化学性质

1．3 铝的用途及生产

1．3．1 铝的用途

1．3．2 铝的生产

1．4 氧化铝生产

1．4．1 拜耳法

1．4．2 碱石灰烧结法

1．4．3 拜耳—烧结联合法

1．5 铝土矿资源与高硫铝土矿

1．5．1 铝土矿资源概述

1．5．2 我国铝土矿资源现状

1．5．3 我国高硫铝土矿储量情况

1．6 硫元素在溶出过程中的行为

1．7 铝土矿脱硫工艺应用现状

1．8 本文的选题意义及研究内容

1．8．1 课题的提出

1．8．2 论文研究内容

第2章 实验研究方法

2．1 实验原料

2．1．1 高硫一水硬铝石型铝土矿

2．1．2 矿物结构与可浮性

2．1．3 浮选实验药品

2．2 分析及计算方法

2．2．1 氧化铝分析

2．2．2 配矿量计算

2．2．3 溶出液分子比及氧化铝溶出率的计算

2．2．4 全硫分析

2．2．5 物相分析

2．2．6 扫描电子显微镜图

2．2．7 高压釜

2．2．8 赤泥沉降实验装置

2．3 浮选设备和流程

第3章 浮选药剂的选择研究

3．1 理论依据

3．2 浮选实验

3．2．1 矿石粒度对浮选剂浮选性能的影响

3．2．2 浮选时间对浮选药剂浮选行为的影响

3．2．3 浮选捕收剂用量对浮选行为的影响

3．2．4 液固比对浮选药剂浮选行为的影响

3．2．5 矿浆pH对浮选药剂浮选行为的影响

3．2．6 丁黄药和异丁黄药浮选的对比实验

3．2．7 其它因素对浮选药剂浮选行为的影响

3．3 小结

第4章 浮选动力学的研究

4．1 浮选动力学研究发展历程

4．2 浮选动力学理论的应用

4．2．1 浮选动力学实用性模型实例

4．2．2 应用浮选动力学解释浮选行为及浮选流程的合理性

4．2．3 浮选设备的浮选动力学研究

4．3 黄药类捕收剂浮选动力学研究

4．3．1 丁黄药浮选动力学

4．3．2 异丁黄药浮选动力学

4．3．3 乙黄药浮选动力学

4．3．4 乙硫氮浮选动力学

4．4 捕收剂浮选原理分析

4．4．1 黄药类捕收剂作用原理

4．4．2 乙硫氮浮选原理

4．5 小结

第5章 浮选工艺流程的研究

5．1 粗选工艺流程

5．2 一粗一精一扫开路流程

5．3 一粗一精一扫闭路流程

5．4 一粗二精二扫浮选流程

5．5 浮选质量指标波动的分析及保证指标的措施

5．6 小结

第6章 原矿与浮选矿溶出及赤泥沉降性能

6．1 溶出条件对铝土矿溶出性能的影响

6．1．1 溶出温度的影响

6．1．2 苛性碱浓度的影响

6．1．3 石灰添加量的影响

6．1．4 矿石粒度的影响

6．1．5 配料分子比的影响

6．2 原矿及浮选矿溶出及赤泥沉降性能研究

6．2．1 苛碱浓度对原矿及浮选矿溶出性能的影响

6．2．2 溶出温度对原矿及浮选矿溶出性能的影响

6．2．3 配料分子比对原矿及浮选矿溶出性能的影响

6．2．4 原矿及浮选矿溶出赤泥沉降性能研究

6．3 小结

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间成果

作者简介