aluminium

摘要：通过对尾矿浆物化性质的研究，查明了铝土矿正浮选尾矿浆沉降难度大的根本原因，找到了合适的尾矿浆沉降处理剂及处理方法。采用助沉剂与絮凝剂联合使用的沉降新工艺，同时利用浓密机+深锥高效沉降槽设备，使尾矿浆浓度提高到45％以上、尾矿溢流浮游物降低到lg／l以下、尾矿水可全部综合利用。

    关键词：铝土矿正浮选；尾矿浆；沉降


     自2003年底铝土矿选矿技术产业化在中国铝业中州分公司成功运行以来，设备运转正常、磨浮流程畅通，各项选矿指标逐步稳定和优化，但同时一些在铝土矿正浮选工业试验时未能得到解决的问题暴露出来，严重制约着生产的稳定运行，其中较为突出的问题是铝土矿尾矿浆的沉降及尾矿水的综合利用。

   由于铝土矿尾矿浆的粒度极细和浮选药剂的作用，导致产业化生产过程中尾矿浆的自然沉降性能极差。为了有效地进行尾矿浆的沉降分离，1999年完成的铝土矿正浮选工业试验推荐采用絮凝沉降技术进行处理，但长时间的产业化生产运行发现，添加絮凝剂虽然对尾矿浆的浓密沉降有些作用，但未能从根本上彻底解决尾矿浆的固液分离问题，尾矿浓密机溢流水(称为尾矿水)浮游物含量仍较高，在69／l以上，同时尾矿浓密机底流浓度较低，重量浓度在15％～20％左右，未能达到较好的沉降效果，因此本文对铝土矿正浮选尾矿浆沉降技术进行了研
究，找到了合适的尾矿浆沉降处理新工艺。


1  铝土矿正浮选尾矿浆的物化性质研究

1．1  铝土矿正浮选尾矿浆的矿物组成及粒度铝土矿正浮选尾矿浆的PH值、浓度、固相化学成分列于表1，固相物相组成列于表2，固相粒度分析列于表3。
  


     尾矿浆的各项物化分析结果显示，铝土矿正浮选尾矿浆为碱性，pH值9．5左右，浓度10％～15％。A／S1．5左右。尾矿主要是由高岭石、伊利石等含硅粘土矿物组成，并含有部分未分离出去的一水硬铝石。尾矿颗粒的粒度极细，平均粒径D[4，3]约15ktm，D(0．5）约5．0ttm，大于74ηm粒级含量小于5％，微细粒子中小于10ηm含量占到60％以上，小于5ttm含量更是在50％以上，尤其是小于lttm的胶体颗粒含量还有10％以上。

1．2铝土矿正浮选尾矿浆的颗粒表面荷电特性’
    采用马尔文Zeta电位一粒度测定仪测定了铝土矿正浮选尾矿浆的ξ电位，图1显示了铝土矿正浮选尾矿浆颗粒ξ电位随pH值的降低而产生的变化趋势。
   

   可见当pH值在9．45时，尾矿浆颗粒℃电位负性较高，在一30．55mV，随着pH值下降，≮电位绝对值初始急剧减小，当pH值降到8，69时，℃电位降到一18．50mV，但当pH值小于7．80后，ξ电位绝对值的降低幅度非常缓慢，变化不大，基本在一llmV左右。
   
      由于铝土矿正浮选工艺所产尾矿浆的PH值在9．5左右，因此其℃电位应为一30．55 mV左右，即铝土矿正浮选尾矿浆颗粒表面荷较强的负电。

2、铝土矿正浮选尾矿浆沉降的技术难点
    通过铝土矿正浮选尾矿物化性质的研究，铝土矿正浮选尾矿沉降脱水主要存在两个技术难点：
    (1)铝土矿正浮选尾矿含有大量极细的粘土矿物颗粒，并有部分胶体颗粒，这导致尾矿浆固体颗粒质量小、比表面积大、表面能高，沉降脱水困难。
    (2)铝土矿正浮选工艺添加浮选药剂调节矿物的表面电性，尾矿浆固液界面形成双电层，存在负性较高的1：电位，导致颗粒间静电斥力较高，尾矿浆颗粒彼此不能靠近联合，分散度极高，形成了相对稳定的悬浮液，尾矿浆浑浊，沉降难度大。
因此对于铝土矿正浮选尾矿浆沉降，要考虑同时削弱这两方面的作用，即一方面要进行电性中和，降低颗粒间的静电斥力，使双电层得到压缩，作用能减小，这可通过加入助沉剂解决，另一方面要通过桥键作用，在微粒间实现吸附架桥，形成絮团，加快沉降速度，利用吸附卷扫作用使颗粒共同沉降，这可通过加入絮凝剂解决。

3  铝土矿正浮选尾矿浆沉降技术研究

3．1  不同类型助沉剂对尾矿浆沉降效果的影响
    对尾矿浆添加了18种不同类型的助沉剂N(分别以N1、N2、N3•…••N18表示)，其中几种沉降效果较好的助沉剂在其各自用量为0．39／1时对固体浓度8．2％的尾矿浆沉降。

    可见在同样药剂用量下，尾矿浆沉降速度为N1>N5>N7，N9虽然初期沉降速度较慢，但在10分钟后速度加快，30分钟时沉降速度与N1相近。同时这几组试验的尾矿上清液都非常清澈，均小于0．2g／1。

   研究过程发现，N1、N5、N7均为无机电解质，能够在水中解离出正价电荷离子，正价电荷离子在双电层外层的扩散层中吸附，中和了尾矿浆颗粒表面的电位，随着离子浓度的增加，扩散层厚度压缩变薄，从而降低了表面℃电位，促使颗粒发生聚凝加速沉降。反离子的电荷价数和浓度愈大，则《电位降低愈厉害。相比较而言，N1的电荷价数较高，因此其电性中和效果最好，同时N1在水中还会通过水解作用，形成带有羟基的水化正离子，这些离子通过羟基架桥作用把固体微粒粘结起来，起到与高分子絮凝剂相类似的作用，进一步促进了颗粒的凝聚。


    与N1、N5、N7不同，N9为中州分公司氧化铝生产过程中的洗罐废弃物，属无机酸类，由于尾矿浆颗粒的表面电荷受矿浆pH的影响很敏感，而尾矿浆为碱性，因此通过添加N9调节pH，也能够降低矿粒表面的芑电位，促使颗粒凝聚。
   
可见，铝土矿正浮选尾矿浆沉降时，pH值的调整非常重要，当尾矿浆pH值从9．5左右降低到6．7～7．7时，助沉剂的作用效果最好。

由于N1效果最好、价格适中，N9为中州分公司生产过程的一种废弃物，以废治废符合环保原则，因此选用N1、N9作为铝土矿正浮选尾矿浆沉降的助沉剂。

3：2不同类型絮凝剂对沉降的影响
   聚丙烯酰胺是目前较好的一种有机高分子絮凝剂，其分子链中基团可在相距较远的各个固相颗粒间形成聚合物，因而能大大加速絮凝状物的形成和沉析，又因其分子量高，分子在水中的伸展度大，更利于在两个带负电胶体颗粒之间，越过其势能峰并将其桥连起来，其形成的絮凝体粗大、速率大、效果好。
   
通过对多种聚丙烯酰胺絮凝剂分子量及水解度的对比，筛选出了三种高分子絮凝剂x(分别以x1、X2、X3表示)，由于絮凝剂单独使用时，上清液非常浑浊，因此与助沉剂N1、N9联合使用，进行尾矿沉降试验，当尾矿浆固体浓度为8．2％时的试验结果。


比较沉降曲线图，能够发现在高分子絮凝剂用药量相同的情况下，x3无论是沉降速度，还是上清液澄清程度，都要优于x1和X2，而X1和X2相比，在助沉剂类型不同时，其沉降效果有优有劣，不能得出确切的比较结论，可见X3的沉降效果最好，其对助沉剂的适应性也较好。因此选定X3作为铝土矿正浮选尾矿沉降的絮凝剂。

3．3助沉剂与絮凝剂联合使用尾矿浆沉降效果比较

单独使用助沉剂．虽然能够使尾矿水非常清，但沉降速度慢，而单独使用絮凝剂，虽然能使稍大的颗粒沉降，但用量大、成本高，且上清液浑浊。助沉剂对微粒和胶体的凝聚效果好，絮凝剂对粗粒的絮凝效果好。因此采用助沉剂和絮凝剂联合使用，既能保证尾矿水的澄清度，又能保证尾矿颗粒的沉降速度。

依据助沉剂与絮凝剂的选型试验结果，考虑价格因素，并考虑处理剂对氧化铝生产过程应无不良影响，最终确定选用助沉剂N1、N9，分别与絮凝剂X3联合使用，进一步考查比较它们对8．2％浓度尾矿浆的综合沉降效果，具体结果见表5。

    可见采用N9+X3与N1+X3的尾矿浆沉降速度、压缩液固比相当。上清液浮游物均小于0．19／1，

非常清澈，都在尾矿水回用的允许范围内。
3．4尾矿浆浓度对沉降的影响
    选定了两种尾矿浆沉降加药方案，即N1+X3、N9+’X3，考查比较尾矿浆浓度分别为10％、12％、-14％、16％时的尾矿沉降效果，其结果列于图5、6、7、8。
结果表明，随着尾矿浆固体浓度的升高，由于矿浆固体含量增大、水量减少，沉降性能变差，需按固体浓度增量的比例适当增加药剂的用量，才可达到一定的沉降效果，当固体浓度升高到12％以上时，沉降效果明显降低。同时在这四种尾矿浆浓度下上清液都非常清澈，均小于0．19／1。

4  处理尾矿水回用对磨浮流程的影响研究

  采用N1+X3、N9+X3，对尾矿浆进行沉降处理，然后取所得到的水作为选矿用水，与精矿浓密机溢流水比较，考察了处理尾矿水回用对磨浮指标的影响．试验结果如表6所示。
   
试验数据表明，在同样药剂制度条件下，与采用精矿浓密机溢流水的浮选结果相比，用N1+X3处理的尾矿水对浮选指标基本无影响，N9+X3处理的尾矿水对浮选稍有影响，使得舢203总回收率降低约3．1％，但精矿质量有所提高，A／S增加1．1，采用药剂制度2可以消除其影响。可见采用N1+X3处理尾矿水对磨浮流程无不良影响，而采用N9+X3尾矿处理水需要对浮选药剂用量进行适当调整。
5  铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺工业试验

5．1铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺工业试验流程

图9铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺工业试验流程图
    Fig．9 Flow sheet of tailing slurry settlement
    after bauxite forward flotation
5．2铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺工业试验情况
   
铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺工业试验，从2004年3月开始，至2004年4月结束，为期两个月，工业试验前后其尾矿浓密机溢流水浮游物、尾矿浓密机底流浓度的变化见表7，同期选矿指标中的精矿A／S与精矿A1203回收率也列于表中，其中
    由表7可见，铝土矿正浮选尾矿浆沉降采用沉降新工艺后，尾矿浓密机溢流水浮游物大幅下降，从10 g／1降至0．7g／1左右，小于lg／1，而尾矿浓密机底流浓度大幅增加，从18％增至27％左右，大于25％。同时尾矿水返回磨浮流程，对浮选指标没有有害影响。
6铝土矿正浮选尾矿浆沉降设备的改进
  
2004年8月以后，针对尾矿浆虽然可达到较好的沉降效果，但其过滤难度非常大，尾矿浆浓度需进一步提高开展了工作，重点在于开发合适的沉降设备来最大幅度地提高尾矿浆的浓度，最终确定以深锥高效沉降槽作为尾矿二级脱水设备，形成了浓密机+深锥高效沉降槽的尾矿沉降新流程。通过一年的工业运行表明，其流程畅通，指标稳定，尾矿浆浓度提高到了45％～50％，溢流浮游物小于lg／1，同时工人劳动强度低、检修、维护工作量极少。

7  结语
   (1)铝土矿正浮选尾矿含有大量极细的粘土矿物颗粒，并有部分胶体颗粒，同时尾矿浆颗粒表面荷2004年1月～2月为采用原絮凝沉降工艺，2004年3月为采用沉降新工艺N9+X3处理尾矿浆，2004年4月为采用沉降新工艺N1+X3处理尾矿浆。较强的负电，颗粒间静电斥力较大，使得尾矿浆沉降处理难度大。
   (2)采用助沉剂与絮凝剂联合使用的沉降新工艺进行铝土矿正浮选尾矿浆沉降处理，同时利用浓密机+深锥高效沉降槽设备，可保证尾矿溢流浮游物降低到lg／1以下，尾矿浆浓度提高到45％以上，尾矿水可全部综合利用。铝土矿正浮选尾矿浆处理剂以N1+X3、N9+X3为较佳加药方案，其中N9+X3为最佳方案。
    (3)铝土矿正浮选尾矿浆沉降时药剂添加顺序、矿浆pH值、矿浆初始浓度均是控制关键。
(4)铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺，不但沉降处理效果好，还利用了氧化铝生产过程中必然产生的另一种废弃物，消除了这种废弃物对环境的污染，达到了尾矿水处理费用低和以废治废的效果，经济效益和社会效益显著。