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采用工艺先进、成本较低的拜耳法是我国氧化铝工业的发展方向。拜耳法的应用要求有高铝硅比的铝土矿原料,而我国铝土矿的铝硅比普遍偏低,因此,通过选矿脱硅提高铝土矿铝硅比具有非常重要的意义。本文在总结和分析大量国内外相关文献的基础上,围绕开发或寻找高选择性的絮凝剂,实现一水硬铝石与铝硅酸盐矿物的选择性絮凝分离,进行了较系统的试验研究。
采用沉降试验方法,详细考查了一水硬铝石、高岭石、伊利石和叶蜡石四种单矿物在不同条件下的分散行为。进行了人工混合矿和实际矿石的选择性絮凝分离试验,均取得了较为满意的结果。论文最后借助动电位测试、红外光谱、显微照相、X射线衍射等分析手段对絮凝剂与矿物之间的作用机理进行了探讨。
单矿物试验结果表明:四种矿物在强酸性条件下,均呈凝聚状态;在中等碱性或强碱性条件下,则基本处于稳定的分散状态。四种矿物的分散性顺序为:伊利石>叶蜡石>高岭石>一水硬铝石。pH值为2~12的范围内,聚丙烯酸钠对一水硬铝石表现出了较强的絮凝能力,沉降产物产率基本保持在95%以上。在pH>9.5的条件下,一水硬铝石与硅酸盐矿物间的沉降产物产率差值大于60%。这说明聚丙烯酸钠在pH>9.5的条件下可能实现铝土矿的铝硅选择性絮凝分离。聚丙烯酰胺类絮凝剂对一水硬铝石具有很强的絮凝能力,但阴离子型的选择性相对较差。三种有机小分子药剂中,顺丁烯二酸酐对一水硬铝石的絮凝能力稍强,且选择性较好的pH范围相对较宽。金属离子对四种矿物的分散行为有不同程度的影响,且随离子价态增加,表现出的凝聚作用增强。
分别采用聚丙烯酸钠、顺丁烯二酸酐作絮凝剂,以Na<,2>CO<,3>和NaOH作调整剂,进行了人工混合矿和实际矿石的絮凝分离试验。结果表明,聚丙烯酸钠的指标优于顺丁烯二酸酐,且Na<,2>CO<,3>作调整剂的效果优于NaOH。对含一水硬铝石80%、伊利石10%、叶蜡石10%三种矿物的人工混合矿,原矿铝硅比为5.86,含Al<,2>O<,3>69.61%,SiO<,2>11.88%,采用聚丙烯酸钠2.5mg/L为絮凝剂,Na<,2>CO<,3>调节pH 9.6左右,絮凝分离沉降产物产率达到70%,SiO<,2>含量降低至7.4%,铝硅比接近9。对含一水硬铝石78%、伊利石9%、叶蜡石9%、高岭石4%四种矿物的人工混合矿,原矿铝硅比为5.64,含Al<,2>O<,3>69.08%,SiO<,2>12.25%,采用聚丙烯酸钠2.5mg/L为絮凝剂,Na<,2>CO<,3>调节pH为10左右时,絮凝分离沉降产物产率达到80%,SiO<,2>含量降低至7.9%左右,其铝硅比可从5.64提高至8.5以上。对河南A/S5.6左右的铝土矿实际矿石,以聚丙烯酸钠为选择性絮凝剂,碳酸钠为矿浆分散剂,在pH值9.5~10范围内,聚丙烯酸钠用量为7g/t,Na<,2>CO<,3>用量5kg/t时,经3次选择性絮凝分离,可以取得精矿A/S为8.9,Al<,2>O<,3>回收率86.98%的良好指标。机理研究分析表明:一水硬铝石被破碎磨细时,表面暴露有大量的Al-O键和Al-OH键,易与阴离子型的药剂发生静电及吸附作用,而铝硅酸盐矿物表面暴露的Al-O键和Al-OH键却少得多。电位分析测试表明,与聚丙烯酸钠作用后,一水硬铝石的电位偏移最大,等电点由6偏移至4附近,表明聚丙烯酸钠在其表面吸附较多。红外光谱分析显示聚丙烯酸钠与一水硬铝石作用后,在1640cm<-1>处产生新峰,与聚丙烯酸钠跟Al<3+>作用时在1624cm<-1>处生成的新峰相对应,表明聚丙烯酸钠在一水硬铝石表面发生化学吸附并生成了新的物质。XRD分析显示实际矿石分离后的尾矿中一水硬铝石的峰值强度明显降低,而高岭石、叶蜡石、伊利石的峰值则相对增强不少,表明其中一水硬铝石的含量显著减少,三种硅酸盐矿物得到了明显的富集。这些证明了聚丙烯酸钠具有对铝土矿选择性絮凝分离的良好性能。