不同磨礦方式對球磨機中礦相性能的影響

不同磨礦方式對球磨機中礦相性能的影響

鋁土礦是鋁行業(yè)的主要原料。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，世界鋁產(chǎn)量不斷提高。近年來，中國的鋁工業(yè)發(fā)展迅速，成為美國、俄羅斯和加拿大的主要鋁生產(chǎn)大國，但中國的鋁需求迅速增加，需要大量進口。截止到1997年,我國累計進口鋁678.89萬t,占我國鋁消費量的30%。因而,我國十分重視鋁土礦資源的開發(fā)利用,在“九五”攻關(guān)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目中均有鋁土礦選礦、鋁硅分離的研究課題。我國鋁土礦資源豐富,礦石以一水硬鋁石型為主,三水鋁石很少。我國一水硬鋁石型鋁土礦特點是:鋁高硅高,鋁硅比低,氧化鐵含量一般也較低。全國鋁硅比在4~7之間的鋁土礦約占總儲量的60%。因而,鋁硅分離,提高鋁硅比是我國鋁土礦選礦的重點。有關(guān)鋁土礦選礦脫硅技術(shù)的研究較多,常見的選礦脫硅法有:選擇性碎解、洗選-篩分流程、選擇性絮凝、浮選法和化學(xué)選礦脫硅法等[3~5],其中研究較多的是浮選法脫硅,而且近兩年來,正浮選脫硅取得了一定的突破。但是,從鋁土礦選礦的研究報道來看,鋁土礦浮選一般要求磨礦細(xì)度在-200目80%~90%以上,這就要求對礦石進行細(xì)磨,因而其能耗很高;同時,鋁土礦是極易泥化的礦種之一,細(xì)磨時產(chǎn)生的大量礦泥會惡化浮選的作業(yè)環(huán)境,影響選別指標(biāo),造成金屬流失;再者,細(xì)磨使選別精礦脫水困難,而鋁土礦精礦所帶的水分在拜耳法溶出階段須以蒸發(fā)方式除去,這會導(dǎo)致氧化鋁生產(chǎn)的能耗和成本增加。我國鋁土礦中一水硬鋁石為主要含鋁礦物,其硬度為6.5~7;主要含硅礦物為高嶺石、伊利石、葉臘石等,它們的硬度都小于3;所以,含鋁礦物與含硅礦物之間存在著明顯的硬度差。同時,一水硬鋁石主要含硅礦物高嶺石的-200目級別的生成速率相差較大,即礦物之間存在著天然可磨性的差異。因而,利用著這種差異,通過磨礦過程工藝參數(shù)的優(yōu)化與調(diào)整,強化磨礦過程的選擇性是可行的。本研究擬利用含鋁礦物與含硅礦物之間可磨性的差異,對鋁土礦進行選擇性磨礦的研究,強化不同礦物在磨礦過程中的選擇性碎解,以期實現(xiàn)一水硬鋁石和含硅礦物在盡可能粗的磨礦粒度下選擇性解離,使Al2O3的粗粒級富集,SiO2在細(xì)粒級富集,這樣可通過粒度分級實現(xiàn)分選,得到部分高鋁硅比的粗粒級產(chǎn)品,細(xì)粒級進入浮選,從而避免了鋁土礦的泥化,而且使浮選所要處理的物料量減少。所以,本研究對鋁土礦的選礦及氧化鋁的生產(chǎn)都具有重要意義。1研磨試驗1.1西鋁礦和河南城鋁礦針對我國鋁土礦的資源特點,磨礦試驗采取了兩種典型的鋁硅比為5~6的鋁土礦,礦樣取自山西孝義鋁礦和河南長城鋁業(yè)公司。由于所取的礦樣粒度較粗,難以達到試驗用磨礦設(shè)備的給料粒度要求,故需要對所取的礦樣進行處理。將所取的兩種鋁土礦礦樣分別進行篩分、顎式粗碎和對輥粉礦,使其粒度達到3.5mm以下,粉碎后的試樣分別進行混勻和分裝,供磨礦試驗使用。1.2量粘土、褐鐵、紅鐵礦、石英山西鋁土礦中主要礦物為一水硬鋁石和高嶺石,其次有少量粘土、褐鐵礦、赤鐵礦及石英等。河南鋁土礦中主要含鋁礦物為一水硬鋁石,其他礦物主要有高嶺石、伊利石、葉蠟石、針鐵礦和赤鐵礦等。它們的化學(xué)分析結(jié)果見表1。1.3球磨機的選擇性磨礦試驗粉磨試驗使用的磨機為實驗室>305×305mm邦德功指數(shù)球磨機,充填率40%,料球比1.2。為了全面考察鋁土礦在球磨機中的選擇性磨礦效果,試驗中采用了三種形狀的磨礦介質(zhì),即球形介質(zhì)、柱球介質(zhì)和柱形介質(zhì)。磨礦方式為批次干式磨礦。對每次的磨礦產(chǎn)品進行了干濕聯(lián)合粒度分析,將各粒級的產(chǎn)品用立式圓盤粉碎機磨碎制樣后,分別化驗分析其Al2O3與SiO2的含量,分析其選擇性磨礦的效果。2磨礦介質(zhì)形狀對粉碎規(guī)律的影響利用>305×305mm球磨機分別對兩種鋁土礦進行不同時間的批次粉磨試驗,所采取的磨礦介質(zhì)形狀為球形、柱球和柱形三種。用-200目含量表示的三種磨礦介質(zhì)條件下的粉碎規(guī)律見圖1、2。由圖2、3可見,可對兩種鋁土礦來說,磨礦介質(zhì)的形狀對鋁土礦粉碎速率有著明顯的影響;相對而言,介質(zhì)形狀對河南鋁土礦的磨礦效率的影響稍小。三種形狀磨礦介質(zhì)的磨礦效率由高到低依次為球形介質(zhì)、柱球介質(zhì)和柱形介質(zhì)。對于河南、山西鋁土礦,其規(guī)律基本相同。同時,兩種礦樣相比,河南鋁土礦-200目生成曲線的斜率較小,因而河南鋁土礦較難磨,達到相同的磨礦細(xì)度,需要的磨礦時間比山西鋁土礦長。3粒度對鋁硅比及al2o3累積回收率的影響對于由一種以上礦物組成的礦石來說,各種礦物機械強度的差異會導(dǎo)致其粉碎行為的不同,使磨礦過程表現(xiàn)出一定的選擇性:機械強度大的礦物,難破碎,粉碎速率慢;機械強度小的礦物,容易破碎,粉碎速率快。各種礦物粒子粉碎速率的不同必然導(dǎo)致最終磨礦產(chǎn)品中各種礦物粒子粒度的差異:機械強度小的礦物粒子因粉碎速率快而粒度細(xì),在細(xì)粒級發(fā)生富集;機械強度大的礦物粒子因粉碎速率慢而粒度粗,在粗粒級發(fā)生富集。通過對磨礦過程的調(diào)節(jié),可以強化或弱化選擇性磨碎作用。經(jīng)實驗室顎式破碎機和對輥破碎機粉碎的磨礦給料粒度組成和成分分布見表2。從粒度組成上來看,河南鋁土礦比山西鋁土礦的粒度要細(xì)一些,共-200目含量比山西鋁土礦高5%。從成分分布上來看,隨著粒度的減小,各料級中Al2O3含量逐漸降低,而SiO2的含量則逐漸升高,鋁硅比值減小,這說明在礦石的粗破碎過程中,鋁土礦中一水硬鋁石和主要含硅礦物選擇性碎解作用就已經(jīng)存在,鋁在粗粒級中富集,硅在細(xì)粒級中富集。因而,在磨礦階段應(yīng)充分利用這一特性,強化磨礦過程的選擇性。利用>305×305mm球磨機,采用球形、柱球和柱形三種形狀的磨礦介質(zhì)進行了鋁土礦選擇性磨礦試驗。選擇性磨礦產(chǎn)品各粒級的化驗分析結(jié)果表明:對于兩種鋁土礦來說,其粉磨產(chǎn)品中各粒級的Al2O3含量基本上均隨粒度增大而增加,+0.28mm級別Al2O3含量基本上在70%以上;SiO2含量則隨粒度的減小而增加,其中-0.010mm級別SiO2含量增加明顯,河南鋁土礦該級別SiO2含量達到17%以上;鋁硅比隨粒度增大而變大,這說明兩種鋁土礦在粉磨過程中均產(chǎn)生選擇性碎解作用,這為通過選擇性磨礦,按粒度分級,提高鋁硅比,從而實現(xiàn)鋁硅分離提供了可能。對于河南鋁土礦樣采用三種形狀介質(zhì)時,各粒級鋁硅比值鋁硅比均隨粒度增大而變大,其變化幅度很大,為3~13;其中采用柱球介質(zhì)磨礦時,鋁硅比的差別最大,其次為球形介質(zhì)和柱形介質(zhì)。山西鋁土礦樣各粒級鋁硅比值的變化規(guī)律與河南鋁土礦相同,但是其變化幅度較小,在4~8之間,因而,選擇性磨礦效果較河南鋁土礦差;三種形狀介質(zhì)的粉磨產(chǎn)品中鋁硅比變化情形基本相同,其中采用球形介質(zhì)磨礦時,選擇性磨礦效果稍好。上述磨礦條件下的粉磨產(chǎn)品中各粒級正累積鋁硅比、Al2O3累積回收率與粒度的變化關(guān)系見圖3、4。由圖3可知,對于球磨來說,無論采用何種形狀的介質(zhì),均可以在一定的粒度范圍內(nèi)實現(xiàn)河南鋁土礦鋁硅分離的目的,但鋁硅比值越高,則Al2O3的回收率越低,因而通過粒度分選實現(xiàn)鋁硅分離要綜合考慮鋁硅比的提高幅度和Al2O3的回收率。例如,當(dāng)要求的鋁硅比大于9時,采用球磨機磨礦時,對于三種介質(zhì)形狀的粉磨產(chǎn)品,按0.25mm進行分級時,則得到的合格產(chǎn)品的回收率在30%以上。由圖4可知,盡管山西鋁土礦在磨礦過程中也存在一定的選擇性碎解作用,但是三種形狀介質(zhì)的粉磨產(chǎn)品的鋁硅比差別均較小,難以通過粒度分級實現(xiàn)鋁硅分離,這有待于進一步的研究。4選擇性磨礦試驗的結(jié)果分析(1)鋁土礦的選擇性碎解普遍存在,即使在粗破碎階段也存在,但是對于不同的礦石,其選擇性碎解的程度不同,因而需要對鋁土礦選擇性磨礦方式和磨礦工藝進行系統(tǒng)研究,從而強調(diào)化磨礦過程的選擇性。(2)選擇性磨礦試驗表明,鋁土礦中氧化鋁在粗粒級發(fā)生富集,硅在細(xì)粒級發(fā)生富集,鋁硅比隨粒度增大而變大,這為通過選擇性磨礦,按粒度分級,實現(xiàn)鋁硅分離提供了可能。(3)河南鋁土礦樣的選擇性磨礦效果較好;在磨礦細(xì)度為-200目占50%左右時,無論采用哪種形狀的介質(zhì),均可以在一定的粒度范圍內(nèi)實現(xiàn)鋁硅分離的目的;按鋁硅比大于9估算,粗粒級精礦可得到30%以上的回收率;采用柱球介質(zhì)的選擇性磨礦效果好于球形介質(zhì)和柱形介質(zhì)。(4)對兩種鋁土礦來說,三種形狀磨礦介質(zhì)球磨的磨礦效率由高到低依次為球形介質(zhì)、柱球介質(zhì)和柱形介質(zhì),但介質(zhì)形狀對河南鋁土礦的磨礦效率的影響較小;河南鋁土礦較山西鋁土礦難磨。(5)從選擇性磨礦的試驗的初步結(jié)果來看