浮选法脱除电解铝渣炭质试验研究

第42卷第3期非金属矿Vol.42 No.3 2019年5月 Non-Metallic Mines May, 2019

目前全世界的金属铝工业生产仍在沿用一百多年历史的Hall-Heroult原理，即冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝[1]。电解铝渣是工业生产过程中在铝电解槽里产生的废弃渣。电解过程中萤石、冰晶石等助熔剂在高温条件下，与电解槽阴极炭块直接接触发生热力学作用、物理机械冲蚀作用、电解质渗透引起熔盐反应、电化学反应而生成的松散状灰渣[2]。近几年我国已成为世界铝产业大国，随着铝工业的快速发展，铝产量迅猛增长，电解铝渣外排量也在逐年增长，其污染问题也显得越来越突出[3-4]。在面临节能减排、资源综合利用和二次资源重复利用的大背景下，如何将电解铝渣变成有用资源亟待解决。

本研究以某电解铝渣为原料，采用浮选法将电解铝渣中炭质脱除，以提高尾矿灰分，即增加冰晶石的百分含量，作为助熔剂在电解铝的工业生产中被二次利用，这不仅解决了电解铝渣堆放占地问题，还可以降低生产成本，对电解铝工业的生产和环保有着重要意义。试验中同时观察、分析在微观结构下，浮选尾矿中炭质与非炭物质（冰晶石等矿物）解离情况与吸附关系，这为确定磨矿浮选的解离粒度提供了依据。

1 试验部分

1.1 原料试验原料为某电解铝厂的电解铝渣。电解铝渣呈黑色颗粒状和显见灰白色熔渣状固体，颗粒直径为0.01~1 mm，灰白色熔渣直径大于50 mm，且形状不规则，有较多的孔隙。原料烧失量为32%。将原料烘干、研磨，进行X射线衍射分析和化学成分分析，原矿的X射线衍射分析见图1。电解铝渣主要元素组成（w/%）为：C，3

2.10；N，0.33；O，12.31；F，22.04；Na，18.77；Al，10.10；Si，1

3.02；Mg，0.59；Ca，3.17；Fe，0.66。

图1 电解铝渣原矿X射线衍射测试结果

使用布鲁克D8 advanced X射线衍射仪对电解铝渣原矿进行XRD分析。电压40 kV，电流40 mA，Cu 靶，起始角5°，终止角80°，扫描速度0.06（°）/s。由图

浮选法脱除电解铝渣炭质试验研究

李彩霞 安红运* 白 阳 刘高全 王国良 刘 鑫

（辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000）

摘 要 为脱除电解铝渣中的炭质并回收有用组分，实现矿物的综合利用，通过浮选试验，考察不同球磨时间和不同种类捕收剂对电解铝渣尾矿中脱除炭质效果的影响，并确定最佳的试验条件。结果表明：在球磨时间15 min，捕收剂乳化油用量4 kg/t，起泡剂2#油用量4 kg/t的条件下，经过“1精3扫”试验流程可将尾矿灰分提升至97.38%。处理后的电解铝渣可作为助熔剂在电解铝的工业生产中被二次利用。

关键词 电解铝渣；浮选；炭质；综合利用

中图分类号：TD923文献标识码：A文章编号：1000-8098(2019)03-0066-03

Experimental Study on the Removal of Electrolytic Aluminum Slag by Flotation

Li Caixia An Hongyun*Bai Yang Liu Gaoquan Wang Guoliang Liu Xin

(College of Mining, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000)

Abstract In order to remove carbon from electrolytic aluminium slag and recover useful components to realize comprehensive utilization of minerals, the effect of milling time and different kinds of collectors were investigated through flotation tests, and the optimum test conditions were determined. The results show that the ash content of tailings can be increased to 97.38% through the process of "1 cleaning and 3 scavenging” under the conditions of 15 min milling, 4 kg/t emulsified oil and 4 kg/t 2 # oil. The treated electrolytic aluminium slag can be used as a cosolvent in the industrial production.

Key words electrolytic aluminum slag; flotation; carbonaceous; comprehensive utilization

收稿日期：2019-03-11

基金项目：辽宁省教育厅青年项目（LJ2017QL026）；辽宁省高校重

大科技平台煤炭资源安全开采与洁净利用工程研究中心开放研究基

金（LNTU17KF17）

* 通信作者，E-mail：an821920827@。

- 66 -

1可知，电解铝渣原矿中含有大量冰晶石，还含有少量的萤石和刚玉。在25.60°处d(-1，1，1)形成石墨的特征峰，原因是炭质在高温条件下转化成石墨化程度较高的炭质，具有晶体与非晶体的部分特征。

1.2 试剂及仪器设备煤油；XY型捕收剂（本实验室制备的一种捕收剂）；乳化油。布鲁克D8 advanced 型X射线衍射仪；101A-4型电热鼓风恒温烘箱；B011

型数码显微镜；FA2004型电子天平；JY6002型电子天平；CTM500型马沸炉；XMQ型球磨机。

1.3 试验方法用堆锥四分法称取4 kg电解铝渣，放入烘箱中烘干，后经球磨机磨矿后，进行浮选条件试验。磨矿质量浓度为300 g/L，浮选试验在实验室用XFD单槽3.0 L浮选机进行。首先搅拌5 min使物料与水充分搅拌混匀，形成均匀矿浆。充气量设定为0.30 m3/h，主轴转速设定为2 000 r/min，刮板速度设定为20 r/min，矿浆浓度设定为100 g/L。研究磨矿时间及捕收剂种类对浮选结果的影响，试验条件及流程分别见表1和图2。

表11、2、3号试验条件

试样编号捕收剂起泡剂磨矿方式

1号试验煤油2# 油球磨

2号试验XY2# 油球磨

3号试验乳化油2# 油球磨

图21、2、3号试验流程图

2结果与讨论

2.1 球磨时间对电解铝渣浮选除炭的影响为考察磨矿时间对浮选效果的影响，对原矿进行磨矿时间条件试验研究。球磨时间分别设定为5 min、10 min、15 min、20 min 和25 min，捕收剂选用煤油，起泡剂选用2# 油，对浮选后的尾矿分别进行灰分测定。试验结果见图3。

图3球磨时间对尾矿灰分的影响

从图3可看出，球磨5 min和10 min试验尾矿灰分比球磨15 min低，原因为破碎完的原矿进入球磨机中，磨矿时间较短，部分粒径较大颗粒不能被完全磨细，在浮选结束后，这些大颗粒会残留在尾矿中，由于颗粒解离不完全，导致最终浮选尾矿灰分较低。在球磨15 min时浮选尾矿灰分达到最高。球磨20 min和球磨25 min试验尾矿灰分比球磨15 min试验尾矿灰分低，是因为球磨机磨矿时间较长会导致矿物泥化严重，增加矿物表面能，导致尾矿解离困难。因此电解铝渣球磨15 min具有最适宜解离效果。为进一步考察球磨15 min的浮选尾矿的颜色及其粒度组成，采用数码显微镜观察（放大500倍），照片见图4。

图4浮选尾矿微观照片（×500倍）数码显微镜显示：尾矿呈透明体；还有极少量暗色产物，粒径在0.052~0.021 mm，说明在此粒度范围内，解离较充分；浅色产物最大粒径约0.13 mm，最小粒径为0.021 mm，说明球磨15 min解离粒度较宽，既达到了矿物解离要求，又达到了浮选的适宜粒度。

2.2 捕收剂种类对电解铝渣浮选除炭的影响为判断不同种类捕收剂对浮选脱炭试验结果的影响，对球磨后电解铝渣进行不同种类捕收剂的浮选试验，结果见表2、表3、表4。

表21号试验各阶段产物灰分、产率、回收率

浮选产物灰分/%产率/%炭回收率/%尾矿回收率/%精矿20.3830.9674.399.44

中矿159.22 6.107.50 5.40

中矿275.069.16 6.8910.28

中矿380.18 6.55 3.927.85

尾矿94.8747.237.3067.03

原矿66.86100.00100.00

100.00

浮选法脱除电解铝渣炭质试验研究李彩霞，安红运，白阳，等

- 67 -