铝土矿选矿

维普资讯 http://www.cqvip.com ３４　国　外　金　属　矿　选　矿　２００８．２　铝土矿选矿　Ｓ・布恩腾巴赫　摘　要　全球的铝土矿产量每年已达到约１．７７亿ｔ的高位。就铝土矿应用而言，用于金属铝生产的冶金铝土矿占主要份额，约　为总量的８５％～９０　。然而，作为铝土矿选矿技术水平的一个标志而备受关注的却是其在磨料、耐火材料和陶瓷生产　中的应用。在概述初级金属铝产品的加工链之后，介绍两种不同的冶金用途铝土矿的选矿过程。这两个过程均由德国　ＫＡＷ　Ａｐｐａｒａｔｅ＋Ｖｅｒｆａｈｅｎ公司的技术中心研究开发，但这个方法的目的有所不同。一个方法的目的是减少高硅铝土　矿的二氧化硅含量，而另一个方法的目的则是降低其中可反应活性二氧化硅的含量。最后，对一个采用重介质分离生　产耐火材料原料的铝土矿选矿厂作了介绍。　关键词　铝土矿选矿重选分级筛分　概　述　近年来全球的经济增长导致对原材料需求的显　著增加。由此带来的价格上涨，首先影响金属矿石。　由于新矿床的开发不仅耗时，而且需要充足的资金　投入，金属矿石的生产企业首先尝试通过提高现有　２　用于炼铝的铝土矿　如前所述，铝土矿是最重要的炼铝原料。铝金　属的工业生产仍是一个两段过程，这个过程的原理　在一百多年前就已经被采用：　１）在氧化铝厂（即精炼厂）利用拜耳法由铝土矿　原料生产中间产品——氧化铝。　２）在电解厂中用电化学方法将熔融氧化铝还原　为金属铝（用霍尔一赫鲁尔特熔融电解法）。　２．１生产氧化铝　矿山的产量来满足增长的需求。目前较为有利的市　场条件允许采取一些措施来开发那些以前由于经济　原因未被开采的矿区，以使预期的矿山寿命不至于　因为年产量的增加而缩短。　目前年产量约为１．７７亿ｔ的铝土矿是最重要　拜耳法源于化学家卡尔一约瑟夫・拜耳于　的有色金属矿石。铝土矿常用来炼铝（就数量而　言）。所开采铝土矿的９Ｏ　～９５　首先被加工成氧　化铝。这些氧化铝的绝大部分用于生产金属铝，仅　有约１Ｏ％氧化铝用于其他特定目的，例如用作染料　１８８７年和１８９２年申请的专利发明，是一种选择性　很高的提取化工过程。在这个过程中，铝土矿中的　氢氧化铝被苛性钠碱液在高温高压下溶出，而其他　碱性组分仍留在固体残余物中。　溶出温度的选择至关重要，在该温度下铝土矿　和洗涤剂的添加剂。其余５　～１Ｏ　的铝土矿用作　磨料、耐火材料和陶瓷生产或水泥添加剂。　中的氢氧化铝被溶解出来。三水铝石的溶出温度为　１１Ｏ～１４Ｏ℃，而一水软铝石需要的溶出温度为１８０　～１铝土矿矿床的地域分布　通过定义不同的空间术语来简单描述铝土矿矿　床的地域分布。　２８Ｏ℃、一水硬铝石需要的溶出温度为２５０～　２８０℃。含有硅和铁的组分（称为赤泥）留在固体残　余物中，在澄清浓缩机中通过重力作用与被铝酸盐　饱和的碱液分离，获得碱液溢流和浓缩的矿浆底流。　下一步是将饱和溶液冷却到５５～７０℃，通过在　基本单元为铝土矿矿床，它主要由铝土矿或起　源相似的岩石组成，例如黏土状铝土矿、高硅铝土矿　等，它们在起源及空间上构成一个整体单元，由一个　或有时是多个孤立的矿体组成。　一搅拌罐中添加循环使用的氢氧化铝从饱和溶液中结　晶出氢氧化铝。随后将氢氧化铝过滤，接着在１２００　～个铝土矿矿区由一组多个单独的铝土矿矿床　１３００℃温度下在回转窑或流态化床炉中煅烧。　初级金属铝是根据霍尔一赫鲁尔特方法通过熔　组成，这些矿床具有相似的地质特征。矿区表面可　延伸几百到几千平方公里的面积。　一２．２生产初级金属铝　个铝土矿矿区是一个很大的地域单元，它由　融电解生产的，此方法于１８８６年由赫鲁尔特在法国　几个铝土矿矿区组成，通常以宏观构造单元划分。　和霍尔在美国同时，但又相互独立申请专利。熔融　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８．２　国　外　金　属　矿　选　矿　３５　电解在９５Ｏ～９７０℃下进行。电解槽中所用的直流　槽电压为４　Ｖ，阳极电流密度０．６～１　Ａ／ｃｍ。。在此　条件下氧化铝在熔融液中被分解为液态铝和气态　氧。由于金属铝的密度高于电解熔融液，金属铝在　熔融液的下方聚集成层（金属浴）。每隔一定时间从　金属浴中取出金属铝，并在液体状态下送往半成品　加工工序。　２．３初级金属铝生产的物料流　上述生产初级金属铝的多段过程涉及一系列直　接的和诱生的物料流（图１）。　图１　生严１吨初级金属错所涉及的置接的和诱生的物料流　从体积上来看，最重要的输人流是铝土矿原料。　所需铝土矿原料用量在很大幅度变化，与原矿品位　的波动有关。后续的过程中所需的物料量和能量与　铝土矿的质量无关，而与煅烧和电解时所用的不同　方法有关。　加工链的效率基本上取决于所用铝土矿的工艺　矿物学特性。主要的影响因素为：　１）可回收的Ａｌ　Ｏ。含量；　２）可反应的二氧化硅的量；　３）ＴｉＯ２含量；　４）铝土矿／Ａｌ　Ｏ３比值；　５）残余水分含量。　为了经济和高效地利用，铝土矿中至少应含有　４Ｏ　（重量百分数）的可回收的Ａｌ　Ｏ。。　从铝土矿工艺矿物学特性的长期和中期的变　化，可明显地看出要处理的铝土矿质量的不同变化　趋势。以ＡｌｚＯ。含量为例，直至２Ｏ世纪８Ｏ年代中　期，被开采并用于精炼的铝土矿质量一直是上升的，　但到２Ｏ世纪８Ｏ年代后矿石质量持续下降（图２）。　这种变化趋势在前述的其他质量标准指标上也可以　看到。造成这种变化的一个主要原因是高品位铝土　矿资源有限，这种状况在近几年内将不会得到改善。　１９８０～１０９８年趋势　————｜　Ｉ　毒　、　△／　、　札　０　／　，　《　、一　，　正　图２　以ＡＩ２　ｏ３含量为例的全球铝土矿质量的变化趋势　为了使铝土矿达到所需的质量要求，选矿厂可　用各种不同的方法来处理铝土矿原矿。这些通常为　低成本的加工过程能大大延长现有铝土矿矿山的服　务年限，并且可显著地改善拜耳法过程的技术经济　效益。在这方面可以举出许多例子，它们均是由　ＡＫＷ　Ａｐｐａｒａｔｅ＋Ｖｅｒｆａｈｅｎ公司（简称ＡＫＷＡ＋Ｖ　公司）与各矿业公司及大型氧化铝生产集团的研发　部门合作研发的。　２．４　ＡＫｗＡ＋Ｖ公司研发的铝土矿典型加工流程　本文介绍了目标不同的两种加工流程。这两个　方法的共同点就是，它们的给矿均为因品质低而先　前不能利用的铝土矿。第一种加工流程用于降低硅　含量，以解决由于硅含量高而导致拜耳法的高能耗、　高磨耗以及赤泥量大的问题。第二种加工流程则用　于降低被处理铝土矿中可反应硅的含量。　２．４．１降低硅含量　洛斯皮基古奥斯（Ｌｏｓ　Ｐｉｊｉｇｕａｏｓ）铝土矿矿区位　于委内瑞拉玻利瓦州的西部。它是这个南美洲目前　仅有的正在开采的铝土矿矿区。　图３洛斯皮基古奥斯铝土矿矿床典型剖面图　维普资讯 http://www.cqvip.com

３６　国　外　金　属　矿　选　矿　２００８．２　洛斯皮基古奥斯的铝土矿可算作典型的红土　铝土矿床的主要形式。矿床的形成是由于花岗岩岩　太高（＞２０　）而未被开采。　２００３年，ＣＶＧ—Ｂａｕｘｉｌｕｍ—Ｏｐｅｒａｄｏｒｅ　ｄｅ　石风化的结果。从地理上讲，它是构成南美平台地　区的一个部分；从储量上讲，它是世界中第三大铝土　Ｂａｕｘｉｔａ公司的地质部门采取了有代表性的高硅铝　土矿矿样，并将４袋（每袋约７５０ｋｇ）送到了ＡＫＷＡ　矿区；从产量上讲，它是世界第二大铝土矿矿区。这　个矿区的所有矿床中的可回收Ａ１　Ｏ。含量均较高，　＋Ｖ公司的技术中心。ＡＫＷＡ＋Ｖ公司与加丹那　的Ａｌｃａｎ铝土矿公司合作对原始物料的特性进行了　广泛深入的研究（表１）。　约为５Ｏ　。总保有储量约为１．７亿ｔ的铝土矿，矿　石平均Ａ１　Ｏ。含量为４９　，平均ＳｉＯ　含量为　ｌＯ．２　。图３表示这个矿区一个典型的铝土矿矿床　的剖面。目前矿床最底部的富Ａｌ　Ｏ。区因含硅量　组　组　分　分　Ａｌ２０３　４４．５　Ｎａ２Ｏ　Ｆｅ２０３　８．５　灼失　ＳｉＯｚ（１岂－）　２１．６２　Ｃ（总量）　由原料性质研究结果发现，这种铝土矿的特征　是，二氧化硅在０．２～２　ｍｍ粒级中显著富集（图　４）。　表１　来自洛斯皮基古奥斯铝土矿原料的组成　ＳｉＯｚ（　）　２ｌ＿５６　ＦＸ（　－）　Ｔｉ０２　１．１　Ａ１２Ｏ３　ＣａＯ　＜０．０５　含量／　含量／　＜０．０３　２３．６　０．０７２　９９．５　１００　三水铝石　经济高效分选该铝土矿的目标是从这个粒级　脱除二氧化硅。这里应该注意的是，因为该矿石的　碳含量较低（全碳０．０７　），低碳高硅铝土矿的加工　工艺性质比碳含量０．２０　～０．２２　的标准铝土矿　工流程图。洗选过程对整个流程效率的影响相当　大。洗选滚筒的结构设计与运行与原料性质相关。　的加工性质要好。　原料中的土状黏土基质可通过高强度洗矿方法　得以碎解，将经过洗矿的铝土矿筛分成不同的粒级。　由于三水铝石型铝亦存在于＜ｌ。Ｏ～１５Ｏ　ｍ细粒级　中，所以在选厂设计时必须仔细根据投资和运行费　用来确定原矿中的可回收的Ａｌ　Ｏ。含量。　因氧化铝厂的加工过程不允许不必要的水分夹　带，洗选过的铝土矿必须脱水至残余水份含量不超　过１２　。必要的加工作业步骤直接关系到投资费　大小。图５表示一个可取得最高Ａ１　Ｏ。回收率的加　图４洛斯皮基古奥斯矿床铝土矿不同粒级中　ＡＩ２０３、Ｆｅ２　和ｓｉ　的含量　一一ＡＩ２０３；◆一　０３；▲－－ＳｉＥｈ　图５　回收细粒级的高硅型铝土矿洗选加工简化流程图　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８．２　国　外　金属　矿　选矿　３７　表２给出原矿分离出不同粒级产品的分选结　果。表中对比了简单筛出大于２　ｍｍ的粗粒度铝土　矿产品、除去了一０．２　ｍｍ细粒的２～０．２　ｍｍ中等　粒级铝土矿产品和除去了一０．１　ｍｍ细粒的２～０．１　ｍｍ的细粒级铝土矿产品的结果。　另外一个南美选厂为了另一个目的找到ＡＫ－　ＷＡ十Ｖ公司。为了在不缩短矿山服务年限前提下　增加选矿厂的处理量，该公司要处理过去由于其反　应二氧化硅含量太高而一直未被开采的部分矿床。　为此，需要设计一个半移动式选矿厂，以便方便地在　２．４．２降低反应硅含量　项　目　产率／％　灼失／　Ａｌ２Ｏ　／　ＴｉＯ２／　Ｆｅ２Ｏ３／　ＳｉＯｚ（　－）　ＳｉＯｚ（　）　该区域附近的不同采矿点安装和使用。　表２洛斯皮基古奥斯矿床高硅铝土矿的试验结果　铝土矿原矿　粗粒产品　１００．００　Ｚ３．６　４３．３　１．０　７．９　２３．８　ＺＺ．８　分选过的铝士矿　中等粒度产品　７０．００　Ｚ７．Ｚ　５０．６　１．１　９．３　１１．５　１０．６　细粒度产品　６６．５　２７．５　５１．１　１．０　９．０　１１．Ｚ　１０．３　６１．００　Ｚ７．５　５１．２　０．９　８．４　１１．８　１０．８　ＦｅｚＯ３／ｓｉｏ２（　）　＞１．８　４、３　４．４　４．６　分离粒度／ｍｍ　￣２ｒａｍ　２～０．２ｍｍ　２～０．１ｍｍ　矿石中可反应的二氧化硅含量高达１５％的主　在滚筒洗矿机的末端，有一个过滤筛篮，分出＞１６　ｍｍ粒级，筛篮筛下物料给人分离粒度约为２　ｍｍ　要原因是由岩石中所含的高岭石引起的。由于高岭　石的粒度细，完全可以用洗矿的方法除去。　的振动筛分机上筛分。振动筛分机的筛上产品与＞　在成功完成试验研究之后，这个选厂目前正处　于依照所得流程进行设计及工程化的建设阶段，计　划于２００７年的夏末投产。　粒度上限为１０００　ｍｍ的原矿给人一个分离粒　１６　ｍ１＇１＂１粒级产品一起由旁边的皮带输送机带走。　振动筛分机的筛下料流汇集到泵池中，再通过离心　泵给入水力旋流器内。在旋流器的溢流中高岭石的　含量较高，旋流器沉砂经筛网脱除水分后，给到产品　皮带输送机上。选厂由３个独立的单元组成。将来　还可根据铝土矿性质的需要，增加一个上升流水力　分级机。选厂的布置图见图６。　度可调的滚筒格筛中。根据原矿组成的不同，原矿　先分出粒度大于１００～１５０　ｍｍ的产品，粒度小于　１ＯＯ～１５０　ｍｍ的产品给人下游滚筒洗矿机分选。　滚筒洗矿机将给料中所含的高岭石完全碎解。　图６　处理铝土矿的半移动式选矿厂的设备联系图　３　用于磨料、耐火材料和陶瓷生产的　锯ｉ矽　与冶金用途的铝土矿相比较，非冶金用途的铝　使铝土矿熔为液化。经过约６ｈ的熔融后，实际的生　产过程完成，液态刚玉可从炉中排出。再经过一个　暂时的冷却过程后，将它加热至１１００＂Ｃ煅烧。为了　避免不需要的化学反应，原料的组成必须满足高标　准要求。　土矿在其Ａｌ。Ｏ。含量和残留附属矿物组分含量方　面必须满足更高的要求。　在磨料（刚玉）生产过程中，洗选过的铝土矿原　洗选后的铝土矿也被用于耐火材料产品的生产　中。用于耐火材料生产的商品品级含８５％～９Ｏ％　（下转第１３页）　料与煤炭一起在电炉里被加热到２０００￣Ｃ以上，高温　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８．２　国　外　金属　矿　选　矿　１３　表３中列出了以列别金斯克采选公司为例，采　用分段分离出精矿的工艺时节省电能的概略计算结　果。　硬度（钙、镁离子的含量）不会对浮选过程产生不利　的影响。　除了叶轮搅拌式浮选机以外，也可采用浮选柱，　它能灵活控制工艺指标，并能减少精选泡沫产品的　数量。　在俄罗斯的一些采选公司中，都能达到在没有　在列别金斯克采选公司第二段磨矿后采用浮选　方法分离出精矿时，所需的磨矿机的数目从五台减　少到一台。　为了进行浮选需要使用带两台鼓风机的１１台　ＯＫ～５Ｏ型浮选机、泵、给药机和配制药剂用的溶液　槽。　对原始精矿进行预先磨矿的条件下获得高质量的精　矿，而制取超纯精矿时则必须进行再磨矿。　在磁铁矿矿石选矿流程中采用浮选精选工艺，　就能为获取所需质量的磁铁矿精矿开创一种新的可　能性。　在采用细筛方法分离出精矿时，所需的磨矿机　数目从五台减少到两台。　在采用细筛方法分段’分离出精矿时，每吨精矿　可节省电能５．７　ｋＷｈ，而采用浮选方法时可节省电　能８．９　ｋＷｈ（见表３）。　在俄罗斯的一些选矿厂中，在第二段磨矿以后　就有可能获得一部分成品精矿。减少第三段的磨矿　量，减少能耗和提高生产利润。　在采用浮选工艺对磁选精矿进行精选处理时，　５　结　论　铁矿石选矿厂的生产量很大，决定了推广使用　高效经济的选矿方法的合理性。在磁铁矿矿石选矿　节省的电能要高于采用细筛工艺精选时节省的电　能。这是由于补充回收了一些粗粒解离的磁铁矿颗　粒进入磁选精矿，以及浮选过程能达到更高的分选　效率所决定的。　采用本文中所提出的磁选一浮选联合流程分选　磁铁矿矿石，既符合现代社会节能要求，又能生产出　具有竞争力的产品。　（张兴仁；雨田）　（０８０２０２）　流程中的浮选精选工艺，可用于降低精矿中的二氧　化硅含量，以便能获取高质量的磁铁矿精矿。　磁铁矿精矿阳离子反浮选工艺的特点是，药剂　制度简单，捕收剂和介质调整剂的用量都很少。使　用抑制剂的合理性主要取决于在原始产品中的矿物　的物质组成，以及对欲获取精矿的具体要求。水的　（上接第３７页）　的ＡｌｚＯ。和１．５　～２．５　的Ｆｅ：０。（均为重量百分　（如重选等）无疑将用于不久将来的金属铝生产中。　数），并且具有高的一水硬铝石含量。国际市场上这　种铝土矿产品绝大部分来自中国，在中国约有３００　除了重选外，磁选（弱磁选和强磁选）在铝土矿选矿　方面具有很大的潜力。　个铝土矿矿山正在生产，尤其是在山西省和贵州省。　近年来为了应对中国铝土矿产品日益增长的价　格，南美选矿厂的生产重新活跃起来，甚至启动了一　些已被关闭的选矿厂。对于用于冶金生产的铝土矿，　选矿过程的研究是面向未来。为此下面描述一个带　有重选分离的南美选矿厂，典型的流程是原矿经过粉　碎和洗选，分成几个粒级，然后分别给到不同的下游　重选作业。重选过程适合于从铝土矿原矿中分离出　富铁组分。从颜色可以很容易看出重选效果，暗红色　产品是被除去的含富铁组分的高密度产品。　技术更加复杂、费用更高的加工过程（如浮选）　也已成功地被试验证实，可用于降低铝土矿中的二　氧化硅含量。较高的铝土矿原矿选矿费用会降低拜　耳法的费用，并减小对环境的影响。　可以预料，越来越多的铝土矿矿山，将会响应市　场发展需求，在不久的将来对铝土矿原矿进行选矿。　这尤其适合于位于印度、西澳大利亚和中国的铝土　矿矿床。　（刘建远　；李长根Ｊ　｛０８０２０７｝　４展　望　长期以来，用于非冶金铝土矿选矿的加工过程　＊北京矿冶研究总院