2022年铝土矿选矿论述 .pdf

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1、非金属矿物开发与利用课程论文论 文 题 目 铝 土 矿 矿 选 矿 论 述学 院 名 称专 业 名 称学 生 姓 名学 生 学 号任 课 教 师设 计（论 文）成 绩教务处制2015年12 月 3 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -成都理工大学2 目录铝土矿矿选矿 .31 引言.32 铝土矿的成分 .42.1 铝土矿的矿物成分 .42.2 铝土矿的化学成分 .43 铝土矿的分类 .54 铝土矿资源特点 .55 铝土矿的用途 .66 铝土矿选矿脱硅 .76.1 正浮选脱硅 .76.2 反浮选脱硅 .96.3 化学选矿脱硅 .106.4 生物选矿脱硅法：.

2、126.5 辐射选矿法：.127 铝土矿的浮选法研究 .127.1 正浮选脱硅 .127.2 正浮选脱硅存在的问题：.127.3 反浮选脱硅 .127.4 与正浮选相比，反浮选技术将可望具有以下特点：.138 小结.13参考文献 .14名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -成都理工大学3 铝土矿矿选矿论述摘要:运用我国氧化铝工业发展的最新数据,分析了铝土矿选矿脱硅的重要性和目标；根据作者长期从事铝土矿选矿理论研究与实践工作得到的认识,论述了铝土矿矿石性质与选矿的关系；介绍了作者所研发的“铝土矿选择性磨矿聚团浮选脱硅”工艺及其在中州铝业公司工业应用的效果；探讨

3、了铝土矿选矿脱硅实践中存在的问题与今后的工作方向。关键词:铝土矿 选矿 脱硅Abstract:Newest data of Chinas alum in an industry development are used in analyzing the importance and objective of desilication in bauxite beneficiation.Based on the knowledge gained in long time theoretical research and practice of bauxite beneficiation,the a

4、uthors elaborate the relationship between bauxite ore properties and its beneficiation,describe the process of“bauxite selective grinding-agglomeration flotation for silica removal”developed by the authors and its industrial application in ZhongzhouAluminium Co.and discuss the existing problems inan

5、d future work orientation of desilication in bauxite beneficiation Keywords:Bauxite,Beneficiation,Desilication 1 引言铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。铝土矿的应用领域有金属和非金属两个方面，是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的 90%以上。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小，但用途却十分广泛。我国铝土矿具有资源丰富、铝高、硅高的特点，不能满足拜耳法生产氧化铝的要求1。通过采用经济高效

6、的选矿技术脱硅获得高铝硅比精矿，而后选精矿采用拜耳法生产氧化铝，即选矿拜耳法，是近期内增强我国氧化铝工业生存与竞争能力，并使之充满活力的重要途径2。在微细物料分选技术中，浮选机曾经是普遍应用的设备。但随着贫、细铝土矿资源的开发，浮选机对微细物料分选效率低的劣势更加明显，因而造成现有分名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -成都理工大学4 选流程复杂，生产成本高，进而影响了铝土矿选矿技术的推广。2 铝土矿的成分铝土矿的成分分为矿物成分和化学成分。2.1 铝土矿的矿物成分铝土矿的矿物成分包括：三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石。三水铝石的化学组成为Al(OH)3 晶

7、体属单斜晶系P21/n空间群的氢氧化物矿物。与拜三水铝石和诺三水铝石成同质多象。旧称三水铝矿或水铝氧石。三水铝石是铝的氢氧化物结晶水合物，在铝土矿中它是主要的成分。三水铝石的晶体极细小，晶体聚集在一起成结核状、豆状或土状，一般为白色，有玻璃光泽，如果含有杂质则发红色。它们主要是长石等含铝矿物风化后产生的次生矿物。晶体结构与水镁石相似，由夹心饼干式的(OH)-Al-(OH)配位八面体层平行叠置而成只是 Al3+不占满夹层中的全部八面体空隙，仅占据其中的2/3。一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlO(OH)和 Al2O3 H2O。斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿

8、石中的水铝石一般均含有 TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质，与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石，脱水可变成刚玉，可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等交代。一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为 AlO(OH)，分子式为 Al2O3 H2O。斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等

9、类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代，脱水可转变成一水硬铝石和刚玉，水化可变成三水铝石。2.2 铝土矿的化学成分铝土矿的化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O，五者总量占成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -成都理工大学5 分的 95%以上，一般 98%，次要成分有 S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni 等。3 铝土矿的分类

10、按矿石中有用矿物成分种类可将铝土矿划分为：三水铝石(Gibbsite)型、一水软铝石(Boehmite)型、一水硬铝石(Diaspore)型。我国铝土矿资源以一水硬铝石型为主，占全国总储量的98%，铝硅比偏低，约在 46%之间，80%以上均为中低品位的铝土矿。不同类型铝土矿的矿石矿物组成存在较大的差异，我国铝土矿以一水硬铝石型矿石为主，沉积型铝土矿和堆积型铝土矿均属此类型。其次尚有少量三水铝石型铝土矿，即红土型铝土矿3。一水硬铝石型铝土矿的矿物组成以一水硬铝石为主，在 40%-95%之间；其次是高岭石，在10%-40%之间；其余还有蒙脱石、水云母等；除此之外，还含有少量的针铁矿、褐铁矿、黄铁矿

11、、赤铁矿、金红石、锆石等。其矿物组分尽管以一水硬铝石为主，但是次要矿物组分中也含有一些次生三水铝石、一水软铝石、微量独居石、少量石英等4。我国三水铝石型铝土矿矿物组分，以三水铝石为主，在30%-95%；其次含有少量高岭石、一水硬铝石、赤铁矿、褐铁矿、石英、锆石、蛋白石等。4 铝土矿资源特点我国铝土矿资源较为丰富，已探明的储量约23 亿吨，居世界第四位，而远景储量估计可达 40 多亿吨5。我国铝土矿资源具有以下一些主要特点：矿石类型主要为一水硬铝石型，分布比较集中。我国铝土矿资源中一水硬铝石型铝土矿要占 98以上，主要分布于山西、河南、广西、贵州、山东及四川、云南等 7 省区。其中沉积型铝土矿占

12、总储量的89.9，堆积型铝土矿占总储量的8.5，其余1多基本上属于红土型铝土矿6。在这些储量中，适于坑采的占45.49，可完全露采的占24.32，适于露采与坑采相结合的占29.976。矿物嵌布粒度较细。我国的一水硬铝石型铝土矿中，大多数一水硬铝石呈均匀分布，只有少数呈微粒集合体产出；有的一水硬铝石则构成鲕粒或同高岭石等名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -成都理工大学6 铝硅酸盐矿物一起构成多层鲕粒；还有一部分呈胶质或隐晶质出现。一水硬铝石的嵌布粒度一般在5 m10 m7-9。与国外铝土矿相比，我国铝土矿明显具有高铝、高硅、低铁的特点。虽然，我国的铝土矿中

13、A1203的含量比较高，但是由于矿石中同时含有较高的Si02，因此矿石的铝硅比总体较低。我国主要省区铝土矿的基本特征与化学组成如表1-1所示10。5 铝土矿的用途最重要的用途是：铝工业中提炼金属铝、作耐火材料和研磨材料，以及用作高铝水泥原料。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小，但用途却十分广泛。(1)炼铝工业。用于国防、航空、汽车、电器、化工、日常生活用品等。(2)精密铸造。矾土熟料加工成细粉做成铸模后精铸。用于军工、航天、通讯、仪表、机械及医疗器械部门。(3)用于耐火制品。高铝矾土熟料耐火度高达1780，化学稳定性强、物理性能良好。(4)硅酸铝耐火纤维。具有重量轻，耐高温，热稳定性好，导热

14、率低，热容小和耐机械震动等优点。用于钢铁、有色冶金、电子、石油、化工、宇航、原子能、国防等多种工业。它是把高铝熟料放进融化温度约为20002200的高温电弧炉中，经高温熔化、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却，就成了洁白的“棉花”名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -成都理工大学7 硅酸铝耐火纤维。它可压成纤维毯、板或织成布代替冶炼、化工、玻璃等工业高温窑炉内衬的耐火砖。消防人员可用耐火纤维布做成衣服。(5)以镁砂和矾土熟料为原料，加入适当结合剂，用于浇注盛钢桶整体桶衬效果甚佳。(6)制造矾土水泥，研磨材料，陶瓷工业以及化学工业可制铝的各种化合物。6 铝土矿选矿脱

15、硅从某种意义上说，以铝土矿作原料生产氧化铝的化工过程实际上是一个通过脱硅除铁，以获得满足铝冶炼或生产特殊用途氧化铝要求的原料的过程11-12。对于拜耳法生产氧化铝工艺而言，氧化铁多呈惰性，一般不会对氧化铝生产产生严重影响。而硅却是最有害的杂质之一，它一方面会造成Na20 和 A1203的损失，污染氢氧化铝，降低产品质量；另一方面生成钠硅渣结疤，使设备的传热系数降低、溶出过程能耗增加，设备维护难度加大。可以这么讲，拜耳法生产氧化铝的工艺过程主要是铝硅的分离，即脱硅。但本文这里所讲的铝土矿脱硅是针对原料，通过脱硅来提高矿石的A/S，以获得高质量的铝土矿精矿供拜耳法生产氧化铝的处理过程。目前，为降低

16、铝土矿中的含硅量，主要是通过选矿的方法来实现脱硅，即物理选矿脱硅、化学选矿脱硅等。其中物理选矿脱硅中研究最多，也最有前途的方法是浮选法，它又包括正浮选脱硅、反浮选脱硅。除了物理选矿法和化学选矿法外，采用生物选矿方法也可实现铝土矿的脱硅13-14，提高矿石的 A/S。但就目前的研究状况而畜，生物选矿脱硅尚存在反应速度慢、条件要求苛刻以及技术经济指标不好等缺点，近期难有应用于生产的可能。6.1 正浮选脱硅铝土矿中有用矿物水铝石(三水铝石和一水铝石)均属氧化矿，脉石矿物主要属铝硅酸盐，因此正浮选脱硅是抑制铝硅酸盐矿物，采用阴离子捕收剂浮选一水铝石或三水铝石。采用正浮选脱硅的主要特点为15：使用的捕收

17、剂为脂肪酸盐类和油酸盐类，调整剂和抑制剂为Na2C03、六偏磷酸钠、腐殖酸钠等，药剂来源广泛、成本低；精矿上浮量大，导致脱硅过程中药剂用量大、精矿中药剂残余名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -成都理工大学8 量高，对后续拜耳溶出工艺产生负面影响：对于矿物组成复杂、嵌布粒度细的铝土矿要求细磨，磨矿能耗高，精矿脱水困难、水分含量较大，不利于降低拜耳法溶出过程的能耗。由于铝土矿中水铝石的可浮性好，采用正浮选来实现铝土矿脱硅的研究也相对较多，国内外都有过许多相关报道垆。“”。在国外，与铝土矿资源特点相对应，所开展的研究主要集中于三水铝石型铝土矿口“”。早在二十世纪

18、 3040 年代，美国就用正浮选处理某地铝土矿(A/S=38)，获得了 A/S=1019 的铝土矿精矿，但是存在回收率低的问题。到 70 年代初，针对含高岭石、石英的某三水铝石型铝土矿，用塔尔油、机油和油酸的混合物作捕收剂，硅酸钠、六偏磷酸盐作调整剂进行浮选三水铝石的试验，但同样因精矿的回收率低未获成功16-17。此后，Ishchenko，Salatic等人继续对正浮选分离三水铝石和铝硅酸盐矿物的工艺及机理开展了一些研究。在国内，根据我国铝土矿资源的特点，对一水硬铝石型铝土矿的脱硅研究也取得了一定进展。从二十世纪70 年代开始，我国即对山东等省的一水硬铝石型铝土矿进行了正浮选试验研究。表 2-

19、1 是这些研究中获得的一些具有代表性的试验结果18。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -成都理工大学9 表 2-1 中的研究结果表明，我国的一水硬铝石可浮性好，采用正浮选法脱硅是可行的。但从这些结果来看，对于大多数中低A/S 的铝土矿而言，获得的浮选精矿 A/S 均只有 8 左右，而且矿石的A1203回收率也不是很高。进入 90 年代特别是 90 年代后期，通过“九五”攻关，我国在铝土矿正浮选脱硅试验研究方面，无论是在分选工艺上还是在分选指标上都取得了突破性的进展。其中最具代表性的工艺是：选择性磨矿一选择性聚团浮选分离工艺和阶段磨浮分离工艺。当原矿AJS=

20、56 时，采用上述两种新工艺均可获A/S=11 以上的铝土矿精矿。在1999 年长城铝业公司的铝士矿选矿工业试验厂进行的工业试验中铝土矿正浮选脱硅获得了成功。有关试验结果列于表2。6.2 反浮选脱硅前已述及，由于铝士矿原矿品位高，目的铝矿物含量远大于般含硅脉石矿物，浮选泡沫量大。特别是对于我国一水硬铝石型铝土矿，其主要含硅矿物(高岭石、伊利石、叶腊石等)硬度低、密度小、易密，而一水硬铝石硬度大、难磨，再加上一水硬铝石本身的嵌布粒度细，在矿石的磨矿过程中，欲将其细磨到浮选粒度，则必然导致可磨性好的铝硅盐矿物过粉碎和泥化，对浮选过程产生不利影响。而采用反浮选法则可在一定程度上克服这些不利影响。铝土

21、矿的反浮选脱硅是通过抑制水铝石，采用阳离子捕收剂浮选铝硅酸盐矿物。与正浮选脱硅相比，铝土矿反浮选脱硅具有以下一些主要特点:含硅矿物的捕收剂为脂肪胺类，且适宜在碱性或弱碱性介质中进行；上浮产品产率小，药剂用量低，精矿表面附着的药剂少，易于过滤，水分含量低：对于一水硬铝石型铝土矿，由于水硬铝程与铝硅酸盐矿物可磨性差别大，易于实现粗磨矿，即在磨名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -成都理工大学10 矿过程中当硬度较小的硅酸盐矿物满足浮选的粒度要求时，硬度较大的一水硬铝石仍保持较粗粒度，有利于降低磨矿能耗和精矿含水量。由于各种铝硅酸盐矿物的表面性质相差很大，导致它们

22、彼此间的可浮性也不一样。因此，国内外有关铝土矿反浮选脱硅的研究报道较少。显然，与正浮选脱硅结果相比，目前铝土矿反浮选脱硅的效果还不十分理想，但进一步的研究仍在广泛地开展。铝土矿反浮选脱硅已取得了阶段性的成果。表 2-3 为我国某铝土矿反浮选脱硅的试验结果。6.3 化学选矿脱硅正浮选与反浮选脱硅的研究结果表明，在实现铝土矿脱硅过程中，A1203的回收率均只有8085左右。这主要是因为铝土矿中的含硅矿物大多数为铝硅酸盐矿物(如高岭石、叶蜡石和伊利石等)，这些矿物本身含有30-60左右的 A1203，通过物理的方法将它们与一水硬铝石分离时必带来A1203损失。采用物理方法脱硅，无论是正浮选还是反浮选

23、，在脱硅过程中均不可避免地使一部分一水硬铝石被夹带进入尾矿不能回收。正是由于这些原因，导致正、反浮选脱硅过程中 A1203的回收率不高。另外，由浮选得到的铝土矿精矿中含有的有机浮选药剂，还可能对拜耳法溶出工艺产生不利影响。采用化学选矿的方法不仅可以减少铝土矿脱硅过程中A1203的损失，提高A1203回收率，而且不存在有机药剂对拜耳法的潜在危害。铝土矿的化学选矿是在二十世纪四十年代，由德国一氧化铝厂处理匈牙利、南斯拉夫等地的高硅铝土矿首先提出来的。经研究后他们用以下两个反应式来表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -成都理工大学11 示在焙烧过程中，铝土矿中

24、的主要含硅矿物高岭石的变化规律：在我国。从二十世纪五十年代末开始即针对我国一水硬铝石型铝土矿的特点，对铝土矿的化学选矿脱硅进行研究。经过近半个世纪的研究后，对铝土矿化学选矿脱硅的实质、基本规律有了初步的认识。表2-5 给出的是我国在铝土矿化学选矿脱硅研究中得到的一些试验结果。但这些研究工作大多数都限于实验室小型试验，少有进一步研究的报道。化学选矿脱硅的基本原理为：将铝土矿进行焙烧处理，使矿石中高岭石在一定的温度下生成无定形Si02。无定形 Si02 活性较高，能在较低温下与NaOH 反应溶解于稀碱溶液中。对于一水硬铝石，在焙烧过程中转变成具有一定化学活性、但低温条件下不溶于碱溶液的饯A1203

25、。经过焙烧处理后，矿石中铝、硅矿物在低温稀碱条件下所具有的活性不同，使铝土矿中的铝、硅可以分离，实现脱硅的目的。显然，化学选矿脱硅的实质是通过高温处理，使高岭石发生固相反应，将其结构中含有的在低温、稀碱溶液条件下活性较低的硅活化后脱去，即热化学活化脱硅。其主要特点是：不仅能完全回收一水硬铝石中的A1203，而且还能回收铝硅酸盐矿物中的 A1203，A1203 的总回收率高；此外，经过高温焙烧处理后，矿石中含有的大部分碳酸盐、硫、有机物及其它有害杂质被除去，有利于后续拜耳法工艺溶出过程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -成都理工大学12 6.4 生物选矿

26、脱硅法：是用微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物，如细菌可以将一个高岭土分子破坏为氧化铝和二氧化硅，从而使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶，得以分离。这种方法对处理胶状极细粒铝土矿较为适合，它能保证得到较高的工艺指标，并消除对环境的污染，而且成本低，是具有良好前景的选矿脱硅方法。其缺点是脱硅速度慢、周期长、条件要求苛刻，目前难于在工业生产中应用。6.5 辐射选矿法：辐射选矿法(主要是光电选矿法)：前苏联用该法选别高岭石三水铝石型铝土矿，可获得A/S9 的精矿；对哈萨克斯坦铝土矿用辐射选别法，排除了富含在高岭土及鲕状绿泥石中的SiO2，提高了矿石的铝硅比。7 铝土矿的浮选法研究7.1 正浮选脱硅铝

27、土矿正浮选脱硅过程的实质是抑制铝硅酸盐脉石矿物，用阴离子型捕收剂浮选一水硬铝石。铝土矿正浮选脱硅的研究成果属国内外首创，具有国际领先水平，是氧化铝生产技术史上的一次重大进步，是我国建国以来重大科技成果之一。在60 万 t氧化铝的规模下，“选矿一拜耳法新工艺”与目前的混联法相比，建设投资降低16.42，综合能耗降低57以上，制造成本降低8.86，主要消耗与国外拜耳法基本处于同一水平。7.2 正浮选脱硅存在的问题：(1)精矿上浮量大，药剂用量高；(2)流程循环量大，不易操作控制；(3)泡沫量多，水相回收率高，分选效率难以进一步提高；(4)浮选精矿过滤脱水困难，精矿中的水分在溶出阶段需以蒸发方式除去

28、；(5)尾矿浆浓度低，给尾矿的处理和综合利用带来不便。7.3 反浮选脱硅名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -成都理工大学13 铝土矿反浮选铝硅分离是用调整剂抑制一水硬铝石，采用阳离子捕收剂或阴离子捕收剂浮选铝硅酸盐矿物。常用的药剂制度为：(1)阳离子反浮选：捕收剂为脂肪胺，活化剂有NaF、Na2SiF6、AlF3，调整剂有硅酸钠、淀粉、糊精、单宁等，pH 调整剂为 H2SO4和 Na2CO3。(2)阴离子反浮选：捕收剂为脂肪酸盐，活化剂为金属盐类，调整剂有淀粉、单宁等。7.4 与正浮选相比，反浮选技术将可望具有以下特点：(1)易于实现粗磨矿。由于铝硅酸盐

29、矿物易磨，一水硬铝石的粒度仍可保持较粗状态，有利于降低磨矿能耗；同时一水硬铝石精矿粒度粗，有利于降低水分含量。(2)上浮产品产率小，浮选剂用量小。一水硬铝石精矿基本不含表面活性剂，对拜耳法溶出过程影响小，即在赤泥分离、洗涤沉降槽口处不会出现冒泡现象；精矿易过滤，也将有利于降低水分含量。(3)机械夹带少，有利于改善产品质量。(4)原矿中含钛、铁、钙、镁等少量杂质矿物，可望在反浮选中被选出，可减少拜耳溶出过程中镁渣及钛渣结疤问题。8 小结综上所述，只要铝土矿的 A/S 能够满足拜耳法工艺的要求，采用拜耳法来生产氧化铝，则我国氧化铝完全具有进入国际市场，参与国际竞争的能力。因此，逐步取消烧结法，采用

30、纯拜耳法工艺生产氧化铝是未来我国氧化铝工业的发展方向。但是，在我国铝土矿资源中，A/S 能够满足拜耳法工艺要求的矿石数量很少，所以我国氧化铝工业要彻底摆脱当前的困境，就必须立足我国铝土矿资源的特点，通过采取经济、合理、有效的方法来实现铝土矿的脱硅，提高原料的铝硅比，为拜耳法工艺提供合格原料。这也是摆在我国氧化铝工作者面前急待解决的问题。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -成都理工大学14 参考文献1 方启学，纽因健，黄国智.我国氧化铝工业现状及发展策略探讨J.中国有色金属学会会讯，2000，(4)：11-15.2 黄国智，方启学.铝镁选矿年评 J.第九届

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