卿林江 張建剛 陳典助 馮澤平

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410007)

0 引言

我國是世界上第四大鋁土礦生產(chǎn)國，2009年底我國探明的鋁土礦的總資源儲量達(dá)到32.33億噸，但僅占全球鋁土礦儲量的2%，人均僅為450kg，50%以上的鋁土礦依靠進(jìn)口，在2007年，我國進(jìn)口鋁土礦2 326萬噸，且進(jìn)口量在持續(xù)性增長[1]。

隨著鋁工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源越來越少。目前，我國99%的鋁土礦屬于礦物組成復(fù)雜的一水硬鋁石，其化學(xué)成分中Al2O3和SiO2的平均品位分別為63.09%和11.08%，A/S為5.69，屬于高鋁、高硅，低鋁硅比型鋁土礦，為了有效開發(fā)這部分資源，我國科研工作者做了大量的研究，主要的工業(yè)應(yīng)用有燒結(jié)法、拜耳法和聯(lián)合法，但燒結(jié)法和聯(lián)合法存在著高能耗、高污染、工藝流程復(fù)雜等缺點。采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁需要A/S>9的鋁土礦,因此我國大部分鋁土礦不能直接作為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料，利用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁僅占到10%左右[2]。

由于一水硬鋁石鋁土礦選礦存在著目的礦物嵌布粒度細(xì)、礦物組成復(fù)雜、易泥化、藥劑消耗大和選礦指標(biāo)差等問題，為了提高一水硬鋁石中的A/S，我國選礦工作者提出了選礦-拜耳法理論。近年來，我國的選礦工作者開發(fā)了新型的選礦設(shè)備、選礦工藝和選礦藥劑，針對堆積型鋁土礦和沉積型鋁土礦的分選取得了不錯的效果。

1 選礦設(shè)備

1.1 圓筒洗礦機(jī)和槽式擦洗機(jī)在平果鋁的應(yīng)用

平果鋁業(yè)鋁土礦儲量約為1.5億噸，屬于堆積型鋁土礦石，礦體組成在垂直剖面上呈三元結(jié)構(gòu)，上部粘土層中Al2O3和SiO2的平均品位分別為57.57%和7.47%，A/S為7.7，中部粘土層中Al2O3和SiO2的平均品位分別為59.14%和6.15%，A/S為9.62，下部中部粘土層中Al2O3和SiO2的平均品位分別為52.40%和10.75%，A/S為4.88，但鋁硅比變化范圍大，分布在3.93～33.29，且該鋁土礦礦石極易泥化，平均含泥率高達(dá)63.5%，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了較大的困難。為了降低礦石的含泥率和提高A/S，長沙有色冶金設(shè)計研究院開發(fā)出了新型圓筒洗礦機(jī)和槽式擦洗機(jī)擦洗 (已獲多項國家專利)。新型圓筒洗礦機(jī)具有二段篩分二段洗礦結(jié)構(gòu)，兼具篩分和洗礦功能，洗礦效率高，可將入洗礦石分為三種不同粒級，新型槽式洗礦機(jī)具有較強(qiáng)的切割、擦洗能力，對于含泥量多的難洗礦石的洗礦效率高，生產(chǎn)能力大，在平果鋁土礦洗礦中取得了較好的效果[3]。

平果鋁業(yè)一期工程處理量為65萬噸/年，采用長沙有色冶金設(shè)計研究院的Φ2 000×6 500mm的圓筒洗礦機(jī)和φ2 200×8 400mm的槽式洗礦機(jī)，洗礦后精礦A/S提高到16.73，含泥率降低到了2.09%，平果鋁業(yè)二期工程規(guī)模處理量為110萬噸/年，采用φ2 200×7 500mm的圓筒洗礦機(jī)和Φ2 200×8 400mm的槽式洗礦機(jī)，洗礦后精礦中A/S提高到14.40，含泥率降低到了1.90%，平果鋁業(yè)三期工程規(guī)模處理量為198萬噸/年，含泥率降低到1.12%，擦洗率達(dá)到了98%以上，平果鋁業(yè)鋁土礦成功洗礦，填補(bǔ)了我國在堆積型鋁土礦洗礦的技術(shù)空白。此外，該新型圓筒洗礦機(jī)和槽式擦洗機(jī)在信發(fā)鋁土礦、新幾內(nèi)亞鋁土礦等礦山得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 高壓輥磨機(jī)在鋁土礦碎礦的應(yīng)用

高壓輥磨機(jī)通過強(qiáng)大的外力擠壓而使礦物和脈石顆粒面之間產(chǎn)生裂紋破碎，和破碎機(jī)相比，高壓輥磨機(jī)可增加礦物單體和準(zhǔn)單體量，從而降低球磨機(jī)的能耗和提高入選礦物的回收率，此外，高壓輥磨機(jī)還具有處理量大、具有占地面積小、破碎效率高等優(yōu)點，因此，高壓輥磨機(jī)在第三段細(xì)碎和自磨流程中頑石破碎得到了廣泛的應(yīng)用。目前，世界上最大的高壓輥磨機(jī)型號輥徑為Φ2 400mm，滾寬為1 400mm，已在秘魯?shù)腃erro Verde銅鉬礦中應(yīng)用，高壓輥磨機(jī)在在有色金屬礦山、貴金屬礦山和鐵礦山也得到了推廣[4]。

高壓輥磨機(jī)在鋁土礦選礦也有應(yīng)用推廣，山東鋁業(yè)氧化鋁廠原來采用兩段一閉路流程，破碎產(chǎn)品的粒度為-24.5mm，為了提高破碎比，山東鋁業(yè)安裝了規(guī)格為Φ1 000×630mm的高壓輥磨機(jī)，最終產(chǎn)品粒度從-24.5mm降低到了-9.5mm，P80從原來15.7mm降低到5.3mm，使球磨機(jī)的料漿總處理量從原來的442.13m3/h提高到現(xiàn)在的602.33m3/h，提高率近37%，而單位耗電率從23.09kw·h/t降低到16.95 kw·h/t，降低近27%，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 浮選柱在鋁土礦選礦的應(yīng)用

目前，隨著氧化鋁選礦廠的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新型浮選柱也出現(xiàn)在鋁土礦礦山，和浮選機(jī)相比，浮選柱具有占地面積小、易維修和控制等優(yōu)點。此外，由于浮選機(jī)的機(jī)械攪拌作用，細(xì)粒級顆粒獲得的能量較少，降低了礦物和氣泡的碰撞礦化，因此，在浮選細(xì)粒礦物時，浮選柱也具有一定的優(yōu)勢。

為了提高A/S，山東某鋁土礦選礦廠采用中國礦業(yè)大學(xué)研發(fā)的旋流靜態(tài)微泡浮選柱進(jìn)行廠房升級改造，原來采用浮選機(jī)一粗一掃兩精一精掃選五段作業(yè)，在藥劑基本保持不變的情況下，改造后采用浮選柱一粗一精工藝。由表1可見，原礦中A/S為4.5～5.5，改造后浮選精礦A/S從原來9.72提高到了12.39，浮選作業(yè)段三氧化二鋁的回收率基本保持不變，因此浮選柱一粗一精作業(yè)基本可替代浮選機(jī)的一粗一掃兩精一精掃選五段作業(yè)，這對節(jié)約能源和設(shè)備維護(hù)具有極大的優(yōu)勢。

表1 改造前和改造后指標(biāo)對比(%)

中南大學(xué)開發(fā)出的新型微泡浮選柱對河南某鋁土礦進(jìn)行了分選實驗，確定礦漿濃度為25%，捕收劑和抑制劑用量分別為800g/t和100g/t，利用浮選柱進(jìn)行一粗一掃實驗。由表2可見，分選后A/S從5.31提高到10.26，氧化鋁的品位和回收率分別為71.52%和87.24%，取得了較好的實驗指標(biāo)。

表2 浮選柱一粗一精浮選結(jié)果(%)

2 鋁土礦選礦新技術(shù)

2.1 鋁土礦正浮選脫硅技術(shù)

鋁土礦正浮選脫硅工藝是浮選一水硬鋁石，抑制脈石礦物硅酸鹽的過程，在“九五”攻關(guān)之前，為了使鋁土礦充分解離，我國鋁土礦的分選流程是將鋁土礦碎磨至-0.074mm占95%，但是鋁土礦極易泥化，在分選時容易帶來細(xì)泥罩蓋、藥劑量增大和分選指標(biāo)不好等問題。

為了有效回收一水鋁土礦資源，我國選礦工作者在鋁土礦選礦正浮選做了大量研究，主要體現(xiàn)在選礦藥劑和選礦工藝兩個方面。常見的鋁土礦正浮選選礦捕收劑為油酸、羥肟酸和其它脂肪酸等，其中中南大學(xué)開發(fā)的KL捕收劑和北京礦冶研究總院開發(fā)的BJ-422捕收劑均取得了工業(yè)應(yīng)用。常見的新型調(diào)整劑主要為BJ-213、6P-1、改性六偏磷酸鈉等。此外，在選礦工藝上也取得了進(jìn)展，并得到了工業(yè)應(yīng)用。

中南大學(xué)提出了選擇性磨礦—聚團(tuán)浮選新工藝，即通過選擇性磨礦，提高磨礦產(chǎn)品中粗粒級鋁硅比，并直接作為精礦，而選擇性絮凝浮選細(xì)粒級，可以加強(qiáng)了鋁硅分離，該工藝從根本上解決了粗?；厥铡⒌V泥干擾等問題，藥劑的消耗量降低了30%以上，選礦指標(biāo)也得到了優(yōu)化。目前該工藝已經(jīng)在中國鋁業(yè)中州分公司選礦廠得到了應(yīng)用，選礦廠的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了350kt/a，工藝配置采用了一粗、兩精兩掃流程，流程簡單，容易控制。該選礦原礦入選A/S為5.71，獲得的精礦的品位和回收率分別為63.97%和85.76%，A/S提高到了10.04，生產(chǎn)出的精礦可以直接作為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料，這代表著我國工業(yè)鋁土礦脫硅的第一條生產(chǎn)線。

北京礦冶研究院針對鋁土礦的分選分別提出了多段磨礦、一次選別流程和選擇性磨礦-粗細(xì)分選脫硅流程。該院用多段磨礦、一次選別流程對原礦A/S為5.9的鋁土礦做了實驗，得到的精礦A/S為11.39，氧化鋁的回收率為86.45%，但是原礦該流程存在著中礦循環(huán)量大，過程不易控制等缺點。此外，北礦院利用選擇性磨礦—粗細(xì)分選脫硅流程針對山東鋁業(yè)公司做了工業(yè)實驗，該工藝的特點是分選粒度粗(-0.074mm占60%～65%)，大部分粗粒鋁土礦在磨礦分級后被迅速選出，避免了礦物過磨，而細(xì)粒級入選礦量少，相對于多次磨礦、一次選別流程，該工藝流程無中礦循環(huán)作業(yè)，優(yōu)化了流程和減少了作業(yè)量，該工藝流程山東鋁業(yè)取得了工業(yè)應(yīng)用。由表3可見，選礦廠入選礦石中A/S為5.80%，得到的精礦中A/S為12.61%，Al2O3精礦的回收率和品位分別為90.39%和68.71%，取得了較好的工業(yè)指標(biāo)。

表3 選擇性磨礦-粗細(xì)分選脫硅流程浮選結(jié)果(%)

此外，中國鋁業(yè)河南分公司也采用正浮選脫硅工藝流程于2008年建成了500 kt/a的選礦車間，我國的河南、山西等地也利用正浮選工藝正在新建鋁土礦選礦廠，且原礦的鋁硅比降低到了3～4。

2.2 鋁土礦反浮選脫硅技術(shù)

鋁土礦反浮選脫硅工藝是浮選脈石礦物硅酸鹽，抑制目的礦物一水硬鋁石的過程。目前主要有陽離子反浮選工藝、陰離子反浮選工藝，但是目前基本處于實驗研究階段，工業(yè)應(yīng)用不多。反浮選脫硅技術(shù)也主要體現(xiàn)在浮選藥劑和浮選工藝兩個方面，鋁土礦反浮選新藥劑主要是捕收劑十二胺、十四胺、十八胺、N一十二烷基一1，3一丙二胺、季胺鹽和脂肪多胺類等，調(diào)整劑主要有聚苯烯酰胺、氯化鈉、改性淀粉、六偏磷酸鈉、ANTO、CMC、DW和CTP等藥劑。

北京礦冶研究總院針對河南某鋁土礦開發(fā)出的選擇性磨礦+高分子絮凝脫泥+反浮選工藝流程，分別在酸性條件下和堿性條件下做了實驗，入選礦石主要成分中含Al2O3為64.55%，A/S為6.07，在酸性條件下，獲得的Al2O3回收率為84.01%，A/S為10.04，在堿性條件下，獲得的Al2O3回收率為87.15%，A/S為9.57。

中南大學(xué)鐘宏等利用新型陽離子捕收劑QAS222對A/S為2.7的原礦進(jìn)行的實驗研究，實驗發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)pH為11時，在未添加抑制劑的情況下，可獲得Al2O3的回收率和品位分別為77.79%和69.91%。中南大學(xué)馮其明等對Al2O3的品位為64.69%，A/S為5.68的鋁土礦進(jìn)行了反浮選實驗，獲得的精礦Al2O3的品位為85.04%，A/S為10.52的良好實驗指標(biāo)。此外，昆明理工大學(xué)章曉林等在反浮選鋁土礦時提出強(qiáng)化二次富集技術(shù)理論，針對某原礦品位為62.03%一水硬鋁石礦，通過正浮選強(qiáng)化二次富集技術(shù)獲得精礦回收率為85.41%，A/S為10.28。

3 結(jié)語

——我國的鋁土礦主要為沉積型和堆積型鋁土礦石，其中堆積型的鋁土礦采用了長沙有色冶金設(shè)計研究研發(fā)的新型圓筒洗礦機(jī)和槽式擦洗機(jī)，在平果鋁獲得了工業(yè)應(yīng)用，一期洗礦后精礦A/S提高到16.73，二期A/S提高到14.40，填補(bǔ)了我國在堆積型鋁土礦洗礦的技術(shù)空白。

——沉積型礦石采用正浮選脫硅，提高了鋁硅比。中州鋁廠采用選擇性磨礦—聚團(tuán)浮選，在原礦入選A/S為5.71，獲得的精礦的品位和回收率分別為63.97%和 85.76%，A/S提高到了10.04，山東鋁業(yè)采用選擇性磨礦—粗細(xì)分選脫硅流程，選礦廠入選礦石中A/S為5.80%，得到的精礦中A/S為12.61%，Al2O3精礦的回收率和品位分別為90.39%和68.71%，取得了較好的工業(yè)指標(biāo)，但是反浮選脫硅還沒有取得工業(yè)應(yīng)用，加強(qiáng)反浮選脫硅研究是以后主要發(fā)展方向。

——高壓輥磨機(jī)和浮選柱在鋁土礦選廠的成功應(yīng)用，可提高選廠的工作效率和生產(chǎn)量，從而實現(xiàn)大規(guī)模地利用鋁土礦，達(dá)到資源的有效綜合利用，設(shè)備的高效化和大型化也是鋁土礦選礦的另一個發(fā)展方向。