貴州暗流云峰鋁土礦化學(xué)組份及其對溶出試驗的影響

栗歡歡,杜光明

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊，貴州 安順 561000)

1 概況

暗流云峰鋁土礦位于我國重要成礦區(qū)——黔中鋁土礦成礦區(qū)北部，屬于“黔中隆起”南緣古巖溶盆地的黔中鋁土礦成礦區(qū)北部。礦床類型屬沉積型鋁土礦床，含礦地層為下石炭統(tǒng)九架爐組，礦石自然類型為一水硬鋁石鋁土礦。為了對該區(qū)鋁土礦的化學(xué)組份和可溶性做出科學(xué)評價，筆者采集樣品，利用化學(xué)分析法、X-熒光光譜分析法，對鋁土礦中的化學(xué)組份進(jìn)行了分析；中南大學(xué)用高壓拜爾法進(jìn)行了初步可溶性試驗，初步對礦區(qū)內(nèi)礦石的化學(xué)組份及其對可溶性試驗的影響進(jìn)行了評價，可以對區(qū)內(nèi)其他鋁土礦的可溶性提供參考依據(jù)。

2 化學(xué)組份

礦石化學(xué)組份分析委托長沙礦冶研究院完成，化驗方法為化學(xué)分析法、X-熒光光譜分析法，分析結(jié)果見表1。

表1 貴州清鎮(zhèn)云峰鋁鐵礦礦石化學(xué)組份

表1(續(xù))

礦區(qū)內(nèi)鋁土礦主要成分為A12O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和H2O+，五者之和為91.47%～97.52%，均值94.47%，表明區(qū)內(nèi)鋁土礦成熟度高。其他次要組份均在10%以下，鋁硅比[w(Al)/w(Si)，下同]為5.00～45.12，平均為22.03，變化范圍較大。除ksd-1、ksd-3和ksd-5的鋁硅比低于高壓拜爾法溶礦的鋁硅比最低值要求(w(Al)/w(Si)≥7),需進(jìn)行配礦溶出外，其它樣均符合要求。經(jīng)電子探針成分分析，礦石的主要元素為Al、Si、Fe、Ti。

1)A12O3

主要有用組份。本區(qū)鋁土礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.12%～73.66%，平均68.54%。根據(jù)分析，A12O3主要以硬水鋁石形式存在，次為軟水鋁石，軟水鋁石與硬水鋁石為同質(zhì)二像，礦石中含量較少。對礦石品質(zhì)無影響，用拜爾法生產(chǎn)時，軟水鋁石也可溶出其中的Al2O3，但由于其量少，可忽略不計。鋁硅酸鹽(如云母、綠泥石、高嶺石)及鋁針鐵礦、鋁赤鐵礦中含量極少。

2)SiO2

主要有害組份。本區(qū)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.56%～12.62%，平均6.24%。主要以高嶺石、云母、綠泥石等形式存在，石英含量極少，甚至為零。溶出試驗中，SiO2會生成難以溶解的方鈉石，造成鋁和氫氧化鈉溶液的損失，使生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)疤、耗能增大等。

3)Fe2O3

次要有害組份。本區(qū)Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11%～6.77%，平均2.73%。共7件樣品的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.5%。Fe2O3以赤鐵礦形式存在，少量存在于黃鐵礦、針鐵礦中。Fe2O3的主要影響是會造成赤泥量增加，以及A12O3和Na2O的損失，不利于赤泥的過濾和洗滌。

4)TiO2

有害組份，本區(qū)含量較高且穩(wěn)定。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.32%～5.30%，平均3.89%。主要以銳鈦礦形式存在，另外還有少量金紅石等。銳鈦礦及金紅石等礦物使A12O礦物的可溶性能大幅降低。氧化鈦與苛性鈉溶液作用會生成鈦酸鈉，在一水硬鋁石表面生成較為致密的保護(hù)膜，阻止堿液滲透到礦石內(nèi)部從而Al2O3不能被溶出，從而降低生產(chǎn)效率。

5)灼失量及H2O+

灼失量主要為H2O+、H2O、有機(jī)質(zhì)等，大部分為含鋁礦物、含鐵礦物、石膏、高嶺石等礦物的結(jié)構(gòu)水組成。

6)本區(qū)S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.044%～0.409%，均值為0.165%，對溶出試驗基本無影響。

7)本區(qū)P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.101%～1.15%，均值為0.54%，對溶出試驗基本無影響。

3 溶出試驗

溶出試驗樣品共13件(其中2件組合樣品)，樣品中鋁硅比值最高為45.12(編號92528)，最低為2.98(編號92503)，組合樣品1和2 的鋁硅比分別為8.35和9.53。溶出試驗由采用拜爾法在鹽浴間接加熱高壓釜內(nèi)進(jìn)行，磨礦細(xì)度0.077～0.087 mm，接近生產(chǎn)的細(xì)度。設(shè)計的試驗條件為：溫度 260 ℃，時間 90 min，經(jīng)配制的循環(huán)母液 231 g/L，Al2O3129 g/L，ak=2.95；石灰為樣品質(zhì)量的7%，石灰為CaO以 900 ℃ 煅燒 0.5 h 制成，冷卻后細(xì)磨至 0.077 mm，溶出試驗結(jié)果見表2。

實際溶出率：計算方法采用Fe內(nèi)標(biāo)法和A/S法，其次采用渣重法。

①Fe內(nèi)標(biāo)法按w(A12O3)/w(Fe2O3)比值計算，計算公式為：

(2)

②A/S法計算公式為：

(3)

③渣重法按礦石、渣質(zhì)量計算，計算公式為：

(4)

相對溶出率：指實際溶出率相對于理論溶出率的比值，為衡量礦石溶出性能的主要指標(biāo)。

表2 貴州清鎮(zhèn)暗流云峰鋁土礦高壓拜爾法試驗結(jié)果

4 結(jié)果與分析

1)試驗條件一致的情況下，各樣品溶出率存在差異。樣品92503、ksd-5、ksd-3、ksd-6、ksd-1等的A/S法相對溶出率<85%，其他的相對溶出率均在90%以上。

2)根據(jù)化學(xué)組份分析結(jié)果，A/S法溶出率與Al2O3、A/S呈正相關(guān)性，而與SiO2、K2O呈負(fù)相關(guān)性(圖1)。

圖1 溶出率與w(Al)/w(Si)和Al2O3、A/S、K2O、SiO2含量的關(guān)系

3)SiO2、K2O等化學(xué)組份以云母的形式存在。本區(qū)可溶性研究下步可重點定量分析云母中可用組份的溶解性。

4)本區(qū)中TiO2的含量穩(wěn)定，石灰用量可結(jié)合礦石中TiO2的平均含量進(jìn)行分析。本次試驗表明，石灰用量為7%時，區(qū)內(nèi)鋁土礦溶出效果較為理想，但在今后大規(guī)模生產(chǎn)時，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實際考慮石灰用量。

5)在氧化鋁生產(chǎn)過程中，重點注意保持石灰的活性及在每一個特定條件下石灰的添加量。活性好的石灰能直接參與分解一水硬鋁石的OH-鍵，促進(jìn)硬水鋁石的溶解；活性不好的石灰以Ca(OH)2形式存在。本次試驗中，從赤泥中發(fā)現(xiàn)TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)殁佀徕}、羥基鈦酸鈣或鈦水化石榴石，并且隨著石灰添加量的增加，羥基鈦酸鈣分解從而生成含鈦水化石榴石，導(dǎo)致?lián)p失增大，使鋁土礦石的溶解效率大幅減小。所以石灰添加量不能過量。

試驗表明，本區(qū)鋁土礦礦石質(zhì)量較好，拜爾法溶出效果良好，具有很大的潛在經(jīng)濟(jì)價值。后續(xù)工作可進(jìn)一步開展單因素(溫度、時間、樣品粒度、云母含量、石灰加入量等)對溶出率影響的探索。