河南低品位铝土矿工艺矿物学研究.pdf

2 0 1 2 年第2 期有色金属 选矿部分 1 d o i 1 0 0 9 6 9 ，j ．i s s m l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 2 ．0 2 ．0 0 1 河南低品位铝土矿工艺矿物学研究 李艳峰，王明燕，费涌初 北京矿，台研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 0 0 7 0 摘要研究的河南低品位铝土矿的铝硅比为3 ，8 1 ，A 1 0 ，含量为5 9 ．6 7 ％，铝的赋存状态复杂，铝矿物主要为微 晶一隐晶产出的一水硬铝石，与铝硅酸盐矿物之间的嵌布关系复杂，在粗磨条件下矿物难以解离。但此类矿石中具有一 定产出形状的一水硬铝石集合体的铝硅比相对较高，一般大于7 ，为富集合体，符合选冶物料品质要求，能成为选矿回收 的对象。据此来确定此类矿石中一水硬铝石的磨矿细度，为放粗矿石的磨矿细度提供基础数据，也为氧化铝的高效低耗 富集提供科学依据。 关键词铝土矿；铝硅比；富集合体；磨矿细度 中图分类号T D 9 1 3 ；T D 9 5 2 ．5 文献标识码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 2 0 2 - 0 0 0 1 0 6 S t u d yo nP r o c e s sM i n e r a l o g yo faL o w - g r a d eB a u x i t eO r ei nH e n a n L IY a n f e n g ，W A N GM i n g y a n ，F E IY o n g c h u S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B e i j i n gG e n e r a l R e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g10 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eA 1 - S ir a t i oo fl o wg r a d eb a u x i t eo r ei nH e n a ni s3 ．81w i t ht h ec o n t e n to f5 9 ．6 7 ％A 1 2 0 3 ，a n d t h eo c c u l T e n c es t a t eo fa l u m i n u mi Sv e r yc o m p l e x ．T h em i c r o c r y s t a l l i n eo rc q p t o c r y s t a l l i n ed i a s p o r ei sm a i n a l u m i n u mm i n e r a l s w h i c hi sc o m p l i c a t e da s s o c i a t e dw i t ha l u m i n o s i l i c a t em i n e r a l s ．a n di ti Sd i f f i c u l tt ol i b e r a t e f r o me a c ho t h e ru n d e rm e c h a n i c a lg r i n d i n gc o n d i t i o n ．H o w e v e r ，t h es t u d ys h o w st h a tc e r t a i nd i a s p o r ew i t h a g g r e g a t e dd i s t r i b u t i o nh a sr e l a t i v e l yh i g h e rA l - s ir a t i o h i g h e rt h a n7 ，w h i c hi sm a i ne n r i c h i n go b j e c t ，m e e t s t h ec o n c e n t r a t ea n ds m e l ts t a n d a r da n dc a l lb et h eo b j e c to fm i n e r a ld r e s s i n g , B a s e do na b o v e ，t h ep r o c e s s p a r t i c l es i z eo fd i a s p o r ec a nb ed e t e r m i n e d ，w h i c hp r o v i d e st h eb a s i cd a t af o rg r i n d i n gp a r t i c l es i z eo fr o u g ho r e a n dp r o v i d e st h es c i e n t i f i cb a s i sf o rl o w - c o n s u m p t i o ne n r i c h m e n to fa l u m i n aa sw e l l ． K e yw o r d s b a u x i t e ；A 1 ／S i ；r i c ha g g r e g a t e s ；g r i n d i n gf i n e n e s s 河南省铝土矿资源十分丰富，但多为铝硅比 A v S i 在3 ～5 的高铝、高硅的一水硬铝石沉积型 铝土矿，含硅矿物产出形态复杂，矿石质量差，加 工难度大[ H ] ，为了合理开发利用此类矿石，需要 对矿石进行系统的工艺矿物学研究，在此基础上为 选择合理的工艺流程提供科学依据。 此次研究矿石的铝硅比为3 ．8 1 ，A l O ，含量为 5 9 ．6 7 ％，微晶一隐晶质的一水硬铝石是矿石中的主 要铝矿物，与微细粒的高岭石、伊利石等呈豆状、 板状或分散状产出，对其中铝硅比大于7 的豆状、 板状等集合体称一水硬铝石的富集合体，符合选冶 物料品质要求，以此为依据确定了一水硬铝石的磨 矿细度，根据工艺粒度及各矿物的性质，放粗磨矿 细度，有利于脱硅并进行铝的富集[ 5 - 1 2 ] 。反浮选 脱硅试验研究表明，最终铝精矿的铝硅比为7 ．2 0 ， A 1 2 0 3 的含量为6 6 ．1 0 ％，回收率低，仅为7 0 ．6 0 ％， 表l矿石的化学分析结果 T a b l e1 C h e m i c a la n a l y s i sr e s u l t so ft u n o f - m i n eo r e f ％ 组分A 1 2 0 3S i P 2 F e d D 3T i 0 2K 2 0N a 2 0 M g oM g o C a P烧失A l ／S i 含量 5 9 ．6 71 5 ．6 75 ．7 82 ．8 41 ．6 10 ．1 0 0 ．8 00 ．8 01 ．0 l 1 4 ．0 23 ．8 1 基金项目 “十一五”国家科技杰撑计划重点项目 2 0 0 6 B A B 0 2 A 0 7 牧稿日期2 0 l l - j o - l 修回日期i2 0 j l 一1 Z 一1 2 作者简_ 介李艳哗【1 9 6 9 - j ，女，天津人，高级工程师。 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第2 期 表明该矿石难选。 1 矿石的化学成分 矿石的化学分析结果及矿石中铝的化学物相分 析结果见表1 和表2 。 表2铝的物相分析结果 T a b l e2 A n a l y s i s r e s u l t so fa l u m i n i u mp h a s e ，％ 相别芸怒黧嚣≮鬈嚣总邶， 占有率 7 6 ．6 21 9 ．4 60 ．7 23 ．2 01 0 0 ．0 2 矿石矿物组成 矿石中的主要矿物有一水硬铝石其次有高岭 土、伊利石和赤、褐铁矿，另有少量的钛铁矿、锐 钛矿、金红石及绿泥石，其他矿物有黄铁矿及微量 的一水软铝石、长石、石英、锆石、榍石等。矿石 的x 一射线衍射图见图1 ，矿物组成见表3 。 表3 矿石的矿 糍勘枥壤燹晗量 T a b l e3M i n e r a lc o m p o s i t i o no fr u n - o f - m i n eo r e ，％ 注锐钛矿中包括锐钛矿、金红石和板钛矿。 [ L T - 1 ．A S C ] m 图1 铝土矿的X 一射线衍射图 F i g ．1X - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r n so fo r e 与高岭石、伊利石、锐钛矿、褐铁矿等矿物密切共 生，呈豆状、鲕状、纺锤状、板状和不规则状 图 2 、3 、4 等集合体，常含有少量的S i 0 2 、T i 0 2 、 F e 2 0 ，等杂质组分。因矿石中一水硬铝石的实际粒 度细，而冶炼入选物料仅要求铝硅比大于7 ，研究 表明，具有一定产出形状的以一水硬铝石为主的集 合体的铝硅比一般均大于7 ，考虑到磨矿成本及铝 的选矿回收率，由此确定了一水硬铝石的磨矿细 度，因此只需确定恰当的磨矿细度使一水硬铝石集 合体的铝硅比大于7 ，而不必使一水硬铝石完全单 体解离。 ‘ 研究表明，矿石中一水硬铝石常与微晶伊利石 复杂共生，其次与高岭石和伊利石的微晶混合物紧 A Ⅲ 鼬 024681 0 n l l lS c a l e1 4 9c t sk e V I 0 叫 S i 一 3 矿石中重要矿物的嵌布特征 图2 自F u 形l l 晶S c a 板l e 状8 4 9 一c t 水s 硬铝石与高岭石娄兰背散射 3 ．1 一水硬铝石 电子图 一水硬铝石常以板状、鳞片状、微晶和隐晶质 形式产出，结晶粒度一般在2 0 岬以下 图2 ， F i g ．2 E u h e d r a lc r y s t a ld i a s p o r ei n t e r g r o w t hw i 出 k a o l i n i t e 万方数据 2 0 1 2 年第2 期李艳峰等河南低品位铝土矿工艺矿物学研究3 图3 豆状一水硬铝石 F i g ．3 P i s o l i t i cd i a s p o r e 图4 鲕状一水硬铝石 F i g ．4 O d i t i cd i a s p o r e 密共生，有时与高岭石集合体紧密共生，由于伊利 石的可浮性差，对选矿工艺影响很大，反浮选需特 别注意对伊利石的选别。而矿石中一水硬铝石与黏 土矿物的集合体通常呈包裹星散分布，并且粒度在 1 0 斗m 以下的赤褐铁矿、黄铁矿及锐钛矿 板钛矿 和金红石等 ，使得矿石中的铝矿物与铁矿物、铝 矿物与钛矿物之间难以充分解离，对矿石除铁及除 钛有很大的影响。 矿石中一水硬铝石的x 一射线能谱分析及其集 合体的X 一射线能谱面分布分析结果见表4 和表5 。 矿石中的一水硬铝石中A 1 2 0 ，的含量变化较大， 杂质组分S i O 、T i O 及F e 2 0 ，的含量变化较明显， 其中A 1 2 0 ，的平均含量为8 2 ．5 4 ％，其他杂质组分 S i 0 2 、T i 0 2 、F e 2 0 3 的平均含量分别为0 ．2 7 ％、0 ．6 0 ％ 及0 ．9 8 ％。 表5 为各种形状产出的一水硬铝石集合体，测 定结果显示铝硅比均大于7 ，因此有利于矿石磨矿 细度的确定。 3 ．2 高岭石 高岭石是矿石中最主要的含硅矿物，粒度细 小，多为隐晶质致密状或土状集合体，见图5 。常 见高岭石以微晶、隐晶质的集合体形式产出，并包 裹分散嵌布的一水硬铝石微晶，这种形式产出的一 表4 水硬铝石的X 一射线能谱分析结果 T a b l e4S E Ma n a l y s i sr e s u l t so fd i a s p o 陀／％ 表5 水硬落酣毹黼X 一射绸粒鲕彤捕i 结果 T a b l e5S E Mi m a g ea n a l y s i sr e s u l t sd d i a s p o 陀| ％ 水硬铝石多数将直接进入尾矿，导致部分铝损失； 其次以微晶、隐晶质与伊利石相互胶结呈集合体的 形式产出，这部分高岭石与伊利石的集合体基本少 与一水硬铝石共生，有利于铝、硅之间的解离；另 以微晶、隐晶质与一水硬铝石的集合体紧密相嵌呈鲕 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第2 期 』1 3 I S i ‘．A L - ．一 一 0 2 4 68 1 0 n l l ls c a l e1 6 7e t ak e V 图5 高岭石背散射电子图及其x 一射线能谱图7 0 0 x F i g ．5 B S Ei m a g i n eo fk a o l i n i t ea n di t I sX - r a y s p e c t r u m 状、豆状、纺锤状等，相互间基本无法单体解离。 由于高岭石及高岭石和伊利石集合体硬度低，易 磨、易泥化，需特别注意磨矿工艺的选择，防止高岭 石等黏土矿物过磨现象的产生，避免恶化浮选作业。 高岭石的x 一射线能谱分析结果见表6 。 表6高岭石X 一射线能谱分析结果 T a b l e6S E Ma n a l y s i sr e s u l t so fg a o l i n i t ei no r e 测量点数 M g O J 2 0 ，S i hK 如H z O 合计 1 0 ．∞3 9 ．6 3 4 3 ．7 60 ．0 01 6 ．6 11 0 0 ．0 2 0 ．∞3 8 ．9 6 4 3 ．3 70 ．4 71 7 ．2 01 0 0 ．0 3 0 ．∞4 1 ．5 4 4 1 ．0 10 ．0 01 7 ．4 51 0 0 ．0 40 ．0 04 1 ．5 54 1 ．3 00 ．0 01 7 ．1 51 0 0 ．0 50 ．∞4 1 ．2 24 2 ．9 6O ．∞1 5 ．8 21 0 0 ．0 60 ．0 03 8 ．0 44 4 ．9 10 ．0 01 7 ．0 51 0 0 ．0 7O ．0 03 7 ．吣4 5 ．1 50 ．∞1 7 ．7 7l ∞．0 8O ．0 03 8 ．3 74 5 ．5 30 ．∞1 6 ．1 01 ∞．0 90 ．0 03 9 ．6 94 5 ．7 10 ．0 0 1 4 ．6 0 1 0 0 ．0 1 0O ．∞3 6 ．7 7 4 8 ．2 5 0 ．0 0 1 4 ．9 8 1 ∞．0 1 1 O ．o o3 6 ．4 3 4 6 ．6 0 0 ．0 01 6 ．9 7l ∞．0 1 2 0 ．0 0 3 7 ．7 94 5 ．7 9 0 ．0 0 1 6 ．4 2l ∞．0 1 3 I ．2 l 3 6 ．6 34 4 ．9 81 ．I O1 6 ．0 8l O o ．O 1 4 O ．o o 3 7 ．9 34 8 ．5 30 ．0 01 3 ．5 41 ∞．0 1 50 肿3 8 ．1 04 9 ．4 20 ．0 01 2 ．4 81 0 0 ．0 1 60 册3 8 ．0 54 7 ．7 80 ．∞1 4 ．1 71 0 0 ．0 平均值0 ．0 7 3 8 ．6 14 5 ．3 20 ．1 01 5 ．9 01 0 0 ．0 高岭石扫描电镜能谱分析结果表明，高岭石中 的A l s O ，的含量有一定的变化，而主要原因是高岭 石不仅常包裹微晶细粒的一水硬铝石，还包含有一 定量的伊利石，都是以微晶结构的形式存在，并且 相互之间复杂嵌布，进一步确定了各矿物之间紧密 的共生关系。 3 ．3 伊利石 伊利石也是矿石中的铝硅酸盐矿物，呈隐晶 质、显微、超显微鳞片状集合体产出，结晶程度 差，粒度细，多在一5 灿m ，常呈不规则状集合体产 出并包裹细晶一水硬铝石，也常与高岭石复杂共生 呈不规则状集合体产出。另有部分伊利石与高岭石 等含硅矿物与一水硬铝石复杂共生 图6 ，胶结 在一水硬铝石的豆鲕状中心或环中、纺锤状及板状 集合体的边部或集合体间隙，将造成磨矿时矿物单 体解离困难，这是影响矿石铝硅比提高的原因。由 于伊利石具有硬度低、易泥化、可浮性较差的性 质，会严重影响反浮选的分选效果，对铝硅比的提 高不利，同时需要注意的是严重的泥化现象会影响 尾矿的过滤及沉降。 伊利石的x 一射线能谱分析结果见表7 。 扫描电镜能谱分析结果显示，该矿石中的伊利 石K 2 0 的含量不均匀，并含有一定的杂质元素铁、 镁及钛等，可检测到高岭石、伊利石的纯矿物很 少，总体上相互混含，只是量的多少。 3 ．4 赤、褐铁矿 矿石中铁矿物以赤、褐铁矿为主，还含有很少 万方数据 2 0 1 2 年第2 期 李艳峰等河南低品位铝土矿工艺矿物学研究．5 ． 图6 一水硬铝石与伊利石相互共生3 0 0 0 x F i g ．6D i a s p o r e 1 a n di l l i t e 2 ．3 i n t e r g r o w t h w i t he a c ho t h e r 量的黄铁矿。 赤铁矿在矿石中较为常见，主要呈细粒、微细 粒状嵌布在一水硬铝石、高岭石、伊利石等矿物集 合体中 图7 ；有时可见细脉赤铁矿胶结一水硬 铝石等矿物集合体，共生关系复杂，通过机械磨矿 表7伊利石X 一射线能谱分析结果 T a b l e7S E Ma n a l y s i sr e s u l t so fi U i t e，％ 图7 产出复杂的赤铁矿 F i g ．7 C o m p l e x - o u t p u th e m a t i t e 图8 一水硬铝石中包裹的细粒、微细粒黄铁矿 F i g ．8 M i c r of i n ep y r i t ed i s s e m i n a t e di n d i a s p o r e 的方式，无法解离成单体。 褐铁矿主要呈不规则状、微细粒状及胶状等形 式产出。可见褐铁矿沿一水硬铝石、高岭石、伊利 石等矿物集合体裂隙中充填胶结呈网脉状、脉状； 有时褐铁矿呈胶状胶结一水硬铝石、高岭石、锆石 等矿物；少量呈细粒、微细粒局部富集或稀疏分布 在一水硬铝石、高岭石等矿物集合体中。 黄铁矿是矿石中主要的硫化矿物，含量很少， 万方数据 6 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第2 期 粒度以细粒、微细粒为主 图8 。常以微细粒包 裹体嵌布在一水硬铝石、高岭石及伊利石等矿物集 合体中，粒度一般在0 ．0 0 2 ～0 ．0 1 0m m 。 选冶工艺表明，虽然铁的氧化物对工艺本身并 无影响，铁的化合物不与碱反应，但会加重工艺过 程的负担，赤泥会带走少量的碱，烧结过程中会降 低熟料的稳定性，并妨碍氧化铝完全转变成铝酸 钠，也会影响氧化铝的溶出。因此，在选矿过程中 除去能解离的赤、褐铁矿是必要的。矿石中的硫在 拜耳法生产过程中，常带走部分苛性钠，同时有害 杂质硫的存在也会破坏氧化铝的烧结和浸析过程， 这就意味着硫的去除也是相当重要的。 然而矿石中的赤褐铁矿及黄铁矿的嵌布特性研 究表明，这些矿物的嵌布粒度细，单体解离困难， 使得矿石中铁、硫都难以去除。 4 矿石中重要矿物的粒度特性 对矿石中一水硬铝石的粒度及黏土矿物集合体 的粒度分别进行了统计，测定结果见表8 。结果显 示该矿石中一水硬铝石粒度粗细不均匀，一1 0 斗m 微细粒的一水硬铝石含量极高，占有率为6 ．0 6 ％。 表8矿石中一水硬铝石的粒度测定结果 T a b l e8P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fd i a s p o r e | ％ 注脉石矿物是高岭石及伊利石的集合体。 5 原矿样中一水硬铝石的解离特性 矿石中一水硬铝石在不同磨矿细度下的解离度 测定结果见表9 。 表9 T a b l e9 不同磨矿细度的解离度测定结果 T h ed i s s o c i a t i o nt e x to fd i a s p o r ea td i f f e r e n t g r i n d i n gf i n e n e s s ／％ 测定结果显示，即使细磨矿，矿物之间也难以 充分解离，因此选择经济合理的磨矿细度即可。 6 结论 原矿是铝硅比为3 ．8 1 、A 1 0 ，为5 9 ．6 7 ％的高铝 高硅的低品位一水硬铝石型铝土矿矿石。由于矿石 中矿物共生关系复杂，且含有一定量的黏土类矿物 高岭石和伊利石等，即使放粗磨矿细度，也将造成 该矿石脱硅富铝的选别效果不理想。 参考文献 [ 1 ] 潘兆橹，赵爱醒，潘铁虹．结晶学及矿物学 下册 [ M ] ． 北京地质出版社，1 9 9 4 9 3 9 9 ，1 7 6 1 7 7 ，1 7 9 1 8 2 ． [ 2 ] 红钢．河南铝土矿工艺矿物学研究[ J 1 ．轻金属，2 0 0 1 1 1 6 1 0 ． [ 3 ] 方启学，黄国智，葛长礼，等．我国铝土矿资源特征及其 面临的问题与对策[ J ] ．轻金属，2 0 0 0 1 0 8 - 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