铝土矿选矿.pdf.pdf

3 4 国 外 金 属 矿 选 矿 2 0 0 8 ． 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 ． 7 7 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 8 5 ％～9 0 。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 KA W A p p a r a t e Ve r f a h e n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 2 用 于 炼铝 的铝 土矿 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 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 ． 7 7亿 t 的铝 土 矿 是最 重 要 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 9 O ～ 9 5 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 1 O ％氧化铝 用于其 他 特定 目的 ， 例 如 用作 染 料 和洗涤剂 的添加剂 。其余 5 ～1 O 的铝土矿用作 磨料、 耐火材料和陶瓷生产或水泥添加剂。 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 。 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 个铝 土矿 矿区 由一组 多个单 独 的铝 土矿 矿床 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 个 铝 土矿 矿 区是 一个 很 大 的地 域单 元 ， 它 由 几 个铝土 矿矿 区组成 ， 通 常 以宏 观构 造单元 划分 。 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 拜耳 法 源 于 化 学 家 卡 尔 一 约 瑟 夫 拜 耳 于 1 8 8 7年和 1 8 9 2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 中的氢氧化铝被溶解出来 。三水铝石的溶出温度为 1 1 O ～1 4 O ℃ ， 而 一 水 软 铝 石 需 要 的溶 出温 度 为 1 8 0 ～ 2 8 O ℃、 一 水 硬 铝 石 需 要 的 溶 出 温 度 为 2 5 0～ 2 8 0 ℃ 。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 5 5 ～7 0 ℃ ， 通 过 在 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 1 2 0 0 ～ 1 3 0 0 ℃温度 下在 回转窑 或流 态化床 炉 中煅 烧 。 2 ． 2生产初 级金属 铝 初级 金属 铝是根 据霍 尔一 赫鲁尔 特方法通 过熔 融 电解生 产 的 ， 此方法 于 1 8 8 6年 由赫鲁 尔特在 法 国 和霍尔在美国同时， 但又相互独立 申请专利 。熔融 维普资讯 2 0 0 8 ． 2 国 外 金 属 矿 选 矿 3 5 电解 在 9 5 O ～ 9 7 0 ℃ 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／ c m。 。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 T i O 2 含量 ； 4 铝 土矿／ Al O 3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 4 O 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 Al z O。 含量为例 ， 直至 2 O世纪 8 O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 2 O世 纪 8 O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 。 毒 、 札 0 ， 1 9 8 0 ～ 1 0 9 8 年趋势 | I △ ／ ／ 、 、 一 ， 正 图 2 以 AI 2 o 3 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 Ap p a r a t e Ve r f a h e n公 司 简 称 AKWAV 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 AKwAV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 L o s P ij i g u a o s 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 3 6 国 外 金 属 矿 选 矿 2 0 0 8 ． 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 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 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 ， 约为 5 O 。总保有储量约为 1 ． 7亿 t 的铝土矿， 矿 石 平 均 A1 O。含 量 为 4 9 ， 平 均 S i O 含 量 为 l O ． 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 太 高 2 0 而未被 开采 。 2 0 0 3 年 ，C VG Ba u x i l u m Op e r a d o r e d e B a u x i t a 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 7 5 0 k g 送 到 了 AKWA V 公 司的 技 术 中心 。AKWAV 公 司 与 加丹 那 的 Al c a n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 。 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 组 分 Al 2 03 F e 2 03 S i Oz 1岂 - S i Oz T i 02 C a O 含量／ 4 4 ． 5 8 ． 5 2 1 ． 6 2 2 l _ 5 6 1 ． 1 1 6 m11 “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 。 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 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 料与煤炭一起在电炉里被加热到 2 0 0 0 C以上 ， 高温 使 铝 土矿熔 为液化 。经 过约 6 h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 1 1 0 0 “ 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 。 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 8 5 ％ ～ 9 O ％ 下转第 1 3页 维普资讯 2 0 0 8 ． 2 国 外 金属 矿 选 矿 1 3 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 。 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 1 1台 OK～5 O型浮选机 、 泵 、 给药机 和 配制 药 剂用 的溶 液 槽 。 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 k Wh ， 而 采用 浮 选方 法 时 可节 省 电 能 8 ． 9 k Wh 见 表 3 。 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 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 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 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 ， 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 0 8 0 2 0 2 上 接第 3 7页 的 Al z O 。 和 1 ． 5 ～2 ． 5 的 F e 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 除了重选外 ， 磁选 弱磁选和强磁选 在铝土矿选矿 种铝 土矿产 品 绝大 部 分 来 自 中国 ， 在 中 国 约 有 3 0 0 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 。 技术更加复杂 、 费用更 高的加工过程 如浮选 近年来为了应对中国铝土矿产品 日益增长 的价 也 已成功地被试验证实， 可用于降低铝土矿 中的二 格， 南美选矿厂的生产重新活跃起来， 甚至启动 了一 氧化硅含量。较高的铝土矿原矿选矿费用会降低拜 些已被关 闭的选 矿厂 。对于用于 冶金生产 的铝土 矿 ， 耳 法的 费用 ， 并 减小对 环境 的影 响 。 选 矿过程的研究 是面 向未来 。为此 下 面描述 一 个 带 可 以预料 ， 越来 越多 的铝土矿 矿 山 ， 将会 响应市 有 重选 分离的南 美选矿厂 ， 典型 的流程 是原矿 经过 粉 场 发展需 求 ， 在 不久 的将来 对铝 土矿原 矿进 行选矿 。 碎 和洗选 ， 分成几 个粒 级 ， 然 后分 别 给到 不 同的 下游 这尤 其适合 于位 于 印度 、 西 澳 大 利 亚和 中 国的铝 土 重选作业 。重选 过程适 合 于从 铝土 矿原 矿 中分 离 出 矿矿 床 。 富铁组分 。从颜色可 以很容 易看 出重选 效果 ， 暗红色 刘建远 ； 李长根J 产 品是被 除去 的含 富铁组分 的高密度产 品。 { 0 8 0 2 0 7 } 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 维普资讯