国内外铝土矿选矿脱硅技术现状及发展前景.doc

・42・第十届全国氧化铝学术会议论文集 国内外铝土矿选矿脱硅技术现状及发展前景 晏唯真 中国铝业郑州研宄院,河南郑州450041 擒薹随着船工业和耐戈材料工业、化学工业、磨料庭其他工业的高速发展和优质铝土矿贵潭的日苴减少,铝土矿选矿已引起世界各国的广泛t视。应用经济备理的选矿肚硅方法提高档土矿的铝硅比.正提高中低品位铝土矿质量,克分利用侣土矿青谭的有蛀才涪。本文主要从化学琏矿脱硅、抽理选矿脱硅、生轴选矿脱硅、联奢漉程脱硅等几十方面舟拓国内外侣土矿选矿脱硅技术.分折现有铝土矿选矿脱硅技术存在的同意.并时夺后袁固铝土矿选矿脱硅的炭展前景进行了探讨。 美■硼柘土矿}选矿由脱硅 铝土矿主要用于生产氧化铝并进一步生产金属铝。世界上90以上的氧化铝是由铝土矿生产的,除炼铝外,铝土矿还广泛应用于耐火材料、研磨、化工产品、水泥建材工业等领域。世界铝土矿资源丰富。【11据估计,铝土矿储量为245亿吨,而资源包括储量和潜在储量为350400亿吨,主要分布在澳大利亚、几内亚、巴西、越南、牙买加、印度、圭亚那、苏里南、印尼、希腊及中国。世界主要产铝土矿国家探明储量列于下表。 国家睫大刺亚几内亚巴西越南牙买加印度圭亚那储量,亿l56.256.028.020*********.0 随着铝工业的高速发展,世界铝土矿开采量迅速增长,【211949年时仅7.9Mt/a1Mt/al百万吨/年,1980年最高达91.36Mt/a,由于优质铝土矿急剧减少,人们不得不利用劣质铝土矿资源,特别是铝资源缺乏的发达国家,因此,铝土矿选矿问题引起了人们普遍的关注和重视。美国和前苏联从二十世纪三、四十年代就开始了铝土矿选矿脱硅技术研究,我国在二十世纪七十年代也开始了铝土矿选矿脱硅技术研究,现在,铝士矿选矿脱硅已成为我国氧化铝生产技术研究发展的方向之一。 1铝土矿选矿脱硅的任务 1.1铝土矿的类型 世界上的铝土矿主要有三种类型,国外的铝土矿大多数为三水铝石型,欧洲以一水软铝石为主,希腊为一水硬铝石一一水软铝石,前苏联则各种类型铝土矿都有。我国的铝土矿资源也很丰富,主要分布在山西、河南、广西、贵州、山东等省,除了广西平果矿外,一般都属离硅低铁的一水硬铝石一高蛉石型铝土矿,中低品位较多,据目前探明的情况,矿石A/S10的约lO,A/S为710的约20,A/S 为45的最多约60,其余为低品位矿。 1.2铝土矿选矿脱硅的任务 硅是铝土矿中最常见的杂质,在碱法生产氧化铝中硅是最有害的杂质之一。首先。在溶出过程中,进入铝酸钠溶液的si02,当其浓度达到一定值后,会与N8O、A】203反应,生成不溶于碱的水合铝硅酸钠又叫钠硅渣,其主要成份为Na20・A1203・1.7Si02・nH20而进人赤泥中,造成Na20和A1203的损失。其次,生成的钠硅渣会在预热器、高压溶出器及管道内表面上析出,生成结垢,形成结疤,使设备传热系数降低,溶出过程能耗增加。 在氧化铝工业生产中,不同的生产方法要求不同的矿石A/S,拜耳法一般要求A/s78,联合法要求A/S为57,烧结法用A/s20.一0.5一0.1ram的矿石A/s为6.95左右,而一0.1mm的矿石A/S9的精矿;对哈萨克斯坦铝土矿用辐射选矿法排除了富含在高岭石以及具有高导磁率和导电率鲕状绿泥石中的Si02,精矿铝硅比≥12.62。 2.2化学选矿脱硅技术 铝土矿化学选矿最初是由德国劳塔厂于40年代为了处理高硅的匈牙利、奥地利和南斯拉夫的铝土矿而提出的,是对细粒级嵌布的或高岭石以微晶状的细小集合体与铝矿物紧密共生的难选铝土矿的一种有效脱硅方法,其工艺包括预焙烧、溶浸脱硅、固液分离等。它的特点是在脱硅过程中,含硅矿物发生分解。近年来,化学选矿脱硅技术受到重视,国 -44第十届全国氯化铝学术会议论文集 内外进行了大量的试验研究。主要有铝土矿预焙烧碱液脱硅技术、高碱浓度选矿脱硅技术、低aK溶液脱硅技术、NaOH直接溶出一复合场分选脱硅技术等。 2.2.1铝土矿预焙烧碱浪脱硅技术 前苏联对铝士矿预焙烧碱液脱硅选矿作了许多研究,首先将原矿在1000“t2下焙烧60分钟,然后用10质量分效的苛性钠溶液浸取2小时,可使77的si02脱除,而铝的回收率可达9698,A/ S可从2.4提高到8.99.8。 我国山东铝厂对A/S为45的山西铝土矿在9001000℃焙烧,其中高岭石分解为奠来石矿物和游离si02,在0.294MPa压力下用碱液浸出15分钟,可使铝硅比达到1213,脱硅率先6070。2,2.2高碱浓度选矿脱硅技术 前苏联用古Na20k4505009/L的高浓度碱液处理高硅的一水软铝石一高蛉石型铝土矿、L/s为1520.反应温度95℃左右,得到的精矿A/S为12左右。 2,2.3低口K溶液脱硅技术 前苏联用出为1.75,A1203为2002379几的低nK铝酸钠溶液处理三水铝石一高岭石型韬土矿。L/S为7一10,反应温度95℃左右.脱硅时间46小时,得到精矿A/s为78。 2.2。4NaOH直接溶出一复合场分选脱硅技术 NaOH直接溶出一复合场分选脱硅技术是根据高岭石和一水硬铝石在不同溶解温度溶解的特点以及水台铝硅酸钠与一水硬铝石颗粒在粒度、密度和复合场的行为差异提出来的。采用该技术处理山西孝义铝土矿【121,溶出后采用sz复合场分选机分选。原矿A/S为57时,可获得精矿A/S达11以上,回收率达80以上。 2.2.5一种改进的化学选矿脱硅技术 化学选矿脱硅需要经过焙烧,能耗较高,为了降低能耗及强化焙烧和浸出,前苏联【l”又提出了一种改进的化学选矿脱硅技术。先将原矿经过选择性磨矿和分级后,仅取0.0440.074mm粒级用沸腾炉在850950℃的温度焙烧。用渗滤器进行碱处理, NazOk用量为1002009/L,然后把获得的铝精矿和在焙烧前分出的一0.044rnm的铝土矿舍在一起用拜耳法生产氧化铝。此法与处理铝土矿原矿相比,氧化铝的回收率提高6.5,Na20单位消耗量降低一半;与热处理全部铝土矿相比。焙烧热能消耗0,节能效果显著。 2.3生物选矿脱硅技术 生物选矿脱硅法是有前途的铝土矿脱硅方法。它能保证得到较高的工艺指标,并可避免或减少对环境的污染。生物选矿脱硅法是用异养微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物,如食硅细菌一种最具活性的硅酸盐细菌可以将一个高岭土分子分解为氧化铝和二氯化硅,从而使二氧化硅转化为可溶物,而氧化铝不溶得以分离。该法对处理胶状极细粒铝土矿较为适宜。前苏联[14】哈萨克斯坦所进行的高岭石一三水铝石试验中,采用杆苗胶质类细菌对细泥和磁性产品浸出。浸出温度2830℃,液固比为5,浸出时间9天。得到了约62的脱硅率和99的氧化铝回收率。 V.I.Grondeva【l纠等人的研究表明,利用野生和实验室和环状芽胞杆菌和粘液秆菌的突变体菌种,从不同的铝土矿中浸出硅,硅可能与细菌产生的外多糖类结合成络合物,使二氧化硅转化为可溶物。5天内从5种不同的高硅铝土矿中浸出了12.573.6的硅。 2.4联台工艺流程脱硅技术 对于某些铝土矿,由于矿物组成复杂,矿物结晶细散。难于单俸解离,再加上一些含韬硅酸盐如高岭石、舞绿泥石等的存在,铝土矿物理选矿的难度较大。单一浮选或其它工艺流程难以同时保证产品的品位和氧化铝的回收率,因而需要采用联合工艺流程脱硅。 匈牙利曾对某含硅酸盐较高的铝土矿采用磁选浮选或选择性絮凝的方法使精矿的A/s由4提高到19以上,选矿工艺费用大为减少,而且在脱硅技术同时也脱除了大部分的碳酸盐。 前苏联采用筛选一磁选一浮选流程处理高岭石三水铝石铝土矿,原矿为A120324.4, Si029.13,Fe20317.53;经选别后可获得A1203精矿品位49,8,含si02为5.95,A/S为8.4,铝回收率58.8的结果。 此外,联合工艺流程还有筛选一选择性碎解一选择性絮凝处理高岭石一水软铝石型铝土矿、筛选选择性碎解一絮凝处理鲡状绿泥石一水软铝石型铝土矿。选择性碎解一浮选法、选择性碎解一分级一浮选法、选择性碎解一粒度分选一浮选、浮选一分缀、选择性絮凝一脱混一反浮选法以及重选一浮选等等。 3我国铝土矿选矿脱硅技术的发展前景 我国铅土矿选矿脱硅技术研究在理论和实践方 第十屠全臣曩化铬拳术会议论文囊・45 面均已取得了一定的成果,特别是九五攻关项目“一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝新工艺新技术研究”。通过工业试验,当原矿铝硅比为5.7左右时,精矿铝硅比达到11以上,氧化铝回收率90左右,该攻关研究成果得到了专家的肯定,所以正浮选脱硅技术是较有前途的铝土矿选矿脱硅技术之一,但还有许多待完善和改进之处。另外,在研究正浮选回收氧化铝的同时,应非常重视反浮选脱硅的研究,因为它能减少浮选过程中的上浮量,经济上更趋合理,工业上更易实现。我国铝土矿反浮选脱硅工艺成功的实例未见报道。这可能与我国一水硬铝石型铝土矿的性质有关。其主要原因可能是1含硅矿物种类繁多,矿物间存在一定的可浮性差异,反浮选较难实现存在可浮性差异的多个含铝硅酸盐矿物的棍合浮选。2含硅矿物嵌布粒度微细,一15脚粒级占40一90,解离后微细粒含铝硅酸盐类粘土矿物上浮率低;3含硅矿物多为层状结构,层面与蛸面存在电性差异。影响可浮性。选择性聚团分选法和浮选柱有利于提高呈微细粒嵌布矿石的选别效率,这对于我国粒度极细的一水硬铝石型铝土矿的脱硅除杂也有适宜之处。应开展研究。 化学选矿脱硅技术研究也取得了一些进展。其主要优点是脱硅过程中氧化铝的回收事高,一般可达98以上;原矿经过高温处理,可脱除矿石中大部分的碳酸盐、硫、有机物等有害杂质,有利于后续拜耳法的溶出操作;对于目前采用烧结法或联合法生产氧化铝的企业来说,化学选矿脱硅可以在充分利用原有设备的基础上实现低成本改造,老厂改造的投资较低。化学选矿脱硅技术已在实验室进行过许多研究。但因碱耗和成本较高,条件控制较严格、有较复杂的碱液再生流程。主体作业之间的衔接研究不多等,还未在生产中得到应用。因此,在进行脱硅基础研究的同时,应加强半工业和工业试验方面的工作,使其能尽快应用于工业生产。进一步强化焙烧和碱浸脱硅,降低焙烧能耗,依然是研究的重点之一。 生物选矿脱硅技术是最有发展前途的方法,21世纪是生物技术高速发展的世纪。生物技术的进步将为细菌脱硅奠定技术基础。但在我国目前还未见过有关的研究报道。生物选矿脱硅技术还未应用于工业生产中,主要原因有1细菌浸出的速度慢,周期长,条件要求苛刻,生产率低;2细菌是一种异养型生物,需要有机物作营养物质,而现在还未找到一种廉价的培养基可作为培养细菌的有机养料;3在微生物的选择方面,现在还未能从遗传和解决异养的除杂和退化等技术难题。现阶段的工艺技术尚不成熟,脱硅成本居高不下,要发展细菌选矿脱硅,必须进一步开展廉价培养基的开发,并解决异养菌的除杂和退化以及缩短浸出周期等技术难题。只有在这些目题解决之后,细菌选矿技术才可能获得推广应用,该技术应紧跟生物技术的发展而加强研究。 随着铝土矿优质资源逐渐减少,劣质资源开发利用,铝土矿选矿脱硅显得越来越必要。铝土矿选矿脱硅能否在某一具体矿区工业应用的关键在于经济合理性而不是工艺技术可行性。合理的选矿工艺流程是铝土矿选矿工业可行性的关键。只有当矿石选矿脱硅费用能够由于氧化铝厂降低碱耗赚回或由于铝土矿价值提高、选矿费用低于两种矿石价格之差,才在经济上是合理的,否则,选矿是没有应用价值的。所以应进一步加强铝土矿选矿脱硅新工艺,特别是联合工艺的技术研究。 总之,采用经济合理的选矿脱硅方法,提高铝土矿的铝硅比,为拜耳法生产氧化铝提供优质原料,从而降低生产成本。改变我国氧化铝工业高能耗、高成本的现状,提高我国氧化铝在国际上的竞争地位是我国氧化铝生产技术研究发展的方向之一。 参考文献 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