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我国铝土矿资源特点及溶出技术发展趋势我国铝土矿资源特点及溶出技术发展趋势 王一雍、张廷安、陈 霞、王艳利 （东北大学材料与冶金学院 沈阳 110004 ） 摘要摘要我国铝土矿多为一水硬铝石矿，资源丰富，且高硅高铝，但铝硅比低，氧化铝溶出性能差，碱耗、 能耗高，生产成本高。我国现行的氧化铝生产方法已愈益不适应目前的资源状况及日益竞争的国际环境。 本文对不同的强化溶出方法进行了技术上的分析，并针对我国一水硬铝石矿的特点，重点阐明了采用后加 矿增溶溶出技术、微波加热技术、生物浸出技术进行强化溶出的优势所在及技术上的可行性了。 关键词关键词铝土矿；一水硬铝石；强化溶出；增溶溶出技术 1.我国铝土矿资源特点及存在的问题我国铝土矿资源特点及存在的问题 我国铝土矿资源储量丰富， 截止到 2001 年底,我国铝土矿储量 5.06 亿 t,基础储量 6.74 亿 t。资源量 18 亿 t，居世界第五位， 其中广西、贵州、河南、广西、山东五省区 占全国总储量的 85.5。但我国铝土矿类型 以一水硬铝石型为主，约占总储量的 98以 上，而三水铝石型铝土矿仅在海南、广西、 福建、台湾等省区有分布。 表表 1 中国主要铝土矿产地的矿石特征中国主要铝土矿产地的矿石特征 省份 Al2O3含量 SiO2含量 Fe2O3含量 平均铝硅比 占全国总储量 广西 58～60 5～6 15～17 9.9 12.8 贵州 67～68 8.8～11.1 2.2～3.0 6.1～7.8 18.1 河南 64～71 7.5～13.7 3.0～5.1 4.7～9.4 26.0 广东 54～61 15～22 5～9 3.7～3.9 3.8 广西 63～65 11～13 2～3 5.0～6.0 26.0 由表 1 可以看出我国的铝土矿具有高硅、 高 铝、低铁的特点，铝硅比偏低，约在 4～6 之间,其中的主要含铝矿物为一水硬铝石， 这 是一种难浸出的矿物， 用传统的拜耳法处理 这类矿石时，要求溶出温度高，使用的碱液 浓度也高， 因而生产上采用的工艺条件比用 三水铝石或一水软铝石为原料时苛刻。 这给 拜耳法系统的溶出，分解、蒸发等重要工序 的技术和装备带来了一系列困难。 随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工 业的快速发展，我国铝土矿资源，特别是优 质资源的短缺，已充分显现出来。按目前的 生产需求估算， 我国每年需消耗的铝土矿多 达 1000 多万ｔ，其中大多是优质矿或次优 质矿。目前优质铝土矿供需矛盾十分突出， 矿山均不同程度出现了贫化趋势， 特别是河 南等地的高铝矿已濒临枯渴， 众多用户争先 采购有限的优质资源。 我国铝土矿资源基础 储量中 80以上为中低品位矿， 目前高品位 优质铝土矿平均服务年限少于 10 年。如果 投稿日期2005-04-05 基金项目辽宁省重点学科带头人培养计划项目（200117124206） ， 作者简介王一雍，男，博士研究生。 通讯作者张廷安，男，教授，东北大学教授，博士生导师，zta2000 ___________________________________________________________________________ 没有新的大规模的高品位铝土矿发现、 探明 并开发， 我国北方地区氧化铝厂的拜耳法系 统将在数年之后面临高铝矿资源严重短缺 的局面。这不但将增加单位产品耗矿量，而 且将使生产成本大大增加。 面对国内供不应求的市场和国际氧化 铝低成本的冲击， 我国氧化铝生产显现出危 机四伏、回天无力的局面。中国加入世贸组 织以后，受国外氧化铝工业的影响，我的氧 化铝工业面临的形势更加严峻。因此，根据 我国铝土矿的特点， 开发生产成本低的氧化 铝生产工艺，发展我国氧化铝工业，提高我 国氧化铝工业的国际竞争力，已迫在眉睫。 2.我国铝土矿的溶出技术的发展我国铝土矿的溶出技术的发展 目前，管道化高温加热强化溶出技术、 铝酸钠溶液高浓度分解技术、 新型搅拌分解 槽、 间接加热的连续脱硅等技术正在推广使 用， 从国外引进的先进技术与设备已在发挥 巨大的作用。 管道化溶出技术管道化溶出技术 管道化溶出是拜耳法溶出工艺及装置 的一种， 该工艺又分为单管管道化和多管管 道化两种,均采用管道进行矿浆的预热及溶 出[1]。 前西德 VAW 于 1960 年即开始对管道 化溶出的技术进行研究，于 1966 年在纳勃 氧化铝厂建成世界上第一套年产 60 万 t 氧 化铝的管道化溶出装置。 上世纪九十年代初, 中铝从VAW引进一套Ra6管道化溶出装置, 至九十年代末期成功的应用于氧化铝生产 中,开创了管道化溶出用于处理一水硬铝石 型铝土矿之先河。 中国长城铝业公司的侯用兴,李旺兴,吕 子剑[2]在研制一水硬铝石管道化溶出技术 方案时,针对河南一水硬铝石铝土矿可磨性 差、 硅矿物结构形态复杂、 难溶等特点,设置 了磨矿、 化灰、 原矿浆预脱硅、 管道化溶出、 熔盐加热、 和酸洗等工序,使之成为了一个适 合我国一水硬铝石的管道化溶出系统。 我国针对一水硬铝石矿物形态复杂、 难 溶、可磨性差的特性，通过研究一水硬铝石 矿的溶出、硅矿物结疤及腐蚀等规律，并对 引进的国外设备消化、 吸收和创新,首次实现 了国际上管道化溶出一水硬铝石的工业实 践。 开发研制成功了处理一水硬铝石矿的管 道化溶出成套工艺技术和装备。 此项技术在 处理一水硬铝石矿技术方面， 达到世界领先 水平。 但一水硬铝石型铝土矿因其硬度高,对 溶出装置的进料泵、管道、管件、阀的磨蚀 严重， 且其中硅矿物含量较高,还含有少量钛 矿物，它们在溶出过程中易形成较多的硅、 钛矿物的结疤。 为使管道化溶出装置更好地 适应于溶出我国一水硬铝石型铝土矿,不宜 采用单纯的管道化溶出装置。 管道预热管道预热保温罐溶出技术保温罐溶出技术 我国第一套管道预热保温停留罐溶 出装置是 1983 年贵阳铝镁设计研究院为郑 州轻金属研究院氧化铝中试厂设计的， 1988 年投产试车成功[3]。上世纪 90 年代先后投 产的山西铝厂和平果铝厂引进了法国彼施 涅铝业公司的“管道预热- 压煮器加热溶出” 的间接加热溶出技术。 中国长城铝业公司的 赵清杰等人[4]通过对目前世界上拜尔法强 化溶出工艺的技术分析和对河南封登铝土 矿的半工业试验研究,提出了适宜于河南登 封铝土矿特点的改良管道预热停留罐溶 出新工艺,它既具有管道预热停留罐溶出 工艺的优点,即保证有良好的溶出效果和较 低的能耗,又可避免在管道预热面产生结疤、 PDF created with pdfFactory trial version 中国科技论文在线___________________________________________________________________________ 使强化溶出工艺能长周期运转。 此项技术令矿浆在单管预热器中快速 加热到溶出温度，再在停留罐中充分溶出。 它利用了管式反应器容易实现高温溶出及 高压釜能保证较长溶出时间的特点， 又克服 了纯管道化溶出时间管道过长， 使泵头压力 升高，电耗大且结疤清洗困难的缺点，以及 纯高压釜溶出时溶出温度不能超过 260℃， 机械搅拌密封和结疤清洗困难的缺点， 适合 于处理需要较长溶出时间的一水硬铝石型 铝土矿。停留罐中无搅拌和加热装置，结构 简单，加工制造容易，维修方便，容易清洗 结疤。 采用此项技术需要较长的溶出时间以 及稍高的碱液浓度 （Nk150～160g/L） 但溶出 的热耗较低约 4.0GJ/t.Al2O3以下与管道 化溶出相当,但由于我国一水硬铝石矿含有 较高的硅矿物, 为了避免在管道预热面产 生结疤,因此要认真研究其在不同温度下的 反应行为,以选择适宜的脱硅钛装置才能使 此技术得到很好的应用。 单管预热高压釜溶出技术单管预热高压釜溶出技术 我国已经引进该项技术并投入生产， 其 技术特点是器中预热到 150℃左右，再在间 接加热机械搅拌高压釜中加热、溶出。溶出 温度高260℃， 溶出时间充分， 达45～60min， 矿浆流量 450m 3/h，相当于年产氧化铝 330kt，是当前处理一水硬铝石型铝土矿的 最大溶出器组。 此项技术的最大缺点是机械搅拌的高 压、高温、高浓度碱的恶劣条件下工作，器 内加热管束常被矿浆磨穿造成事故， 设备维 修频繁，同时还须采用高压蒸汽锅作为热 源，热效率不高，这是它的不足之处。 虽然上述技术在一水硬铝石的强化溶 出方面都有其显著的优势，但都存在流程 长，能耗大的缺点。只有从我国资源特点出 发、开发流程短、能耗低、经济合理的新工 艺，才是我们努力的根本方法。下面分别对 几种新兴技术进行介绍。 后加矿增溶溶出技术后加矿增溶溶出技术 该技术在本世纪50年代美国首次使用, 溶出液的αk为 1.48。随后该技术也在日本 得到了应用,溶出液的αk为 1 39。澳大利亚 的昆士兰氧化铝厂于 1988 年开始利用该技 术以提高产出率,溶出温度 255℃,在此条件 下充分溶出Comalco公司的三水铝石水 软铝石矿,然后在 180℃的自蒸发器内加入 三水铝石矿使氧化铝浓度提高,溶出液的αk 为 1.34。 昆士兰氧化铝厂利用此技术将年产 量提高 10以上。 郑州轻金属研究所的吕子剑和尹中林 [5] 等对增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿 的可行性进行了分析。认为到目前为止，我 国可用于氧化铝生产的铝土矿几乎全部为 一水硬铝石矿， 拜耳法溶出需要较高的碱浓 度和溶出温度，如在 Nk200～220g/l，溶出 温度为 250～260℃的条件下需要 60～90 分 钟才能获得较好的溶出指标， 而三水铝石－ 一水软铝石矿在 230℃的温度下只需 5 分钟 即可达到溶出要求， 三水铝石矿的溶出则更 为容易。因此，在我国开发利用该项技术具 有明显优势。 此技术在无需在大量投资和现 场改造的情况下， 就可用于我国各拜耳法及 联合法氧化铝厂实现增溶溶出， 降低溶液出 液的分子比。 而且此技术可用于我国氧化铝 生产技术的任一发展阶段。 尹中林，周海龙等 [6]通过实验证明有目 的的提高河南铝土矿溶出配料αk， 降低了河 南矿的溶出温度，缩短河南矿的溶出时间。 PDF created with pdfFactory trial version 中国科技论文在线___________________________________________________________________________ 而在溶出料浆自蒸发器中加入适当比例的 韦帕矿来进行溶出， 可以达到较低溶出液α k， 较高溶出率的综合溶出效果， 以达到降低 能耗，增加产能以及降低赤泥铝硅比的目 的。 近年来国内的学者还对采用一水硬铝 石矿进行活化焙烧后作为后加矿进行增溶 溶出技术以及增浓机理等作了大量研究。 中 南工业大学的李小斌等 [7～8]对活化焙烧一水 硬铝石矿增溶溶出过程动力学作了研究， 通 过实验验证了当温度在 230～240℃之间变 化时， 焙烧矿在增浓溶出过程中和苛性碱反 应为一级反应，遵循推导的反应方程。 山西铝厂的梁春来和中南工业大学的 李小斌、 彭志宏 [9，10，11]对增溶溶出的工艺进 行了研究，在拜耳法溶出末期，温度在 230 ℃以上添加焙烧矿相当于拜耳法溶出总配 矿量的 10～20，焙烧矿部分氧化铝溶出率 可以达到 70以上。 长城铝业公司的张瑜 [12]等人利用氢氧 化铝生产过程中产生的氢氧化铝结疤料作 为后加矿进行增溶溶出实验。 发现拜尔法系 统添加氢氧化铝结疤料进行增溶溶出， 在技 术上可行，流程简单，设备投资少，操作方 便，与现有生产工艺流程衔接合理，对现有 生产技术条件影响较小。 目前， 国内对于采用国外的三水铝石矿 和国内的焙烧精矿作为后加矿的增溶溶出 工艺的研究比较多。东北大学的张廷安，王 艳利 [13，14]等人以三水铝石矿作为后加矿， 通 过单因素实验推荐增溶溶出条件为 一段配 料分子比范围在 1.55～1.60，增溶温度为 195～200℃，增溶时间为 15～20 分钟，后 加矿的加矿量为一段溶出时加入一水硬铝 石矿的 20左右。在此条件下，铝土矿的溶 出率可以达到 88.5，溶出液的分子比可以 降至 1.38。 且增溶溶出后矿浆的沉降性能得 到很大的改善。 国内的铝土矿中三水铝石只占 1多， 而 作为后加矿的加入量应占矿石量的 10左 右，所以采用三水铝石矿作为后加矿的话， 势必要大量进口国外的三水铝石矿， 但是国 外优质的三水铝石矿价格昂贵并且受多种 因素影响。 采用焙烧精矿作为后加矿进行增 溶溶出在技术上和工艺上是可行的， 但是高 温焙烧精矿要增加能耗。 还可以将目前我国 联合法工艺中的烧结法粗液直接进行深度 碳酸化分解所得到的粗氢氧化铝作为后加 矿进行增溶溶出， 但关于这方面的研究成果 未见更多文字报导。 在我国开发利用增溶溶出技术具有技 术和经济上的可行性。 采用该项技术在不需 要扩大基建规模的前提下,可明显增加氧化 铝产量,降低生产成本,为我国生产砂状氧 化铝创造有利条件,同时有利于调整溶出液 的成分,使生产过程更为稳定。采用该项技 术的工艺方案可灵活选择。 微波作用一水硬铝石的溶出微波作用一水硬铝石的溶出 微波加热在冶金中的应用是近年来发 展起来的一种冶金新技术,世界上的一些发 达国家美国、英国、日本、加拿大都很重 视这一新技术的研究,我国也在 20 世纪 80 年代开始了这一领域的研究工作.微波加热 在冶金中的应用虽然还处于发展阶段,但已 取得了许多很有吸引力的研究成果.自20世 纪80年代以,关于微波加热在冶金中的应用 研究日益增多。 与传统加热方式相比， 微波具有内部加 热，快速加热，选择性加热等特点。近些年 国内外已有微波加热技术应用于提取冶金 PDF created with pdfFactory trial version 中国科技论文在线___________________________________________________________________________ 过程报道，如红土矿微波浸取镍，铜精矿三 氯化铁浸取铜，多孔核废料有价金属回收， 金精矿预处理，氰化提金工艺等，所得到的 结果均明显优于传统处理工艺 [15]。 中铝股份郑州研究院的王建立,,王庆 伟等 [16]对声场作用下不同溶出温度下对一 水硬铝石溶出的影响、 声场作用下不同母液 浓度的溶出效果、 声场作用下不同溶出时间 的溶出效果、 声场辐照方式对矿石溶出效果 的影响、 声场辐照对溶出赤泥的物相成份的 影响进行了实验研究， 认为超声波可以软化 一水硬铝石型铝土矿的溶出条件。 声场作用 下矿石的溶出率和溶出速度均得到提高,与 高压溶出工艺相比溶出时间可缩短 20～40 分钟;声场作用下的溶出可在较低的溶出温 度下达到较满意的溶出效果,可降低溶出温 度近 20℃;声场作用下的溶出可在较低苛性 碱浓度下达到较满意的溶出效果,可降低苛 性碱浓度 20～40g/L。。 北京有色金属研究总院的郭先健、 王淀 佐、丁伟安等 [17]，针对广西平果一水硬铝石 型矿进行微波作用下一水硬铝石型铝土矿 的拜耳法溶出过程的研究得出增加微波辐 射功率和延长溶出时间， 氧化铝相对溶出率 显著提高。同时，溶出率随着 NaOH 浓度的 升高而增加。在相近的溶出条件下，微波辐 射拜耳法溶出速率明显高于常规拜耳法溶 出速率。 郭先健等人还指出微波作用下一水 硬铝石的拜耳法溶出过程与传统的拜耳法 溶出工艺相比,溶出温度低,溶出速率提高, 而且能消除钛结巴的危害,能较好地改善一 水硬铝石的溶出性能和降低氧化铝的生产 能耗。 微波加热技术应用于铝土矿拜耳法溶 出工艺,是解决一水硬铝石型铝土矿难溶并 降低氧化铝生产能耗的一条新途径。 尽管在 冶金领域对微波能的利用的研究成果尚未 有实质性的工业应用,但从人们对环保要求 的日益增强,世界能源短缺以及日益激烈的 全球性竞争方面,可以看到采用高效的常规 或非常规技术来提高效益、 降低成本是将来 发展的必然趋势。 随着高新技术的发展和对 微波技术研究的日益深入,微波作为一种清 洁、干净有效的能源,在冶金领域也必将发 挥重要的作用,具有着广阔的应用前景。 生物浸出生物浸出 生物浸出是 50 年代才发展起来的新工 艺。针对我国铝土矿硅含量高的特点，利用 微生物将铝土矿中的硅铁等溶去， 达到降硅 除杂的目的， 不仅使低品位铝土矿质量提高 适于拜尔法工艺， 某些劣质铝土矿及含铝硅 酸盐矿物亦可成为炼铝资源， 同时生物浸出 最大限度地满足于环保要求。 20 世纪 80 年代,人们试图用生物技术 方法处理铝土矿。,用环状芽胞杆菌和粘液 杆菌脱纪80年代曾有报道,用环状芽胞杆菌 和粘液杆菌脱除铝土矿中的二氧化硅,以及 用黑曲霉菌溶解铝硅酸盐中的铝。 格鲁德娃 等人的文章中报道了在 5 个 5L 搅拌槽中进 行铝硅酸盐生物降解的连续浸出作业。 浸出 进行了 5d,每天将最后一个槽的矿浆过 滤,1L 滤液含细菌循环至串接的第一槽。 卡拉维科等在 1989 年还提出用微生物处理 铝-针铁矿以增加拜耳法的铝提取率。但是 这些想法都未能工业化。 最近报道了印度贾 姆讷格尔矿山铝土矿和水样的微生物生态 学,初步研究表明,用多粘芽胞杆菌可选择 性地除去钙和铁杂质,获得分别供作磨料和 耐火材料用的富铝土矿 [17]。 北京有色金属研究总院李聆值 [19]通过 PDF created with pdfFactory trial version 中国科技论文在线___________________________________________________________________________ 研究得出， 能够从硅酸盐和铝硅酸盐矿物中 浸出硅的“硅酸盐”细菌大都是典型的异养 菌微生物，通过综合利用各种诱变剂如紫 外线、乙撑亚胺、亚硝基肌等发生突变， 突变体对矿物的溶解能力得到加强。 采用上 述异养微生物细菌可以从矿石中浸出硅、 铁、镍、钙等。异养微生物细菌的浸出富集 试验，浸出后，固体浸出渣的特点是铝含量 比传统方法生产的浸渣高，硅模数高，更适 合于拜尔法回收铝的工艺。浸出过程中，一 部分铝进入溶液中， 这部分金属可用树脂加 以回收。 这在很大程度上对传统拜尔法溶出 起了强化的作用。 尽管生物浸出技术由于浸出条件严苛， 浸出周期长等不利因素未能在我国铝土矿 溶出工艺上得到广泛的工业应用， 但使用微 生物浸出及富集低品位矿石和矿物现已被 广泛认为是一种为常规湿法冶金作业备选 的经济、有效及对环境友善的方案，所以， 这方面的研究工作将是长期的， 但又具有实 际的意义。 3.结束语结束语 铝土矿的溶出过程是拜耳法生产氧化 铝的关键环节，核心工序。后加矿增溶溶出 技术、微波加热技术、生物浸出技术，在减 少铝土矿溶出过程的能耗，强化溶出过程， 铝土矿资源的有效利用方面都有显著的优 势，尤其是微波加热技术、生物浸出技术以 其清洁，环保的特点，正逐渐为广大科研工 作者所瞩目，国内外研究力度在不断加大。 针对我国铝土矿的资源特点， 我们更应该加 大这几项技术的研究力度， 尽快解决优势工 艺存在的产业化技术难题， 使我国的铝工业 在国际市场上更有竞争力， 同时彻底解决氧 化铝工业中的污染难题， 改变我国氧化铝工 业的高能耗、高成本、高污染状况，真正实 现我国铝工业的可持续健康发展。 参考文献参考文献 1. 赵清杰.一水硬铝石矿溶出新工艺的研究[J]. 轻金属，2000（1） 17～21. 2. 侯用兴,李旺兴,吕子剑．管道化溶出一水硬铝 石型铝土矿的工业实践 [J]．轻金属， 2003323～26． 3. 季先德．论我国一水硬铝石矿的拜尔法强化溶 出工艺 [J]． 有色金属 （冶炼部分） ， 19986 26～30． 4. 赵清杰,杨巧芳,韩中岭,肖钊铝．强化溶出河南登 封铝土矿的新工艺研究 [J]．世界有色金属， 19991235～37． 5. 吕子剑，尹中林．一水硬铝石矿溶出后后加矿 增溶溶出技术的可行性分析[J]．轻金属， 19971124～26． 6. 尹中林，周海龙，刘高兴．采用分步溶出技术 处理河南铝土矿和澳大利亚韦帕矿的可行性 [J]． 有色金属冶炼部分， 19944 17～19． 7. 李小斌，周秋生，彭志宏等．活化焙烧一水硬 铝石矿增浓溶出过程动力学[J]．中南工业大 学学报，2000，313219～221． 8. 周秋生，李小斌，彭志宏等．一水硬铝石增浓 溶出及其机理[J].中南工业大学学报，2001， 324360～362． 9. 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The characteristic of bauxite resources and technical development of digestion in China Wang Yiyong Zhang Ting’an Chen Xia Wang Yanli （（ School of Materials Metallurgy of Northeastern University Shenyang 110004 ）） Abstract China is rich in bauxite resources, but our bauxite is diaspore, which has high content of alumina and silica, but low radio of A/S, the bauxite digests difficulty and with high cost and expenditure of energy and base. The existing digestion technology is not compatible with present situation of bauxite resources in China and increasingly losing its market competitiveness in the world of alumina. The paper technically analyzed with different intensive digestion technology and illustrated the advantages and technical feasibility to introduce sweetening digestion, microwave- assisted digestion and bioleaching digestion. Keywordsdiaspore；；bauxite ；； intensive digestion ；；Sweetening process PDF created with pdfFactory trial version 中国科技论文在线___________________________________________________________________________