铝土矿选矿

《铝土矿》铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。铝土矿的应用领域有金属和非金属两个方面，是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小，但用途却十分广泛。铝土矿的成分铝土矿的矿物成分：三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石铝土矿的化学成分：主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O＋，五者总量占成分的95%以上，一般＞98%，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。铝土矿的成分三水铝石化学组成为Al(OH)3﹑晶体属单斜晶系P21/n空间群的氢氧化物矿物。与拜三水铝石和诺三水铝石成同质多象。旧称三水铝矿或水铝氧石。三水铝石是铝的氢氧化物结晶水合物，在铝土矿中它是主要的成分。三水铝石的晶体极细小，晶体聚集在一起成结核状、豆状或土状，一般为白色，有玻璃光泽，如果含有杂质则发红色。它们主要是长石等含铝矿物风化后产生的次生矿物。晶体结构与水镁石相似，由夹心饼干式的(OH)-Al-(OH)配位八面体层平行叠置而成﹐只是Al3+不占满夹层中的全部八面体空隙，仅占据其中的2/3。一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质，与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石，脱水可变成α刚玉，可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等交代。铝土矿的成分一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为AlO(OH)，分子式为Al2O3·H2O。斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代，脱水可转变成一水硬铝石和α刚玉，水化可变成三水铝石。铝土矿的成分红柱石铝土矿的分类按矿石中有用矿物成分种类可将铝土矿划分为：三水铝石(Gibbsite)型一水软铝石(Boehmite)型一水硬铝石(Diaspore)型红柱石铝土矿资源分布特点我国铝矿资源丰富。储量居世界第四位。其中沉积型铝土矿占总储量的89．9％。堆积型铝土矿占总储量的8．5％，红土型铝土矿占总储量的1％。主要矿石类型为一水硬铝石，约占总储量的99％，而三水铝石仅占总储量的1％。铝矿分布集中，其中96％的储量分布在山西、贵州、河南、广西、山东及四川、云南等七省区的255个矿区中。我国一水硬铝石型铝土矿具有高铝、高硅、低铁的特征，矿石的铝硅比(矿石中Al2O3，与SiO2的质量比，简称A／S)较低，A／S为5~8的较多，约占总贮量的80％，A／S为2~4的占10％，A／S大于10的矿石较少，因而导致我国氧化铝生产工艺复杂，生产成本高，产品质量差。铝土矿的用途(1)炼铝工业。用于国防、航空、汽车、电器、化工、日常生活用品等。(2)精密铸造。矾土熟料加工成细粉做成铸模后精铸。用于军工、航天、通讯、仪表、机械及医疗器械部门。(3)用于耐火制品。高铝矾土熟料耐火度高达1780℃，化学稳定性强、物理性能良好。最重要的用途是：铝工业中提炼金属铝、作耐火材料和研磨材料，以及用作高铝水泥原料。铝土矿在非金属方面的用量所占比重虽小，但用途却十分广泛。(4)硅酸铝耐火纤维。具有重量轻，耐高温，热稳定性好，导热率低，热容小和耐机械震动等优点。用于钢铁、有色冶金、电子、石油、化工、宇航、原子能、国防等多种工业。它是把高铝熟料放进融化温度约为2000～2200℃的高温电弧炉中，经高温熔化、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却，就成了洁白的“棉花”——硅酸铝耐火纤维。它可压成纤维毯、板或织成布代替冶炼、化工、玻璃等工业高温窑炉内衬的耐火砖。消防人员可用耐火纤维布做成衣服。(5)以镁砂和矾土熟料为原料，加入适当结合剂，用于浇注盛钢桶整体桶衬效果甚佳。(6)制造矾土水泥，研磨材料，陶瓷工业以及化学工业可制铝的各种化合物。铝土矿的主要用途铝土矿利用现状铝土矿先经过脱硅处理，提高铝硅比，然后通过拜耳法生产氧化铝氧化铝通过电解得到金属铝铝土矿氧化铝金属铝铝土矿原矿铝土矿选矿脱硅在用碱法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿中最有害的杂质，溶出时产生铝硅酸钠(生产上称为钠硅渣)引起铝的损失，增加碱耗，同时使得生产工艺复杂，导致生产成本提高。资料表明：用拜耳法生产氧化铝，矿石中的SiO2每增加1％，每吨矿石多消耗NaOH6．6kg、Al2O38.5kg；用烧结法生产氧化铝，矿石中SiO2每增加1％，则多消耗石灰石3．5kg。由于矿石硅高、铝硅比低，必须采用熟料烧结。在烧结法生产中，熟料烧结的能耗最大，占总能耗的54．35％以上；在混联法生产中，熟料烧结的能耗仍然占首位，达26．45％。可见硅高、铝硅比低是造成我国氧化铝工业生产成本高的主要原因。因此，必须设法降低矿石中的SiO2含量，提高铝土矿的品位，使它们变成生产氧化铝的优质原料，达到降低能耗、节省成本的目的。铝土矿脱硅的主要方法化学选矿法其他脱硅法物理选矿法铝土矿选矿脱硅化学选矿法:铝土矿化学选矿最初是由德国劳塔厂于20世纪40年代为了处理匈牙利、奥地利和南斯拉夫的高硅铝土矿提出的，是针对细粒级嵌布的、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的脱硅方法。脱硅效率高是其主要优点，工艺包括预焙烧、溶浸脱硅、固液分离等工序。铝土矿选矿脱硅—化学选矿法化学选矿脱硅法流程复杂、能耗高、焙烧制度严格，而且技术还不够完善，因此目前应用较少。化学选矿脱硅法原理：在一定的温度下，通过化学反应分解矿石中的含硅矿物(主要是高岭石)，然后用苛性钠溶液对焙烧产物进行溶出处理，其中SiO2优先溶出，进入液相，铝矿物仍留在固体中，然后通过固液分离等方法便可达到脱硅的目的。化学选矿脱硅法的特点，就是在脱硅过程中含硅矿物发生分解。铝土矿选矿脱硅—化学选矿法铝土矿选矿脱硅—化学选矿法化学选矿脱硅法分类：化学选矿脱硅法：焙烧—氢氧化钠溶出脱硅法氢氧化钠直接溶出—分选脱硅法铝土矿选矿脱硅——化学选矿法焙烧一氢氧化钠溶出脱硅法：采用焙烧使高岭石分解为无定形Al203和si02，然后在90～140℃下，用氢氧化钠优先溶解SiO2，经过固液分离后获得高铝硅比精矿。氢氧化钠直接溶出—分选脱硅法：根据高岭石和一水硬铝石在不同温度下溶解的特点以及水合铝硅酸钠与一水硬铝石颗粒在粒度、密度和在复合场中的行为差异实现脱硅。铝土矿选矿脱硅—化学选矿法氢氧化钠直接溶出—分选脱硅法：根据高岭石和一水硬铝石在不同温度下溶解的特点以及水合铝硅酸钠与一水硬铝石颗粒在粒度、密度和在复合场中的行为差异实现脱硅。前苏联采用焙烧一氢氧化钠溶出脱硅法对高岭石以微晶状或细小集合体与铝矿物紧密共生的铝土矿进行脱硅，脱硅率可达73％～77％，Al2O3回收率可达96％～98％，铝硅比可由2.37提高到8.7～9.7。为简化该工艺流程，前苏联还研究了铝土矿不经预先焙烧的氢氧化钠直接溶出脱硅法，脱硅率达76％～78％，可获得优质精矿。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法以天然矿物形态除去含硅矿物，达到降低铝土矿矿石中Si02含量的目的。常见的方法有洗矿、分级、选择性碎解、浮选法和选择性絮凝法等。物理选矿脱硅法：洗矿分级选择性碎解选择性絮凝法浮选法铝土矿选矿脱硅—物理选矿法洗矿、分级脱硅法：洗矿、筛分是最简单的选矿方法。通过采用圆筒洗矿机、振筛机和水力旋流器等设备，利用含硅矿物易粉碎泥化的特点，除去细粒级，提高铝硅比。研究表明，这种方法仅对疏松的铝土矿有效，通常对三水铝石—高岭石型铝土矿采用此法能获得较好的分选效果。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法选择性碎解一分选脱硅法：选择性碎解是根据各种铝矿物与高岭石在磨矿时粉碎的难易程度不同进行碎解而达到选别目的的一种方法。我国广西冶金研究所对广西那豆矿进行选择性碎解试验,原矿A/S为5．61，选择性碎解后，其粗级别(+0.037mm)矿A/S达9.76以上，产率为46.49％铝土矿选矿脱硅—物理选矿法选择性絮凝脱硅法：该方法主要适用于嵌布粒度很细的一水软铝石型矿石。由于该类矿石中含泥较多，故要将矿石细磨到-5mm约30％～40％，以六偏磷酸钠作分散剂，以苏打、苛性钠作调整剂，以聚丙烯酰胺作絮凝剂使铝矿物发生絮凝，然后将絮凝物与悬浮物分离。Al2O350.25％、SiO218.32％、A/S2.75的原矿经选择性絮凝分离，可得Al2O360％、SiO212.3％、A/S5.0的精矿，产率可达50.40％铝土矿选矿脱硅—物理选矿法流化分选脱硅法：流化分选法是利用流化床实现的重力选矿，是根据铝土矿矿石的有效密度以及各矿石粒度分布不同，进行分离。铝土矿的密度(g/cm3)一般为2.80～2.90、一水硬铝石为3.30～3.50、高玲石为2.60，其它含硅矿物一般小于3.00；磨矿细度在0.175～0.147mm，可选出精矿A/S为11.50，回收率72.8％。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法浮选脱硅法：浮选脱硅法是当前研究较多、也是较为有效的方法之一。根据上浮矿物是否为目的矿物，浮选可以分为正浮选和反浮选。正浮选铝土矿的捕收剂一般用阴离子捕收剂，如脂肪酸及皂类和磺酸盐类、异羟肟酸类等；调整剂一般为六偏磷酸钠、硅酸钠、腐植酸胺以及硫化钠、水玻璃、苏打、单宁酸、磷酸钠、焦磷酸钠等。反浮选则多用胺类阳离子捕收剂。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法载体浮选和旋流浮选：载体浮选和旋流浮选是在正浮选的基础上，将载体和旋流器引入到脱硅工艺中。载体浮选又称背负浮选，是微细粒矿物选矿研究方法之一。前苏联用萤石作为载体分选铝土矿时，可除去69％的铁而获得含Al2O3为73％的低铁精矿。我国对山西孝义铝土矿进行载体浮选研究，铝精矿品位达到70％以上，A／S由5．5提高到8～9，Al2O3的回收率可达80％以上，大幅度降低了铝土矿选矿成本。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法旋流浮选是利用旋流场的分选机理，在固液气三相中实现矿物的分选。北京矿冶研究总院任爱军将旋流器引入到铝土矿的浮选脱硅工艺中，进行了铝土矿的粗粒旋流浮选研究。试验结果表明：旋流浮选可以实现粗粒级铝土矿的富集，减少过磨现象，得到满足拜耳法溶出过程要求的粗粒级精矿。载体浮选和旋流浮选：铝土矿选矿脱硅—物理选矿法在单一方法脱硅不能奏效的情况下，经常采用各种方法的联合。联合流程脱硅法：筛分—磁选—浮选法：前苏联采用此法处理高岭石—三水铝石型铝土矿，Al2O3的品位由24.4％提高到49.8％，SiO2由9.13％降至5.95％，精矿A/S为8.4，铝的回收率为58.8％。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法选择性碎解—分级—浮选法：将A/S为5左右的原矿磨至50％～60％-0.074mm，可分出A/S=8～9、产率为50％～60％的精矿，然后与细粒浮选精矿合并后，可获得A/S为8.5、Al2O3回收率为86％的总精矿。重选—浮选法：粗粒级(-3mm+lmm)采用螺旋溜槽富集并丢弃部分细泥，中矿磨矿浮选。该工艺的优点是重选粗粒级精矿可作为高铝熟料的原料，而浮选精矿作为Al2O3原料，重、浮尾矿可作为低耐火度的材料或化工材料，做到物尽其用，实现无尾矿生产工艺。铝土矿选矿脱硅—物理选矿法此外，联合工艺流程脱硅还有选择性碎解—选择性絮凝法、筛选—选择性碎解—絮凝法、选择性碎解—浮选法、选择性聚团—浮选法、选择性絮凝—脱泥—反浮选法等。联合流程脱硅法：铝土矿选矿脱硅—其他脱硅法除以上脱硅法外，还有辐射选矿法、生物选矿脱硅法