蓝晶石与铝冶炼

Al2O3品位为50.12%的蓝晶石精矿粉
能用于铝或者硅铝合金的冶炼吗？
一、铝冶炼
工业上提取金属铝是先从铝土矿中提取氧化铝，然后将氧化铝电解成为金属铝。

所以说铝土矿是炼铝的主要原料。

1、铝土矿
中国铝土矿资源量73514万吨，主要集中在河南、山西、广西、贵州四省，约占全国的90%。

在西北仅甘肃省永登县与青海省大通县一带地层中有铝土矿，新疆、陕西、西藏没有铝土矿。

铝土矿石化学成分要求(YS-T78-94)见下表：
我国由于铝土矿多为一水硬铝石型的，用它来生产氧化铝耗能高，经济效益差，再加上我国氧化铝的生产能力不足，氧化铝的产量满足不了生产电解铝的需求，故每年要大量进口氧化铝，而且近年来进口的数量剧增，2011年全年累计进口量为188万吨，累计进口金额为77781万美元（2011年12月25日我国氧化铝进口统计），平均单价413.73
上海有色金属网对铝土矿每天有价格公布，2012年2月6日部分地方的铝土矿价格见下表。

2012年2月6日铝土矿价格
司。

青铜峡铝厂1964年筹建，1970年投产，年产电解铝43万吨，现归并中国电力投资集团公司。

3、氧化铝生产
氧化铝生产有烧结法、拜耳法和联合法三种。

根据我国生产实践经验，不同氧化铝生产方法对矿石质量的要求有所不同。

烧结法适于处理含硅较高的低品级矿石，要求铝硅比（Al2O3/SiO2）为3～5，Fe2O3＜10%；拜耳法适于处理含Al2O3高、SiO2低的富矿，一般要求Al2O3＞65%，铝硅比＞7：联合法适于处理中等品位的铝土矿。

我国铝土矿中的Al2O3品位一般在40～65%,铝硅比(Al2O3/SiO2)一般为5～7，所以在我国，氧化铝的生产多采用联合法。

4、原铝生产
我国铝厂原铝生产均采用熔盐电解法。

方法是，将铝土矿用氢氧化钠溶液溶解，焙烧脱水，通过电解，在电极阴极回收金属铝。

工业冶炼铝的流程如下：
化学反应式如下：
第一步：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
第二步：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3 电解Al2O3
制取纯净的Al2O3
第三步：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
第四步：2Al2O3 == 4Al+3O2↑
世界上，铝人均消耗量为3.3千克/年，我国铝人均消耗量为1.5千克/年，日本铝人均消耗量为33千克/年。

未来铝消耗将以10～15%的速度增长。

上海有色金属网对铝锭每天有价格公布，2012年2月6日金属铝的现货交易价为15950元/吨。

5、铝冶炼设计前提
对铝冶炼来说，设计上采用80kA上插自焙阳极电解技术，年产电解为铝5万吨；采用120kA预焙阳极电解系列，年产电解铝为8万吨；采用200kA大型预焙阳极电解技术，年产电解铝为15万吨、炭素制品为9万吨；采用350kA特大型预焙阳极电解技术，年产电解铝为27万吨，炭素制品为16万吨。

350kA是目前国内电流强度最大、系列产量最大、技术最先进的电解铝生产线。

6、酒钢东兴铝业
酒钢东兴铝业2011年度建设，设计年产铝锭45万吨，意味着必须采用350kA特大型预焙阳极电解技术，要上电解铝系统和电解铝用阳极系统各两条。

如此规模的铝厂，每年需要铝土矿和氧化铝最少100万吨，电力72亿度（kWh）。

酒钢东兴铝业未来原料将多依赖于进口，电能规划用建设一个自备电厂，用火力发电。

发电燃煤拟利用新疆哈密市三塘湖、大南湖的动力煤。

酒钢东兴铝业电解铝生产工艺流程应在上图的“电解Al2O3”阶段。

目前所用原料为河南产氧化铝，Al2O3品位一般在60%～80%，电力来源于酒钢宏晟热电厂。

二、铝硅合金冶炼
铝硅合金冶炼有电解法冶炼和电热法冶炼两种。

1、电解法冶炼
电解法冶炼铝硅合金，就是将铝锭熔化后与氧化硅在矿热炉内直接熔炼，然后成为商品铝硅合金。

在我国，目前铝产量的20%用于配制铝硅合金冶炼。

2、电热法冶炼
早期的电热法炼制铝合金以铝铜合金为主，1886年美国考耳斯兄弟开发研制铝铜合金，获取合金15铝85铜，产量以磅计。

1924年，美国铝业公司也炼制过35铝65铜合金，年产500吨。

1928年—1931年，又炼制出30铝70硅，合金共1000吨。

差不多同时，瑞士、法国公布了电热熔炼铝硅合金专利。

1930年，前苏联铝建设局，开始了电热熔炼铝硅合金的长期开发研究，并形成规模产业，最终成为全球最大电热法熔炼铝硅合金国。

其间美国、加拿大、法国、南斯拉夫，也进行了大量试验研究，试验研究均具有一定深度，只因工艺复杂成本高，未能进入市场，形成产业。

我国开发研究电热法熔炉冶炼铝硅合金始于1963年。

当时抚顺铝厂矿热炉专家黄珂宁工程师领导的小组，以河南铝土矿与黑龙江扎兰诺耳祸煤搭配制团，经过近三年的探索试验，仅炼出了含铝30～55%的铝硅合金。

稍晚本溪铁合金厂、上海铁合金厂、唐山钢厂等，也进行过电热熔炼铝硅合金试验，结果类似。

70年代末，黄珂宁等人又在湖北通山，设计建造了我国第一座8000KVA直流矿热炉，拟投产后先炼硅，然后转产铝硅合金。

最终因硅单耗高达16500度（kwh），高出西方国家平均单
耗15000度（kwh）近10%，且因故未能按计划转产铝硅合金，使我国电热法熔炼铝硅合金再次遭受挫折。

1995年，东北大学在直流电弧炉上，以高岭土、氧化铝或铝土矿（高岭土、铝土矿中铁、钛含量分别小于0．6％）和蓝晶石矿等为原料，以烟煤（烟煤的挥发分大于30％，灰分小于8％）和石油焦为还原剂，酸法纸浆废液或粘土为粘结剂，制取铝硅合金的扩大试验获得了成功。

2010年8月1日，东北大学在16.5MVA大型节能环保电热炉上冶炼出含铝58％-61％的新型铝硅合金，填补了我国有色金属领域的一项空白。

成为世界上第二个拥有该项冶炼工艺技术的国家。

但至今未批量投入生产。

电热法冶炼硅铝合金使用的原料有铝土矿、高岭土、硅线石、蓝晶石、白榴石及氧化铝等多种。

一般还原剂为烟煤、石油焦及木炭。

电热法冶炼硅铝合金有两种形式：一种是将铝硅矿石破碎成一定规格的块状，和木炭、烟煤块按比例一起加入电弧炉中，进行冶炼；另一种是将铝硅矿、烟煤、木炭和石油焦磨成粉，按比例混合均匀后，压制成球团，将干燥后的球团加入电弧炉中进行冶炼。

电热法冶炼硅铝合金的主要反应是固态的氧化铝、氧化硅与固态的碳在高温下发生还原反应，生成液态的金属铝硅和一氧化碳气体。

在电炉中，铝矿加热到2000℃，碳就可以夺取氧化铝中的氧，还原出金属铝。

而矿中的SiO2在1700℃下就还原为硅，形成铝硅合金。

SiO2和Al2O3共同被碳还原的反应分为三步：
第一步：在1500～1600℃下，3SiO2＋9C→3SiC＋6CO
第二步：在1600～1900℃下，2Al2O3＋3C→Al4O4C＋2CO
第三步：在1950～2200℃下，Al4O4C＋3SiC→4Al＋3Si＋4CO
三、蓝晶石的应用
1、主要用途
蓝晶石是矿物的名称，其化学成分中Al2O3占63.1%，SiO2占36.9%，主要用作生产耐火材料、氧化铝、硅铝合金和金属纤维等。

2、国家标准
我国蓝晶石矿物的利用，尚处于初级阶段，作为原料，其化学成分要求，还没有制定出统一的国家标准。

3、部颁标准
蓝晶石矿物精矿化学成分的要求，在我国目前是按原地质部和冶金部1981年“东海会议”制定的详查阶段对精矿产品的一般参考指标：
4、企业标准
近年我国对蓝晶石矿作了一些工作，按用户的要求制定了企业标准：
蓝晶石精矿粉其用途体现在以下几个方面，面向的用户也是关联企业：
1、用来制造优良的高级耐火材料、耐火砂浆、水泥及铸造耐制品以及塑料捣打混合料、技术陶瓷、汽车发动机的火花塞、绝缘体、球磨机球体、试验器皿、耐震物品等，并可用电热法炼制硅铝合金,应用于飞机、汽车、火车、船舶的部件上。

2、用以钢铁工业，以耐火砖、耐火型材等形式制造热风炉、热风塔、再热炉、均热炉等的关键部位，制造窑炉设施，还可用于各种辅助性浇注和操作设备上。

并可用于生产喷渡薄膜、制造结晶氟石和超音速飞机的前缘、宇宙飞船的金属附件，此外可用作研磨料，作釉成分以及不滑的地板材料。

3、用作不定型耐火材料的膨胀剂。

蓝晶石作膨胀剂配制的不定型耐火材料在加热炉上的使用非常成功，其表面裂纹少，使用中跑火现象也少，使用效果较好。

4、在日本，蓝晶石是耐火混凝土、可塑料、高铝水泥的重要原料；美国和一些国家用蓝晶石预烧制成各种牌号的莫来石质熟料，广泛地应用于陶瓷和精密铸造等部门；俄罗斯用蓝晶石-硅线石精矿制造的轻质砖。

五、阿克塞县萨尔哈布塔勒蓝晶石矿
经2010年及2011年的工作，发现有4条蓝晶石主矿体贯穿整个矿区，长6400米，平均厚33米（最大厚度60米），延深300米，蓝晶石含量15%。

蓝晶石变斑晶大小为1.5毫米×3毫米～10毫米×50毫米。

按取体重2.84吨/立方米为指标，按以上数据估算，我公司探矿权范围内蓝晶石矿物资源量为2700万吨，即Al2O3储量1700万吨。

我矿区外围，蓝晶石矿带一直在延续，长度达到30千米，预估蓝晶石矿物资源量为 1.27亿吨，Al2O3储量8000万吨。

果真如此，该矿应该是世界上最大的蓝晶石矿。

两年工作共投入直接勘查费215.2万元，取得的资料还只是初步的。

五、阿克塞县萨尔哈布塔勒蓝晶石精矿
鉴于河南省南阳市蓝晶石矿在开发利用方面在国内处于领先地位，我公司2010年末委托驻地在河南省南阳市的河南省地矿局第一地质矿产勘查院对该矿区的蓝晶石矿做选矿实验，以寻求该矿区的矿石合理、经济的选矿工艺流程。

选矿结论是当蓝晶石矿物含量为14.16%时，磨矿在120目以内，经过旋流器重选、磁选联合工艺，可选出品位Al2O3为50.12%，Fe2O3为1.41%的精矿粉，选矿回收率为68.45%。

同时也进行了
浮选实验，结论是单一浮选，产率过低，回收率也低，浮选选矿在目前的技术条件下不经济。

最终确定的工艺为旋流器提供摇床重选、磁选联合工艺流程。

流程图见下图。

最终精矿Al2O3品位为50.12%，产率为25.16，精矿的Al2O3的回收率为68.45%，精矿的化学结果见下表。

分析选矿实验报告，该选矿实验，仅针对蓝晶石矿中Al2O3的利用而做，并且只是进行了探索性的选矿试验。

该选矿结果，没有对精矿中二氧化硅的含量做出评价，对照冶炼硅铝合金企业标准，Al2O3低该企业标准7.88%，Fe2O3及TiO2的含量是符合冶炼硅铝合金的标准的。

其实蓝晶石矿，目前的主要用途是生产高级耐火材料。

日后工作应该将选Al2O3和为高级耐火材料方面应用相结合，这样就要求在选矿上必须做可选性实验、扩大实验及半工业实验，直至工业实验。

萨尔哈布塔勒蓝晶石矿的利用，国内可对比的企业太少，对照河南省南阳市隐山蓝晶石开发有限公司所生产的“隐山”牌蓝晶石精矿粉型号“隐山”牌蓝晶石精矿粉型号，该矿经选矿后可获得型号LJ-50的蓝晶石矿精粉，目前市场销售价为1400元/吨。

六、结论
显然，目前情况下，Al2O3品位为50.12%的蓝晶石精矿粉用于冶炼铝是不经济的，用于冶炼硅铝合金，有待提高精粉品位并进行经济论证，若直接将蓝晶石精粉面向市场销售，效益还是可以的。

二〇一二年二月七日。