高铁铝土矿铝铁分离技术现状

高铁铝土矿铝铁分离技术现状
张谦;文书明;王伊杰;丰奇成
【摘要】我国的铝土矿资源供给虽然不足,但大量的高铁铝土矿资源因为分离技术方面的原因而没有得到有效的开发利用.因此,开展高铁铝土矿资源的铝铁分离研究,提高氧化铝的品位和回收率,降低铁含量,对于综合利用高铁铝土矿具有实际意义.从物理法、包含化学的联合处理法、微生物法等方面综述了高铁铝土矿铝铁分离研究的现状,指出物理法能低耗地实现粗粒、易于单体解离高铁铝土矿石的铝铁分离;化学法可以完成复合型高铁铝土矿的铝铁分离,但不同性质的矿石需要选用与之相适应的工艺方案;微生物法虽然具有低耗、无污染的特点,但国内仍处于研究初期,因此,利用微生物处理高铁铝土矿石有望成为新的研究方向.%The supply of China's bauxite resources is insufficient,and a large number of high-iron bauxite has not been effectively developed and used due to the low separation technique. Therefore,it is of great practical sense to conduct a study on aluminum and iron separation for high-iron bauxite resources in order to improve the grade and recovery of alumina,and to reduce iron content. The current studies on aluminum and iron separation from high iron bauxite are reviewed including the physical method,chemical combined processing method,and microbiological method. Physical method can achieve separation of aluminum and iron from coarse high iron bauxite which is easily to be liberated;Chemical method can be used in aluminum and iron separation of the composite high-iron bauxite,while the choice of the process depends on the nature of the ore. At present, in spite of microbiological methods own the characteristics of low consumption and
no pollution, studies on microbiological methods are still at the very beginning at domestic. So it's believed that the microbiological processing of composite high-iron bauxite can become a new research direction.
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2017(000)009
【总页数】6页(P138-143)
【关键词】高铁铝土矿;物理法;化学法;生物法
【作者】张谦;文书明;王伊杰;丰奇成
【作者单位】昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093
【正文语种】中文
【中图分类】TD95
我国已成为世界第二大经济体，快速发展的中国经济已使我国成为矿产资源消耗、进口和生产第一大国。

铝和铁是国民经济建设的基础材料，高铁铝土矿(三氧化二铁含量高于15%)不仅是生产金属铝的原料，而且是耐火材料生产的主要原料。

地质工作和选矿工作显示，虽然我国高铁铝土矿资源比较丰富(高达15亿t)[1]，但
是此类矿石结构复杂、铝矿物和铁矿物嵌布不均匀，是公认的难分离复合矿石之一，大量高铁铝土矿资源的待开发是造成氧化铝资源供需矛盾突出的重要原因[2]。

从
长远来看，资源短缺将成为我国氧化铝工业面临的重大问题。

高铁铝土矿石中主要的铁矿物是赤铁矿、针铁矿和褐铁矿，主要的铝矿物是一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石。

虽然大量的高铁铝土矿铁矿物和铝矿物的总含量较高，但是有相当比例的高铁铝土矿资源铝、铁品位均达不到工业要求，利用单一的选矿方法(磁选、浮选)不能有效分离铝、铁，获得高品质的铝矿物和铁矿物[3]。

针对这种状况，许多科研工作者及研究单位先后提出了“先选后冶”、“先铝后铁”、“先铁后铝”等提铝降铁技术方案。

“先选后冶”是通过选矿的方法富集分离铁和铝矿物并去除部分脉石矿物，然后从各自的精矿中提取氧化铝和铁，此方案可以较好地实现结构简单的高铁铝土矿的铝铁分离。

“先铝后铁”主要用于三水铝石型高铁铝土矿的处理，利用三水铝石易溶出的特点，通过拜耳法提取氧化铝，再从溶出残渣(赤泥)中回收铁。

“先铁后铝”通过火法冶金熔炼出生铁，实现铝、铁分离，再从铝酸钙炉渣中提取氧化铝[4-5]。

在我国铝土矿资源对外依存度很高的情况下，合理开发和利用这种高铁铝土矿资源对增加氧化铝资源的自给率具有重要意义，不仅能缓解我国铝土矿资源短缺的局面，而且能保证氧化铝工业的可持续发展。

目前此类矿石开发利用的难点是如何低耗、无污染、高效地实现铝铁分离和实现其中铁的资源化利用，愈来愈受到矿业界的关注。

因此，必须加快铝铁分离技术的研发速度，改进铝铁分离工艺，让高铁铝土矿石资源得到大规模的开发和利用，一定程度地降低我国铝土矿的对外依存度[6]。

常用的物理法(磁选、浮选、磁—浮联合工艺)适用于分选铝矿物结晶粒度较粗的高铁铝土矿。

化学法(磁化焙烧、浸出、萃取、拜耳法等)能较好地实现高铁铝土矿中铝和铁的分离。

磁化焙烧为磁选分离和铁矿物的预富集创造条件；浸出能分离矿石性质复杂的复合型高铁铝土矿；拜耳法能很好地溶出一水硬铝石型铝土矿中的铝，
高效回收赤泥中的铁，达到铝铁分离的目的。

高铁铝土矿的种类繁多，性质复杂，不同性质的矿石需选用不同的设备和方法。

单一方案不能有效回收铝、排除铁，为能经济合理地实现铝铁分离，大多采用联合方案综合处理，但联合方案流程过长，成本较高。

国外有利用生物法来处理高铁铝土矿的试验研究，结果表明，生物法能高效、低耗处理复合型高铁铝土矿，选择性地脱除铝土矿中的铝和硅矿物，但目前国内处于研究初期。

因此，利用微生物法处理复合型高铁铝土矿资源是一个新的发展方向。

物理法应用很广泛。

研究发现，针对结晶粒度粗、易于单体解离的一水硬铝石型高铁铝土矿，采用单一的磁选或磁浮联合选别方法可实现铝铁矿物的分离。

此类选矿方法工艺流程简单、成本低。

邹勇等进行了试验研究，对某高铁铝土矿的研究表明，磨矿细度明显影响Al2O3
的回收率，强磁选背景磁感应强度影响Fe2O3的脱除率。

在最佳磨矿细度和背景磁感应强度下，Fe2O3的脱除率高达76.93%，Al2O3的回收率达到84.03%[7]。

对某三水硬铝石型铝土矿进行了强磁选和重选对比试验，采用强磁选工艺可使
Fe2O3的脱除率达到77.31%，氧化铝精矿的Al2O3回收率为72.86%；而采用
重选工艺的Fe2O3脱除率可达到73.24%，氧化铝精矿的Al2O3回收率为
65.15%。

相比较而言，强磁选工艺的铝铁分离、回收效果较好[8]。

卢毅屏等[9]利用磁浮联合工艺流程对山西某铝土矿进行了提铝降铁试验，其中浮
选采用1粗1精1扫流程、磁选采用1次高梯度强磁选流程，最终使得Al2O3品位从64.80%提高到72.57%，回收率达86.86%，Fe2O3含量从3.28%降至
1.81%，铁去除率达57.20%，选矿指标良好。

因此，磁浮联合工艺是该矿石提铝降铁的有效工艺。

李小静等[10]通过组合式强磁选和周期性电磁高梯度磁选，再联合分级分选工艺，提出用分级磁选的除铁新工艺来处理某一水硬铝石-高岭石型铝土矿，最终可使产
品中Fe2O3含量降至1.0%以下，满足铝土矿产品的要求。

物理选矿法在处理嵌布粒度粗、易单体解离的高铁铝土矿方面具有工艺流程简单、生产成本较低等优点，而对于铝铁嵌布关系复杂的复合型铁铝矿石资源，该方法的铁铝分离效果往往不明显。

2.1 磁化焙烧—磁选
磁化焙烧是将矿物原料在低于熔点的温度和一定的气氛中，使弱磁性铁矿物转变为强磁性铁矿物的焙烧方法。

该方法使高铁铝土矿中的弱磁性矿物(赤铁矿、针铁矿、褐铁矿等)转变成强磁性矿物，为弱磁选分离铝铁创造条件。

袁志涛等[11]对掺加一定量氧化钙(可促进铁氧化物的还原)的高铁铝土矿进行还原
焙烧，最大程度地生成有利于铝铁分离的物质，然后再通过弱磁选分离铝、铁。

试验获得了金属化率为93.95%的焙烧产品，弱磁选获得了铁品位为83.10%的铁粉，富铝渣的Al2O3浸出率达到61.14%，选别指标较好。

谢武明等[12]通过强化还原焙烧—磁选法处理三水铝石型高铁铝土矿。

试验表明，同时添加Na2CO3和CaF2可显著促进铁氧化物的还原。

在最佳工艺条件下，可
得到Al2O3品位为68.8%、Al2O3回收率为93.4%的铝精矿，铝精矿铁含量降至4.0%，铁去除率达89.80%，同时还获得了铁品位为63.20%的铁精矿。

该铝精矿达到石油压裂支撑剂原料的品质要求，为高铁铝土矿的应用提供了一条新路径。

辛海霞等[13]针对高铁铝土矿传统分选工艺能耗高、金属提取率低的问题，开发了硫酸氢铵焙烧工艺分离铁铝技术。

结果表明，在最佳工艺条件下，将高铁铝土矿与硫酸铵进行混合焙烧再弱磁选，可获得铝、铁提取率分别为93%和95%以上的技术指标，达到了铝、铁高效分离的目的。

该工艺具有焙烧温度低、金属提取率高等特点。

辛海霞等[14]还研究了三水铝石型铝土矿的低温硫酸焙烧—浸出工艺，结果铝、铁提取率均达到93%以上，较好地实现了铝、铁、硅的分离。

黄钠铁矾法能
沉淀焙烧熟料水溶出后所得滤液中的大部分铁，铁的沉淀率可达90%以上，铝的
沉淀率可控制在5%以内。

秦超等[15]采用还原焙烧—高压溶出—磁选工艺处理广西某高铁铝土矿石。

试验
结果表明，与传统的马弗炉焙烧相比，管式炉氮气焙烧可以大幅度降低焙烧温度，磁化效果更好，能获得更高的铁、铝回收率。

试验的氧化铝溶出率为84.15%，铁回收率为94.45%。

李丽匣等[16]采用还原焙烧—弱磁选提铁—铝溶出工艺处理某高铁铝土矿石，最
终获得了铁品位为89.83%、回收率为84.08%的金属铁粉，Al2O3的浸出率为69.35%。

虽然铝、铁分离效果突出，但该工艺存在流程较复杂、成本较高的问题。

刘佳囡等[17]通过2段焙烧法提取高铁铝土矿中的铝和铁，多次试验证明，与硫酸铵混合焙烧后，Al2O3提取率达98%以上，Fe2O3提取率达88%以上，可有效
分离铝土矿中的铝、铁和硅。

胡文韬等[18]采用直接还原—磨矿—磁选工艺对某高铁铝土矿石各组分的选择性
富集进行了研究，结果结果表明，矿石中的赤铁矿被还原为单质铁并在金属相中富集，经磁选可以分理出粉磨铁，造块后可用来炼钢和铸造。

该工艺简单，无脱硅作业，适用于处理低硅高铁铝土矿石。

时国松等[19]认为，广西某高铁铝土矿石适宜以生石灰和石灰石为辅料进行混合焙烧，在能保证高炉顺行和炼渣提铝的前提下，碱度越低越有利于提高铝、铁产品品位和生产效率。

朱忠平等[20]对某高铁三水铝石型铝土矿石进行了还原焙烧—磁选—浸出工艺研究，最终获得了铁含量为93.73%、Al2O3含量为1.21%的磁性产品，以及
Al2O3含量40.56%、铁含量为6.73%的非磁性产品，铁回收率为93.07%，可较好地实现铝、铁分离与回收。

该试验具有工艺流程简单、投资成本低、废弃物排放少、综合回收利用率高的优点。

楼匡宇等[21]以广西某高铁铝土矿石为研究对象，采用还原焙烧—磁选工艺分离铁
铝，最终获得了铁品位为63.20%的磁性料和Al2O3含量68.8%、Al2O3回收率为93.4%、铁去除率为89.80%的非磁性料，该非磁性料可作为石油压裂支撑剂生产的原料。

还原焙烧—磁选工艺具有突出的节能、环保效果，适用于广西一带高铁铝土矿石的开发利用。

曾精华等[22]采用钠化还原焙烧—磁选—硫酸浸出—陈化脱硅—NaOH中和工艺提取广西某高铁三水铝石型铝土矿中的氧化铝，最终获得铁品位90%以上的金属铁粉，富铝渣中氧化铝提取率高达95.38%，SiO2脱除率达到98.82%，氢氧化铝沉淀杂质含量约为0.73%。

该工艺流程虽然较复杂，成本较高，但资源综合利用率高。

孙娜等[23]采用还原焙烧—磨选—浸出—吸附工艺分离某高铁三水铝石型铝土矿中的铝和铁。

结果表明，在最佳工艺条件下，可获得铁品位90%以上、铁回收率91%左右、氧化铝含量在1.4%左右的金属铁粉，Al2O3浸出率达84%，SiO2浸出率达88%，实现了原料中铝、铁、硅、钒、镓等元素的分离富集，为高铁铝土矿的无废利用提供了一条新的技术路线。

考虑到生产成本因素，磁化焙烧工艺一般适用于铁具有综合回收价值的低硅高铁铝土矿的处理。

2.2 浸出工艺
根据矿石性质的差异，相关科研工作者对高铁铝土矿石进行了浸出工艺研究。

赵爱春等进行了一系列高铁铝土矿酸浸试验。

采用低温酸浸法溶出某高铁铝土矿中的铁，从而实现铝、铁分离。

试验结果表明，可用质量浓度为2%～3%的硫酸浸出铁，Al2O3浸出速度和浸出率与浸出温度有关，但与液固比无关。

最佳工艺条件下，铝和铁的浸出率分别为3.02%、98.68%，高效地实现了铁铝分离[24]。

而在用盐酸浸出某低品位三水铝石型含铁铝土矿的试验中，矿石中的铁和铝的浸出率均能够达到95%以上，并得到易于综合回收利用的浸出渣[25]。

利用双循环和分
步酸浸法处理某三水、一水混合型高铁铝土矿石，铝、铁浸出率分别为95.49%、96.72%，2种有价元素均达到有效浸出[26]。

这3个酸浸试验都通过化学反应控
制铝、铁的浸出率，操作耗时较长，但工艺简单，成本低廉，可望实现工业应用。

吕国志等[27]对某高铁铝土矿石进行分步低温酸浸处理，结果表明，低温酸浸过程中可实现矿物中的铁铝分离，且铁的浸出率高达95%，浸出液经过萃取后可提取
其中的钪。

相对碱法提取铝和铁，酸法虽然工艺流程复杂，选矿成本较高，但可以弱化高铁铝土矿中硅对提取过程的影响，该技术可实现高铁铝土矿中有价元素的综合回收，是高铁铝土矿资源综合利用的非传统技术路径。

李辉等[28]采用高压溶出工艺处理云南某高铁一水硬铝石型铝土矿，结果表明，最佳工艺条件下，氧化铝的相对溶出率为84.35%，实际溶出率为75.94%。

赤铁矿
集合体包裹部分一水硬铝石，是影响Al2O3溶出率的根本原因。

童秋桃等[29]对某高铁铝土矿石选矿尾矿酸法提铝后的高铁硫酸铝溶液进行黄钾铁矾法除铁，在最佳条件下，可得到溶液的除铁率达95%、铝损失仅为15%，溶液颜色微黄。

张盈等[30]在碱介质中，采用2段湿法浸出工艺提取高铁三水铝石型铝土矿中的铝，铝浸出率高达72%，浸出渣与原矿相比，Fe2O3质量分数提高了约20个百分点，铁被富集在浸出渣中，Fe2O3含量高达87%。

试验表明，2段浸出工艺可有效分
离铝、铁，实现该高铁三水铝石型铝土矿资源的合理利用。

浸出工艺对嵌布复杂的高铁铝土矿是具有显著的效果，能高效回收铝土矿中的有价元素，实现该矿石的综合利用。

2.3 拜耳法
拜耳法生产氧化铝也备受各位研究学者的关注，根据高铁铝土矿的性质进行了拜耳法生产氧化铝，提取铁的试验研究。

张永康[31]对广西某高铁一水硬铝石型铝土矿进行了拜耳法溶出试验，氧化铝的相
对溶出率达95.15%，铝土矿溶出完全。

赤泥氧化铝含铁量较高，属于高铁赤泥，有利于铁的提取。

该矿石适合用拜耳法溶出。

廖友常[32]对某一水硬铝石型高铁铝土矿石进行了拜耳法熔出试验，结果表明，Al2O3含量为53.61%、铝硅比为7.63、Fe2O3含量为21.96%的试样和Al2O3含量为51.71%、铝硅比为7.16、Fe2O3含量为24.89%的试样的相对溶出率分别为96.65%和93.01%，绝对溶出率分别为83.98%和80.02%，赤泥的沉降性能良好，可直接用于氧化铝的生产。

该试验缩短了此类矿石需先进行增铝降铁或铝、铁分离后才能利用的工艺链。

为该类矿石的利用和研究提供了一条新的途径。

拜耳法能有效分离一水硬铝石型铝土矿中的铝和铁，对于所得副产物赤泥和含铁化合物的综合利用，还需要开展更加深入的研究。

微生物法选矿具有低耗、无污染的特点，现在保加利亚、俄罗斯、印度等地方逐渐发展起来。

但是，微生物法选矿也存在生物反应需要较长时间，矿浆浓度过低时不利于大批量处理等不足[33]。

微生物法分选高铁铝土矿主要是通过微生物溶出脱除高铝铁矿中的铝和硅矿物。

国内外学者在这方面的研究还较少。

K.A.Natarajan[34-35]研究了多黏性芽孢杆菌对矿物表面性质的影响，研究结果表明，该微生物与铁矿物相互作用产生了明显的表面化学变化。

经微生物处理后的石英和高岭土疏水性增强，而赤铁矿、刚玉等则变得更加亲水。

微生物预处理矿石的过程中，发现多糖能较好地吸附于赤铁矿和刚玉表面，细菌蛋白质也能较好地吸附于石英和高岭石表面，该矿石经预处理后通过浮选的方法可以实现铝铁分离。

微生物法可望在高铁铝土矿铝和铁的分离中发挥作用，采用微生物法回收复合型高铁铝土矿石具有重要的研究价值。

(1)高铁铝土矿是典型的难处理铝土矿资源，提高铝的品位，降低铁含量是利用这种资源的主要目的。

通过深入的试验研究，在高效回收氧化铝资源的同时，综合利
用其中副产的铁资源，对缓解我国高品位铝土矿资源和铁矿石资源供给不足的问题具有重要意义。

(2)物理法是处理矿石最普遍的方法，能实现粗粒、易于单体解离高铁铝土矿的分选，且生产成本低。

化学法也被广泛用来处理高铁铝土矿，但不同性质的矿石需采用不同的工艺流程，其中，焙烧法适合于处理铁含量高的矿石，但能耗和成本过高；拜耳法工艺简单、成本低廉，但对矿石质量要求较高；联合法虽能充分利用矿石资源，实现综合回收，但工艺流程复杂，能耗也相对较高。

(3)生物法处理复合型矿石，具有低耗、无污染的特点，但目前国内研究较少，且
微生物的培养对环境有严格的要求，处理矿石的过程中也存在一定的局限性，但微生物法处理复合型矿石可成为铝铁分离研究的新方向，值得开展深入的研究。

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