铝土矿预脱硅分选新工艺及工业应用前景

铝土矿预脱硅分选新工艺及工业应用前景

刘丕旺1,裴昱1,张伦和2,李开公3,刘惠中3

(1.郑州轻金属研究院,河南郑州450041;2.中国长城铝业公司,

河南郑州450041;3.北京矿冶研究总院,北京100044)

摘要:我国铝土矿资源的中低品位特点是发展我国氧化铝工业的瓶颈,“九五”期间开展的科技攻关课题对铝土矿物理方法和化学方法选矿进行了研究,本文着重介绍了铝土矿预脱硅分选新工艺的研究开发以及预脱硅分选拜耳法和预脱硅分选并联法的工业应用前景。

关键词:铝土矿;预脱硅选矿;拜耳法;并联法

中图分类号:TF046　文献标识码:B　文章编号:10021752(2001)09001805

我国铝土矿资源丰富〔1〕,储量占世界第四位,

资源总量约40亿吨,具备大力发展氧化铝工业的资源条件。但是世界铝土矿的分布极不均匀,赤道附近国家拥有占世界储量的90%以上的新生代三水铝石和一水软铝石,品位高,单体储量大,适宜于用拜耳法生产氧化铝。其他国家只有少量的中生代的一水软铝石和古生代的一水硬铝石,我国属于一水硬铝石-高岭石型铝土矿,有高铝高硅低铁难溶的特点,A/S低于7的矿石占总量的70%,全国六大氧化铝厂,除平果铝厂外,都是采用混联法或烧结法生产氧化铝,该工艺投资大、工艺复杂、能耗高、成本高,难以与国外的拜耳法相比,我国加入WTO在即,随着世界经济全球化进程,国际氧化铝市场竞争更趋激烈,我国氧化铝工业将面临严峻的挑战。

铝土矿资源特点成为我国发展氧化铝工业的瓶颈,为此,“七五”、

“八五”期间,氧化铝行业对我国一水硬铝石型铝土矿强化溶出等一系列新技术进行了科技攻关,取得了一批重要的科技成果,“九五”期间,组织的科技攻关“处理中低品位一水硬铝石型铝土矿新工艺研究”列为重点攻关课题(1996-122-01),旨在通过物理方法或化学方法对铝土矿进行脱硅选矿,选出高品位精矿,进行拜耳法生产。该课题下设四个专题,它们分别是“铝土矿湿法化学处理提高铝硅比”、

“铝土矿焙烧预脱硅”、

“铝土矿浮选拜耳法新工艺”、

“铝土矿预脱硅分选拜耳法新工艺”,通过各攻关单位共同努力,各专题都有不同程度的进展,取得了几项重要的科技成果。1　铝土矿脱硅选矿新工艺研究的进展

1.1　铝土矿湿法化学处理提高铝硅比

中南工大等单位开展了这项研究,用苛性碱溶液在常压下处理铝土矿,其中的高岭石发生反应,生成铝酸根和硅酸根。一水硬铝石不发生反应,矿浆进行液固分离,可以选出铝土矿精矿,液相用石灰处理,分别将其中氧化铝和氧化硅沉淀分离,再生的碱液返回重复用于浸出铝土矿,该专题进行了试验室研究,取得了阶段性成果。

1.2　铝土矿焙烧预脱硅

中南工大、郑州轻金属研究院等单位开展了这项研究,将铝土矿经1000℃左右预焙烧,焙烧过程中,其中的高岭石发生相变,生成莫来石和游离SiO2。其反应式为3(Al2O3・2SiO2)=3Al2O3・2SiO2 +4SiO2,焙烧矿用苛性碱溶液常压浸出,游离SiO2进入溶液,借此,可将原矿A/S4～5提高至精矿A/ S10以上,溶液中的SiO2用石灰沉淀分离碱液再生后重复使用,该项专题进行了试验室研究(或扩大试验),取得了阶段性成果。

1.3　铝土矿浮选脱硅新工艺研究〔2〕

20世纪50年代开始,国外就开始了铝土矿浮选试验,我国从70年代以来,开展了这项研究,进行过小型试验,小型连续试验和半工业试验,原矿A/S

收稿日期:2001-04-18

5左右,选矿后精矿A/S达到9以上。

“九五”期间,中国长城铝业公司、北京矿冶研究总院、中南工大、郑州轻金属研究院、沈阳铝镁设计研究院对该专题联合进行攻关,进行了一系列技术创新;以一水硬铝石富集合体作为解离目标,以一水硬铝石及其富连生体为捕集和回收对象,放粗了磨矿粒度,确定了分段磨矿一次选别工艺流程,经过几年努力,完成了小型试验、扩大试验。于1999年底用河南矿进行了工业试验(50T精矿/d规模),取得了良好的选矿指标,原矿A/S519,精矿A/S11139,产率79152%,Al2O3回收率86145%,精矿含水量11%～12%,同年通过专家鉴定。技术经济分析表明,以年产60万t Al2O3规模拜耳法工厂,与混联法相比,建设投资降低16142%,能耗降低50%,生产成本降低8186%。

该专题研究人员同时指出,该项技术成果产业化的过程中,还有许多待完善和改进之处,如开发反浮选技术取代现有的正浮选技术,采用清洁生产工艺防止有机药剂对生态环境的污染,降低精矿滤饼含水率,碎矿、磨矿技术和设备的改进,尾矿的综合利用等方面。

2　铝土矿预脱硅分选新工艺的研究开发和半工业试验结果

新工艺的技术原理,在拜耳法生产中,磨矿时按常规拜耳法粒度要求、矿浆预脱硅时添加干矿量5%左右的晶种,借预脱硅反应使铝土矿中铝矿物和硅矿物充分解离,利用铝矿物和硅矿物的粒度和比重差异,用旋流分级设备对矿浆进行分选,就可以选出高品位精矿,精矿矿浆配石灰送拜耳法溶出,尾矿液固分离后,固相在常压下加石灰回收其中的碱(预脱硅分选拜耳法),或送烧结法系统烧成(预脱硅分选并联法)。

这项工艺是我国首次提出并自行研究开发成功的一项新技术,从1994年提出,至2000年全部结束,前后历经6年,完成了试验室试验、扩大试验和半工业试验,并达到了工业化应用程度。

1994年,在研究和比较国内外铝土矿各种物理选矿方法和化学选矿方法之后,郑州轻金属研究院提出用化学(预脱硅)-物理(机械分选)方法进行铝土矿选矿,并取得了预期的效果。

在此基础上,1996年该项技术正式列为国家“九五”重点科技攻关专题(专题编号96-122-01 -04),由郑州轻金属研究院和北京矿冶研究总院联合攻关,试验室用山西矿和河南矿进行选矿试验〔3〕。山西矿原矿:Al2O364136%、SiO213191%、A/S4163,分选后精矿Al2O370141%、SiO25186%、A/S12,01%,Al2O3回收率82%左右;河南矿经预处理再预脱硅分选,原矿Al2O362160%、SiO2 10181%、A/S5179,分选后精矿Al2O376170%、SiO25117%、A/S14184,Al2O3回收率83%左右。

1997年进行了扩大试验,着重对磨矿流程及分选技术和设备进行试验,采用闭合的磨矿流程对山西矿磨矿,矿浆粒度分布:+90目16%,-90～+ 325目58%,-325目26%。用这一矿浆进行分选,原矿A/S6124,精矿A/S11128,产率77148%, Al2O3回收率84186%。

1998～1999年进行了半工业试验〔4〕,全流程主要工序包括磨矿、矿浆预脱硅和机械分选在郑州轻金属研究院氧化铝试验厂进行,试验规模为3～4m3/h,共进行了12天,流程后面几个工序包括精矿拜耳法溶出和尾矿脱碱试验在试验室进行,这是由于精矿矿浆与原矿浆溶出性能基本一致的缘故。半工业试验磨矿采用MB Y600×1200溢流型湿式连续棒磨机与螺旋分级机组成闭合回路有效地避免矿石过磨。预脱硅试验在蒸汽间接加热预脱硅槽中进行,添加5%～8%的尾矿作晶种,98℃左右脱硅8小时。分级试验采用北京矿冶研究总院研制的SZ -100和SZ-80型旋流分级机。试验结果如下:用A/S为6106,Al2O362194%,SiO210140%的山西矿,经一段分选得精矿A/S10178,Al2O369121%, SiO26142%,产率7115%,Al2O3回收率78162%,尾矿A/S213左右。经一粗一扫两段分选精矿A/S 达11～12,Al2O371141%,SiO26131%,产率80%, Al2O3回收率85%～90%,尾矿A/S113～116。精矿溶出性能良好,在常规拜耳法溶出条件下,实际溶出率88%以上,相对溶出率98%左右。尾矿脱碱性能良好,在温度98℃左右,加石灰C/N=310,反应3小时,脱碱率达78%左右。

2000年9月该专题通过省级鉴定〔5〕,鉴定结论为:该技术方案与拜耳法生产过程相结合,工艺简单、易于实施、技术经济分析表明,该技术处理中低品位铝土矿时,具有显著的经济效益,对于一水硬铝石-高岭石型铝土矿的处理,具备了工业生产的技术条件,该项目具有我国自己的知识产权,技术指标居国际先进水平。

2000年1月通过国家计委主持的验收,验收结论为:该新工艺系我国首次提出,自主开发成功的一项新技术,通过半工业试验,已经具备了工业生产的