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摘要：高品位的高鋁礬土日漸匱乏，有必要對中，低品位的高鋁礬土進行選礦提純。選礦提純的方法比較多，根據(jù)礦石的特點，在單一方法不能奏效的情況下，可采用各種方法聯(lián)合進行選礦。選出的精礦可根據(jù)其質(zhì)量情況，再用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，也可以合成各種牌號的高鋁耐火原料。再進一步煅燒，或者電熔剛玉等耐火原料。尾礦用來合成莫來石。
關(guān)鍵詞：高鋁礬土;選礦提純;浮選;耐火原料，剛玉
我國高鋁礬土屬水鋁石-高嶺石型，有人稱為高鋁粘土，又稱鋁土礦。其特點是含Al2O3和SiO2高，含F(xiàn)e2O3低，不太適合工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)，比較適合耐火材料。自1953年唐鋼耐火車間利用本地高鋁礬土生產(chǎn)出Al2O3含量87.34%高鋁磚之后，1954年重鋼耐火車間利用貴陽高鋁礬土生產(chǎn)出Al2O3含量大于85%的高鋁磚之后，高鋁質(zhì)耐火材料得到快速發(fā)展。
如今我國已是耐火材料生產(chǎn)大國，耐火材料產(chǎn)量占全球的65%以上(2011年產(chǎn)量2949萬t，近年稍有降低)，其中高鋁耐火材料占65%以上，每年要用1500萬t高鋁礬土，經(jīng)過60多年的開采利用，高鋁礬土資源已趨匱乏。
耐火材料對高鋁礬土有嚴格的質(zhì)量要求(見表1)<1>，隨著高溫技術(shù)的發(fā)展，1982年后，特級、一級高鋁礬土熟料供不應(yīng)求，二級礬土熟料滯銷，三級品利用率也很低。因此對當前大量的中低品位Al2O3含量較低的高鋁礬土，必須考慮選礦提純。
1、我國高鋁礬土選礦提純的必要性<2><3><4>：
1.1、我國高鋁礬土多為高硅低鋁原料，鋁硅比以4-6為主，礦石的Al2O3含量以40-60%為主，優(yōu)質(zhì)礦石很少，如陽泉礦，其特，一級品僅占14%，經(jīng)過多年的開采，已所剩無幾，因此需要選礦提純，提高Al2O3含量，除掉或減少SiO2，F(xiàn)e2O3，K2O、Na2O等雜質(zhì)成分。
1.2、由于高溫技術(shù)的進步，耐火材料用戶對質(zhì)量要求越來越高，例如過去鋼鐵工業(yè)錠模澆鋼大量使用粘土質(zhì)耐火材料，而新的技術(shù)，采用連鑄，爐外精煉等，大型鋼包襯是以剛玉為主的鋁鎂質(zhì)澆注料，中，小型鋼包襯也是以特等或一等高鋁熟料為主的澆注料等。新的高溫技術(shù)，普遍要求高材質(zhì)高質(zhì)量的耐火材料。
1.3、提高資源利用率，保護環(huán)境。我國耐火用鋁礬土礦山，一般是人工分級，礦石混級在30%以上(國家規(guī)定混級率不大于10%)，改革開放以來，大部分礦山為民采，采富棄貧，亂采亂挖，資源破壞和浪費現(xiàn)象非常嚴重，加上煅燒設(shè)備限制只能用塊料，粉礦不用，資源損失率高達50-70%。采用機械化采礦，通過選礦提純，使資源利用率由20%提高到80%以上。
1.4、高鋁礬土礦屬沉積型礦床，由于礦床成因及賦存地質(zhì)條件的影響，往往同一礦層，同一區(qū)段，同一塊礦石的化學成分波動很大，質(zhì)地很不均勻。通過選礦提純使礬土原料的化學成分達到穩(wěn)定。國外標準要求Al2O3含量波動范圍控制在1-2%，而我國往往高達5-10%，相當程度上制約了耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的提高，因此也造成出口國外的原料或產(chǎn)品，出現(xiàn)一等原料三等價錢的問題，因此應(yīng)該選礦提純。
1.5、早在1990年中國金屬學會就制定了“我國鋼鐵工業(yè)用耐火材料發(fā)展綱要設(shè)想，確立我國耐火材料的精料方針”。2006年中國耐火材料行業(yè)協(xié)會制定的‘‘耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政筞’(建議稿)中指出‘‘將根據(jù)資源分布情況，建設(shè)若干個供礦基地和選礦廠，以提高礦石品級，合理充分利用資源’?，F(xiàn)在應(yīng)該是去實現(xiàn)這些建議和要求的時侯了。國家對各行業(yè)提出轉(zhuǎn)型升級，耐火原料礦山必須要走機械化開采，正確的選礦提純道路，改變現(xiàn)在的落后的開采方法，人工分級的情況。
2、高鋁礬土提純方法評述
在耐火材料界，20世紀70年代就提出高鋁礬土選礦提純的問題，俗稱‘‘減法’之說，而在金屬鋁業(yè)界也做了大量工作，20紀80-90年代一些科研院所對高鋁礬土選礦提純研究取得許多可喜的成果，近年來又做了深入細致的工作?，F(xiàn)將與耐火原料有關(guān)系選礦做簡單評述。其實耐火用高鋁礬土有嚴格的質(zhì)量要求，其行業(yè)標準YB/T5179-2005理化指標見表2。還有以氧化鋁為原料的剛玉材料。
天然高鋁礬土除含Al2O3外，還有SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，N2O等雜質(zhì)，不同地區(qū)的礬土礦雜質(zhì)數(shù)量往往不同，選礦的目的就是除去其中的雜質(zhì)，提高Al2O3含量，主要的選礦方法如下：
2.1、提取氧化鋁：從高鋁礬土或其他含鋁天然原料提取氧化鋁的方法較多。目前我國普遍采用選礦-拜耳法生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁，國內(nèi)生產(chǎn)金屬鋁的各大鋁業(yè)公司基本都生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁，耐火用氧化鋁大部分從鋁業(yè)公司購買，或者從國外進口。
2.2、用氟化鋁除去高鋁礬土中的SiO2，TiO2，F(xiàn)e2O3，制取板狀棕剛玉：將鋁礬土粉碎至小于0.175mm，與一定比例的AlF3充分混合，然后壓塊煅燒，產(chǎn)生的SiF4，TiF4，F(xiàn)eF3為白色氣態(tài)物，全部揮發(fā)，Al2O3含量增大。有人用陽泉礬土試驗，煅燒1300℃，保溫30min，可脫除SiO2：95%，TiO2：99%，F(xiàn)e2O3：13%，煅燒到1780℃可形成板狀剛玉。這種方法的生產(chǎn)成本較高，揮發(fā)物難以回收，污染環(huán)境<1>。
用氯化揮發(fā)法除鈦，鐵是可行的，小型試驗原礦TiO2由3%降到0.62-0.65%，F(xiàn)e2O3由0.87%降到0.29-0.31%，收得率在95%以上，成本增加不大，企業(yè)有利可圖。但注意揮發(fā)物回收，保護環(huán)境。
2.3、洗選：可采用附有振動篩的擦洗機，滾筒篩，緩慢轉(zhuǎn)動的攪拌機等洗去礦石表面的附著物。此法是最簡單的選礦方法，利用含硅礦物易碎，泥化的特點，除去細粒級物質(zhì)，提高鋁硅比<5>。
/2.4、浮選法：我國自20世紀70年代開始對浮選脫硅進行諸多研究，是目前研究較多，也較為有效的方法之一。根據(jù)上浮礦物是否為目的礦物，可分為正浮選和反浮選。原礦磨細到200目占95%，以Na2CO3為調(diào)整劑，六偏磷酸鈉為抑制劑，氧化石蠟皂和塔尓油作捕收劑取得較好效果，礦石鋁硅比由5提高到8以上，正浮選分離或富集水鋁石。然后將浮選的精礦進一步磨細通過325目篩進行反浮選，除去含鐵與含鈦礦物。各礦區(qū)高鋁礬土半工業(yè)試驗結(jié)果如表3。
2004年中州鋁廠建成300kt/a選礦-拜耳法生產(chǎn)線，采用磨礦浮選工藝，選礦凈增加費用相當于原礦采購價的20%，這個成本在經(jīng)濟上是合適的。而進一步生產(chǎn)氧化鋁的成本與傳統(tǒng)拜耳法基本持平，優(yōu)于燒結(jié)法<6><7>。
2.5、利用酸，堿與高鋁礬土雜質(zhì)的化學反應(yīng)提高氧化鋁含量。將燒后礬土熟料磨細加鹽酸浸泡，可將鐵，鈣，鎂去掉，但廢酸難處理<9>。
將礬土焙燒，使高嶺石生成無定型SiO2，在較低溫度下與NaOH反應(yīng)，溶解在稀堿溶液中，使礦石中的鋁，硅分離。此外，經(jīng)高溫處理，礦石中大部分碳酸鹽，硫，有機物及其他有害雜質(zhì)被除去。
2.6、磁選;強磁選能有效的除去鐵礦物，而且是經(jīng)濟的方法。例如某研究院將礬土磨至≤0.0744占93-96%，以六偏磷酸鈉為分散劑，采用高梯度磁選法選礦，使原礦Fe2O3含量1.86%和1.03%分別降至0.86%和0.7%，原礦TiO2含量2.81%和2.99%分別降至2.39，和1.77%<10>。
有人采用浮選法，用芐基砷酸為撲收劑，效果比磁選法好些，F(xiàn)e2O3由1.25%降至0.76%，TiO2由2.91降至1.91%。
2.7生物選礦：利用微生物來分解硅酸鹽，鋁硅酸鹽礦物。一般是異養(yǎng)菌(主要是細菌及真菌)，細菌可以將一個高嶺石分子破壞為Al2O3和SiO2，從而使SiO2轉(zhuǎn)化為可溶物，而Al2O3不溶，得以分解。這種方法生產(chǎn)成本低，消除環(huán)境污染，具有良好的前景<11>。
2.8、直接用拜耳法處理中，低品位鋁礬土礦石：利用原有拜耳法系統(tǒng)，只需將石灰添加量提高，就可以直接處理中，低品位礦石。其基本原理是含硅礦物在一水硬鋁石溶出條件下，與溶液中的鋁酸鈉反應(yīng)，生成水合鋁硅酸鈉進入赤泥，多加石灰使鈣取代鈉生成水合鋁硅酸鈣脫除，可以降低堿耗和成本<12>。
2.9、電熔法：利用鋁對氧的親和力比鐵，硅，鈦等大的基本原理，通過控制還原劑(炭素)的數(shù)量，用還原冶煉的方法使鋁礬土中的主要雜質(zhì)還原，生成硅鐵合金與剛玉熔液分離，從而獲得結(jié)晶符合要求的剛玉材料。冶煉棕剛玉時，一般要求鋁礬土的Al2O3含量大于76%，Al2O3含量愈高，對冶煉剛玉各項技術(shù)指標愈有利。
用高鋁礬土冶煉亞白剛玉，配加炭素材料要比冶煉棕剛玉大，其前，中期為還原冶煉期，后期為氧化精煉期，配加脫碳劑進行脫碳處理，使亞白剛玉Al2O3含量大于98%或98.5%。冶煉亞白剛玉用鋁礬土熟料要求Al2O3含量≥85%<8>。
2.10、聯(lián)合流程選礦法，單一方法不能湊效的情況下，可采用各種方法聯(lián)合進行。例如洗選-磁選-浮選等。高鋁礬土的選礦方法還有許多，而且在進一步研究提高中。
3、新型耐火原料基地的探討
可在山西，河南，貴州，廣西等高鋁礬土儲量豐富的省(區(qū))，建設(shè)年產(chǎn)40萬t以上礦石的大型礦山。礦山要有詳細的地質(zhì)勘探資料，作好礦山地質(zhì)工作，采用機械化開采，分級，以經(jīng)濟為杠桿，效益為準則，對礦石綜合利用。
3.1、在礦山境內(nèi)建有環(huán)保型機械化高溫豎窯，采用煤氣，天然氣或液化氣作燃料。建設(shè)選礦廠，目前比較合適的是浮選法，其次是根據(jù)當?shù)氐V石的特點，如磁選或某種化學法選礦。建設(shè)電弧爐冶煉車間，為電熔剛玉制造條件。
3.2、礦山開采的礦石經(jīng)分級，化學成分符合做耐火原料的，直接入豎窯煅燒，如果是粉料，可預均化合成或直接成球入豎窯煅燒，其熟料可根品牌的質(zhì)量指標出售。根據(jù)耐火材料的生產(chǎn)經(jīng)驗，用這種原料生產(chǎn)的制品質(zhì)量不差。鋁土礦直接燒成熟料，工藝簡單，成本低。經(jīng)濟效益顯著，也容易被用戶接受。
3.3、低品位鋁土礦石，特別是不符合耐火原料要求的鋁礬土，要運到選礦廠進行選礦提純。鋁礬土礦的混合原礦，采用浮選，磁選工藝流程實現(xiàn)分級與提純，工藝簡單，指標可靠。所用設(shè)備均為國產(chǎn)，藥劑來源廣泛，易于建廠投產(chǎn)。
3.4、選礦后的精礦與尾礦處理，用以下的例子說明：例1，陽泉煤業(yè)集團通過浮選，獲高鋁產(chǎn)品和低鋁產(chǎn)品，中間產(chǎn)品再通過強磁除鐵，浮選脫鈦工藝，最終獲得鋁硅比大于9的高鋁產(chǎn)品，做為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料，鋁硅比約等于2.55的低鋁產(chǎn)品，作為合成莫來石的耐火原料。例2，山西孝義某鋁業(yè)公司對低品位高鋁礬土用無尾分離新技術(shù)進行選礦，將當?shù)卮罅糠e存的碎礦入選，產(chǎn)品以w(Al2O3)≥75%為主，用帶預熱器的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)高鋁均化料;另一種精礦鋁硅比大于8，供生產(chǎn)氧化鋁;尾礦用于合成莫來石，實現(xiàn)無尾礦生產(chǎn)。(特大型鋁礬土礦山可考慮引進拜耳法生產(chǎn)氧化鋁設(shè)備)
2.4、利用高溫豎窯，將拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁煅燒成板狀剛玉。利用電弧爐，將拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁電熔成白剛玉，致密剛玉，將選后符合要求的精礦(Al2O3>76%，TiO2<5.5%，F(xiàn)e2O3<5%，CaO+MgO<1.2%)電熔棕剛玉;而用品位更高的精礦(Al2O3≥85%，TiO2≤4.5%，CaO+MgO≤0.5%)電熔亞白剛玉。也可以利用豎窯煅燒，將選出的精礦預合成各種牌號的高鋁耐火原料，尾礦用燒結(jié)法合成莫來石。
結(jié)束語
我國高鋁礬土資源豐富，由于它是耐火材料和金屬鋁的同一原料，經(jīng)過多年的大量開采，高品位礦石日漸匱乏，必須對中，低品位礦石進行選礦提純。耐火原料的高鋁礬土礦山要轉(zhuǎn)型升級，建設(shè)環(huán)保型的大型礦山，采用機械化開采，分級，同時建有選礦廠，煅燒礦石或合成料的車間，電熔車間，綜合生產(chǎn)各種牌號的耐火原料。
參攷文獻
1，徐平坤，魏國釗：耐火材料新工藝技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，2005，99-121頁
2謝珉：論鋁土礦選礦的必要性和可行性，國外非金屬選礦，1991，(7)，69-76
3，侯雪峰等：我國耐火材料用高鋁粘土原料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，耐火材料，2009，43(4)，294-296。
4，張莓：我國鋁土礦開發(fā)實況，中國金屬通報，2010，(42)16-17
5，關(guān)明久：陽泉高鋁礬土選礦試驗研究的新進展，耐火材料，1991，(4)，225-228。
6，馬智敏等：鋁土礦選礦脫硅技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景，礦產(chǎn)綜合利用，2015，(1)，1-5。
7，歐陽堅等：國內(nèi)外鋁土礦選礦研究的現(xiàn)狀，礦山保護與利用，1995，(6)，12-15.
8，徐平坤：剛玉耐火材料，冶金工業(yè)出版社，2007，28-34頁。
9，楊波等：常壓下高濃度NaOH浸取鋁土礦預脫硅，過程工程學報，2007，10(5)922-927。
10，鄭慧慧等：耐火級鋁土礦除鐵技術(shù)研究進展，耐火材料，2014，(4)，312-315。
11，盧琳等：鋁土礦降鐵脫硅選礦試驗研究，礦業(yè)研究與開發(fā)，2016，(11)，75-78。
12，付文峰等：中低品位鋁土礦石石灰拜耳法溶出的研究，東北大學學報，2005， (11)，7-10。
作者：徐平坤(1939-)，男，高級工程師，主要從事耐火材料的開發(fā)與生產(chǎn)工作。
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