高嶺石、伊利石、葉臘石等含硅礦物是鋁土礦中主要的脈石礦物，也是氧化鋁生產(chǎn)中最為有害的雜質(zhì)。硅在溶出時(shí)與鋁生成鋁硅酸鈉（生產(chǎn)上稱為鈉硅渣）既引起鋁的損失，也增加堿耗，同時(shí)使得氧化鋁生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。
如何經(jīng)濟(jì)有效地脫除礦石中的二氧化硅，提高鋁土礦的鋁硅比，為氧化鋁生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)原料，從而降低生產(chǎn)成本，是合理利用我國(guó)鋁土礦資源及促進(jìn)我國(guó)氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保證。
我國(guó)從20世紀(jì)50年代起就著手研究鋁土礦選礦脫硅技術(shù)，在研究工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷技術(shù)創(chuàng)新，取得巨大的進(jìn)展。為了進(jìn)一步優(yōu)化浮選工藝，強(qiáng)化粗粒富連生體的捕集，放粗入選細(xì)度和精礦細(xì)度，降低選礦成本，改善精礦脫水過(guò)濾性能，開發(fā)出優(yōu)于鋁土礦選礦“九五”攻關(guān)成果的新工藝，為山東鋁業(yè)公司鋁土礦選礦廠建設(shè)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在深入分析研究鋁土礦的工藝礦物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，吸收了階段磨礦一次選別工藝和分級(jí)-浮選工藝的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用了選礦先進(jìn)理論和技術(shù)，例如，閃速浮選技術(shù)等，新近開發(fā)的一種新工藝。創(chuàng)造性地把閃速浮選原理和粗細(xì)分選技術(shù)應(yīng)用于鋁土礦選別過(guò)程，獲得理想結(jié)果。在山東鋁業(yè)公司大力支持下，于2001年7月28日順利地完成了三個(gè)方案（階段磨礦一次選別工藝、分級(jí)-浮選工藝及選擇性磨礦-粗細(xì)分選新工藝）的對(duì)比連選試驗(yàn)，三個(gè)方案連續(xù)累計(jì)9個(gè)班試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，選擇性磨礦-粗細(xì)分選工藝，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、易于實(shí)施。推薦采用該方案作為山東鋁業(yè)公司鋁土礦選礦廠設(shè)計(jì)依據(jù)，并建議在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮采用粗?？焖俑∵x技術(shù)及其配套裝備實(shí)現(xiàn)該工藝。
表1 三個(gè)方案的連選試驗(yàn)結(jié)果/%
|
工藝技術(shù)
|
入選細(xì)度
/-75µm
|
產(chǎn)品名稱
|
產(chǎn) 率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
||||||
|
階段磨礦
一次選別
|
67.4
|
精礦
尾礦
原礦
|
81.40
18.60
100.0
|
69.05
36.20
62.94
|
5.78
10.78
|
11.94
5.84
|
89.30
10.70
100.0
|
|
分級(jí)-浮選
|
79.2
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.85
16.15
100.0
|
67.95
37.74
63.07
|
6.36
10.84
|
10.68
5.82
|
90.34
9.66
100.00
|
|
選擇性磨礦
-粗細(xì)分選
|
62.9
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.09
16.91
100.0
|
68.71
35.89
63.13
|
5.45
10.82
|
12.61
5.83
|
90.39
9.61
100.0
|
一、開發(fā)新工藝的研究
（一）新工藝的研究基礎(chǔ)
我國(guó)研究鋁土礦選礦脫硅技術(shù)，近年來(lái)取得巨大進(jìn)步。具體表現(xiàn)如下：（1）創(chuàng)造性地把以一水硬鋁石富連生體作為捕集和回收對(duì)象的技術(shù)思路應(yīng)用于鋁土礦選礦脫硅，解決了因一水硬鋁石型鋁土礦嵌布粒度細(xì)而導(dǎo)致的鋁精礦粒度和氧化鋁回收率之間的矛盾。（2）將鋁土礦入選細(xì)度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm，保證了選別指標(biāo)和放粗精礦粒度，為后續(xù)脫水過(guò)濾、拜耳法溶出赤泥沉降提供了條件。（3）開發(fā)了復(fù)合高效分散劑，實(shí)現(xiàn)礦漿的有效分散，選用高效組合捕收劑強(qiáng)化捕收一水硬鋁石及富連生體，實(shí)現(xiàn)有效脫硅及最大限度地回收目的礦物。（4）選精礦指標(biāo)從A/S9左右、Al2O3回收率70%，到選精礦A/S11以上、Al2O3回收率89%左右。“九五”期間，鋁土礦選礦脫硅研究工作進(jìn)展加快。北京礦冶研究總院及兄弟單位針對(duì)我國(guó)中低品位一水硬鋁石型鋁土礦固有的工藝礦物學(xué)特征，做了大量的鋁土礦選礦脫硅基礎(chǔ)理論研究及扎實(shí)、詳細(xì)的試驗(yàn)工作。在國(guó)內(nèi)外首次完成了鋁土礦選礦脫硅-拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝的工業(yè)試驗(yàn)，取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不僅突破了多年來(lái)我國(guó)鋁土礦選礦脫硅氧化鋁回收率偏低的困難局面，而且極大地推動(dòng)了我國(guó)鋁土礦選礦脫硅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為進(jìn)一步優(yōu)化工藝技術(shù)條件及流程結(jié)構(gòu)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（二）開發(fā)新工藝的理論背景
提出選擇性磨礦－粗細(xì)分選工藝?yán)碚摰谋尘笆怯捎诖至８∵x性質(zhì)存在明顯的差異，表現(xiàn)在粗粒和細(xì)粒的比表面能不同，因而吸附藥劑的量和速度不同；粗粒和細(xì)粒要求的攪拌強(qiáng)度不同；粗粒和細(xì)粒浮選要求的礦漿濃度不同；粗粒要求較短的礦化起泡浮升路程；細(xì)粒易互凝。因此，窄粒級(jí)化、粗細(xì)分選、營(yíng)造分別適應(yīng)粗粒和細(xì)粒浮選過(guò)程環(huán)境是提高粗粒一水硬鋁石富連生體或單體的捕收率、改善微細(xì)粒分選效率、避免礦泥惡化浮選過(guò)程、降低藥劑成本等的根本保證，從而實(shí)現(xiàn)在提高精礦鋁硅比的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)有效地回收有用礦物的目的。
（三）新工藝的特點(diǎn)
選擇性磨礦-粗細(xì)分選新工藝，吸收了階段磨礦一次選別工藝和分級(jí)－浮選工藝的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用了選礦先進(jìn)理論和技術(shù)，例如，閃速浮選技術(shù)等，創(chuàng)造性地把閃速浮選原理和粗細(xì)分選技術(shù)應(yīng)用于鋁土礦選礦過(guò)程。其實(shí)質(zhì)是在磨礦分級(jí)回路中，采用粗粒快速浮選技術(shù)，選用粗粒浮選機(jī)和高效捕收劑快速捕集分級(jí)返砂中的粗粒一水硬鋁石單體及富連生體，獲得最終精礦產(chǎn)品（稱為精礦1），細(xì)粒（分級(jí)溢流）進(jìn)入常規(guī)浮選回路選別，產(chǎn)出精礦（稱為精礦2）和尾礦。克服了粗粒和細(xì)?；爝x時(shí)同時(shí)上浮對(duì)浮選環(huán)境的特殊要求，粗?？焖俑〕觯s短了浮選時(shí)間，提高了粗粒捕收劑效果，改善了細(xì)粒級(jí)分選效率，減少細(xì)粒脈石進(jìn)入精礦，使精礦脫水性能提高，并降低捕收劑總用量，從而節(jié)約選別成本。
二、新工藝連選試驗(yàn)
（一）試驗(yàn)礦樣
連選試驗(yàn)礦樣的采樣設(shè)計(jì)、組織實(shí)施及采樣說(shuō)明書編制由山東鋁業(yè)公司負(fù)責(zé)完成。礦樣于2001年4月份運(yùn)達(dá)北京礦冶研究總院，大約20t。對(duì)礦樣進(jìn)行粗、中碎及閉路細(xì)碎，將礦石加工至－3mm，混勻，取樣分析，保存?zhèn)溆?。其礦物組成見(jiàn)表2。原礦中主要礦物為一水硬鋁石，少量的一水軟鋁石。含硅脈石礦物為伊利石、高嶺石、葉臘石、綠泥石等。其它礦物為銳鈦礦、金紅石、板鈦礦、針鐵礦、水針鐵礦等。此外還有微量的蒙脫石、水白云母、鋯石、電氣石、石英等。原礦多元素分析結(jié)果見(jiàn)表3。
表2 原礦的礦物組成及含量/%
|
礦 物
|
含 量
|
礦 物
|
含 量
|
|
一水硬鋁石
一水軟鋁石
|
64.63
|
銳鈦礦
金紅石
板鐵礦
|
3.18
|
|
伊利石
|
21.83
|
|
|
|
高嶺石
綠泥石
葉臘石
蒙脫石
|
2.14
|
針鐵礦
水針鐵礦
赤鐵礦
|
6.23
|
|
石英
|
微
|
鋯石
|
微
|
|
電氣石
|
微
|
其它礦物
|
1.99
|
表3 原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果/%
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元素
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Al2O3
|
SiO2
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Fe2O3
|
TiO2
|
K2O
|
Na2O
|
CaO
|
MgO
|
灼堿
|
A/S
|
|
含量
|
62.73
|
10.81
|
6.41
|
3.10
|
2.06
|
0.054
|
0.042
|
0.25
|
12.72
|
5.80
|
（二）小型試驗(yàn)
選擇磨礦－粗細(xì)分選工藝小型試驗(yàn)開展的主要研究工作是，開發(fā)粗粒快速浮選強(qiáng)力組合捕收劑，優(yōu)選細(xì)粒浮選高效分散劑，確定適宜人選細(xì)度。在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
圖1 選擇性磨礦-粗細(xì)分選工藝小型閉路試驗(yàn)流程及藥劑條件
表4 選擇性磨礦-粗細(xì)分選工藝的閉路試驗(yàn)結(jié)果/%
|
新工藝技術(shù)
|
產(chǎn)品名稱
|
產(chǎn)率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
|||||
|
選擇性磨礦
-粗細(xì)分選
|
精礦1
精礦2
精礦
(精礦1+精礦2)
尾礦
原礦
|
27.91
54.89
82.80
17.20
100.0
|
68.21
70.20
69.53
35.54
63.68
|
7.20
5.05
5.78
34.46
10.71
|
9.47
13.90
12.03
1.03
5.94
|
29.89
60.51
90.40
9.60
100.0
|
（三）連選試驗(yàn)
以小型試驗(yàn)工藝流程為依據(jù)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整藥劑用量、確定合適的磨礦細(xì)度及浮選濃度，采用磨礦分級(jí)閉路循環(huán)，溢流再次分級(jí)，分級(jí)返砂經(jīng)粗粒快速浮選，閃速選出精礦（稱精礦1），細(xì)粒（分級(jí)溢流）進(jìn)常規(guī)浮選回路，經(jīng)一次粗選、一次掃選、三次精選后獲得精礦（稱精礦2），工藝流程與圖1基本相同。以50kg/h，即日處理量1.2t的連選規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)還進(jìn)行了階段磨礦一次選別工藝（采用磨礦分級(jí)閉路循環(huán)、一次粗選、一次掃選、掃選尾礦經(jīng)分級(jí)機(jī)分級(jí)后，分級(jí)粗粒返回磨機(jī)再磨再選，分級(jí)溢流為最終尾礦，粗精礦經(jīng)二次精選獲得精礦）及分級(jí)-浮選工藝（采用磨礦分級(jí)閉路循環(huán)，分級(jí)溢流再次分級(jí)，返砂直接作為精礦產(chǎn)出，溢流進(jìn)常規(guī)浮選回路，經(jīng)一次粗選、一次掃選、掃選尾礦送分級(jí)機(jī)分級(jí)后粗粒返回磨機(jī)再磨再選，分級(jí)溢流為最終尾礦，粗精礦經(jīng)二次精選后，獲得精礦）的連選對(duì)比試驗(yàn)，三個(gè)方案連續(xù)9個(gè)班累計(jì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 三個(gè)方案的連選試驗(yàn)結(jié)果/%
|
工藝技術(shù)
|
產(chǎn)品名稱
|
產(chǎn) 率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
|||||
|
I：階段磨礦
一次選別
|
精礦
尾礦
原礦
|
81.40
18.60
100.0
|
69.05
36.20
62.94
|
5.78
10.78
|
11.94
5.84
|
89.30
10.70
100.0
|
|
Ⅱ：分級(jí)－浮選
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.85
16.15
100.0
|
67.95
37.74
63.07
|
6.36
10.84
|
10.68
5.82
|
90.34
9.66
100.0
|
|
Ⅲ：選擇性磨礦
－粗細(xì)分選
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.09
16.91
100.0
|
68.71
35.89
63.13
|
5.45
10.82
|
12.61
5.83
|
90.39
9.61
100.0
|
（四）三個(gè)方案對(duì)比
以本次連選試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，按日處理原礦1500t規(guī)模計(jì)，參照沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院提交的《選礦－拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝工業(yè)試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證報(bào)告》、1999年鋁土礦選礦脫硅工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及我國(guó)大型鋁礦山選礦生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)行了三個(gè)方案的成本估算及連選試驗(yàn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 三個(gè)方案連選試驗(yàn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比
|
方案
|
I：階段磨礦
一次選別
|
Ⅱ：分級(jí)
－浮選
|
Ⅲ：選擇性磨礦
－粗細(xì)分選
|
|
精礦產(chǎn)率/%
精礦鋁硅比
精礦回收率/%
入選細(xì)度/%-75µm
精礦細(xì)度/%-75µm
選礦藥劑成本
/(元·t-1)
選礦加工成本
/(元·t-1干精礦)
|
81.40
11.94
89.30
67.4
75.80
15.35
67.68
|
83.85
10.68
90.34
79.2
77.70
14.01
62.50
|
83.09
12.61
90.39
62.9
73.86
13.15
55.89
|
從表6可見(jiàn)，無(wú)論是技術(shù)指標(biāo)，還是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，方案Ⅲ均較為優(yōu)越。與方案I相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上，而且精礦產(chǎn)率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產(chǎn)率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節(jié)省了6元左右。
三、選擇性磨礦－粗細(xì)分選新工藝評(píng)述
方案Ⅰ在1998年河南鋁土礦選礦脫硅連選試驗(yàn)和1999年河南鋁土礦選礦脫硅工業(yè)試驗(yàn)流程與藥劑制度的基礎(chǔ)上，沿用原磨浮流程，即“階段磨礦一次選別”流程（原礦粗磨入選，粗粒級(jí)中礦返回磨機(jī)再磨，合并選別），在藥劑制度上開展深入的研究工作后，本次獲得的技術(shù)指標(biāo)與1998年連選指標(biāo)和1999年工業(yè)試驗(yàn)指標(biāo)相近，但藥劑用量下降，藥劑成本有所降低。
方案Ⅱ是在1998年連選試驗(yàn)提出的“分級(jí)-浮選”工藝和1999年“階段磨礦一次選別”流程工業(yè)試驗(yàn)和2001年完成的中州鋁土礦“分級(jí)－浮選”工藝工業(yè)試生產(chǎn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種技術(shù)方案。原磨礦細(xì)至75%～80%－75µm后，經(jīng)分選機(jī)分級(jí)，粗粒級(jí)產(chǎn)品直接作為精礦產(chǎn)出，產(chǎn)率約15%～20%，細(xì)粒級(jí)進(jìn)入浮選回路選別，獲得精礦2和尾礦。與方案Ⅰ比較，其優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)入浮選作業(yè)的礦量將減少30%左右，藥劑耗量和浮選礦漿也將減少，可降低選礦成本；其缺點(diǎn)為，以分級(jí)方式產(chǎn)出精礦，波動(dòng)大，難以控制，在原礦鋁硅比波動(dòng)大時(shí)，尤其偏低時(shí)，難以保證精礦的鋁硅比。
方案Ⅲ“選擇性磨礦－粗細(xì)分選”工藝為根據(jù)我國(guó)鋁土礦的工藝礦物學(xué)特征，在總結(jié)已有工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用選礦領(lǐng)域先進(jìn)理論和技術(shù)，新近開發(fā)的一種新工藝，是繼1998年將鋁土礦入選細(xì)度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm之后的新的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步；“粗細(xì)分選”技術(shù)創(chuàng)造性地運(yùn)用在鋁土礦分選上，是鋁土礦選礦工藝有以新的創(chuàng)舉。由于粗粒與細(xì)粒浮選性質(zhì)存在明顯的差異，因此窄粒級(jí)化，粗細(xì)分選，營(yíng)造分別適應(yīng)粗粒和細(xì)粒浮選過(guò)程浮選環(huán)境，是提高粗粒一水硬鋁石富連生體或單體的捕收率、改善微細(xì)粒分選效率、避免礦泥惡化浮選條件及降低藥劑成本的根本保證。本次連選試驗(yàn)結(jié)果充分證明，方案Ⅲ技術(shù)上的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。與方案Ⅰ相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上（其中藥劑節(jié)省了2.2元），而且精礦產(chǎn)率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產(chǎn)率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節(jié)省了6.61元（其中藥劑節(jié)省了0.86元）。其優(yōu)點(diǎn)為入選粒度粗（磨礦細(xì)度為60%～65%－75µm），大部分的粗粒在磨礦分級(jí)回路中快速選出，改善了磨礦分級(jí)條件，避免了目的礦物過(guò)磨；細(xì)粒進(jìn)入常規(guī)浮選，礦量少，且無(wú)浮選尾礦分級(jí)作業(yè)和中礦返回磨機(jī)的大循環(huán)，藥劑消耗，球耗和能耗將大為減少。
四、結(jié)語(yǔ)
（一）“選擇性磨礦－粗細(xì)分選”工藝是根據(jù)我國(guó)鋁土礦的工藝礦物學(xué)特征，以一水硬鋁石富連生體及中等品位連聲體為捕集和回收目標(biāo)，實(shí)施選擇性碎磨，進(jìn)一步放粗入選細(xì)度（60%～65%－75µm），是繼1998年將鋁土礦入選細(xì)度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm之后的新的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。“粗細(xì)分選”技術(shù)創(chuàng)造性地運(yùn)用在鋁土礦分選上，是鋁土礦選礦工藝又一新的創(chuàng)舉。
（二）開發(fā)了“選擇性磨礦-粗細(xì)分選”新技術(shù)，并完成了小型試驗(yàn)和連選試驗(yàn)。原礦鋁硅比5.83時(shí)，獲得了精礦產(chǎn)率83.09%，精礦鋁硅比12.61，三氧化二鋁回收率90.39%。
（三）本次連選試驗(yàn)結(jié)果充分證明，新工藝技術(shù)上的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。與方案Ⅰ相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上（其中藥劑節(jié)省了2.2元），而且精礦產(chǎn)率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產(chǎn)率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節(jié)省了6元左右（其中藥劑節(jié)省了0.86元）。
（四）本次連選試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定、可靠，工藝流程和藥劑制度簡(jiǎn)單易行。
