低铝硅比铝土矿“选择性磨矿—聚团浮选”工艺实践研究.pdf

中图分类号 U D C T D 9 2 3 6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码1 0 5 3 3 低铝硅比铝土矿“选择性磨矿．聚团浮选“ 工艺实践研究 D e s i l i c a t i o no fL o wA l u m i n a S i l i c aR a t i oB a u x i t eb y “Se l e c t i V eG r i n d i n g A g g r e g a t i o nF l o t a t i o n ’’P r o c e s s 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 张金铭 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 张国范副教授 答辩委员会主席 中南大学 扣，々年5 月z 2 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名彩缝终 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名舭铭 导师签名眦 万方数据 低铝硅比铝土矿“选择性磨矿一聚团浮选”工艺实践研究 摘要本文致力于改善河南、山西大量低铝硅比铝土矿资源的利用现 状，对“选择性磨．矿一聚团浮选”工艺在处理东大选矿厂低铝硅比铝 土矿实践应用进行了研究。 铝土矿“选择性磨矿．聚团浮选”工艺的技术要点之一是，从磨 矿产品中分离出一部分高铝硅比的粗粒级物料作为精矿产品的一部 分。铝土矿粗粒级浮选回收率低和选择性磨碎性质，是提出本工艺的 事实依据。 研究表明，粗粒分离粒度高于O ．0 7 5 m m 时，随着粗粒分离粒度 增加，合并精矿的产率降低，铝硅比升高；粗粒分离粒度低于O ．0 7 5 m m 时，随着分级粒度降低，合并精矿的产率和铝硅比都降低。最佳的粗 粒分离粒度为O ．0 7 5 m m 。 对于原矿中．O ．0 7 5 m m 物料，其最佳浮选条件为磨矿细度8 4 ％、 粗选p H 值9 ．4 、精选p H 值9 ．8 、六偏磷酸钠用量4 0 酚、捕收剂用量 1o o O 趴。在最佳工艺条件下，实验室闭路试验以铝硅比为2 ．8 2 的原 矿，可以得到合并精矿产率为6 6 ％，精矿铝硅比为5 ．9 0 的结果。 粗粒级有用矿物的损失是东大选矿厂原浮选回收效果差的原因 之一。采用“选择性磨矿．聚团浮选”工艺，并以水力旋流器作为粗 粒分离的设备，进行了工业试验。以铝硅比为2 ．8 3 的原矿，可以得 到产率为5 9 ．8 0 ％，铝硅比为6 ．2 0 的合并精矿，其中，粗粒级物料的 产率为2 1 ．7 7 ％，铝硅比为4 ．2 4 。精矿产率比采用全粒级浮选提高了 1 2 ％。 “选择性磨矿．聚团浮选”工艺在处理低铝硅比铝土矿方面具有 显著地优越性。 图3 4 幅，表3 9 个，参考文献5 6 篇。 关键词铝土矿；浮选；粗颗粒；分级；选择性磨矿 分类号T D 9 2 3 I l 万方数据 D e s i l i c a t i o no fL o wA l u m i n a ．S i l i c aR a t i oB a u x i t eb y ‘‘S e l e c t i v eG r i n d i n g - A g g r e g a t i o nF l o t a t i o n ”P r o c e s s A b s t r a c t “S e l e c t i v eg r i n d i n g a g g r e g a t i o nf l o t a t i o n ”p r o c e s su s e di n d e s i l i c a t i o np r a c t i c e so fl o wa l u m i n a s i l i c ar a t i ob a u x i t ew a si n V e s t i g a t e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，i no r d e rt oi m p r o V eu t i l i z a t i o ns t a m so fl o wa l u m i n a - ⋯●●●TT1几1 ’一 ’ S l l l C ar a t l Ob a U X l t el n 上1 e n a na n dS n a n X lP r O V l n C e ． I ti so n ep o i n to f “s e l e c t i V eg r i n d i n g - a g g r e g a t i o nn o t a t i o n “ p r o c e s s t h a tc o a r s em a t e r i a l sa r ep r e c l a s s i f i e d 丘o mg r i n d i n gp r o d u c ta sap 抓 m i x e dc o n c e n t r a t ep r o d u c t ．T h er a t i o n a l i 田o ft h a tp r o c e s si sb a s e do nt 1 1 e f a c tt h a tt h er e c o v e 巧o fc o a r s ep a r t i c l ei sV e 巧1 0 wa I l ds e l e c t i V eg r i n d i n g n a t u r eo fb a u x i t e ． E x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt 1 1 a t t 1 1 eb e s ts i z eb o u n d a r yo fp r e - s e p a r a t i o n i sO ．0 7 5 m m ．T h ec o a r s e ri st h es i z e b o u I l d a 巧 o f p r e s e p a r a t i o n ，t h eh i g l l e ri st h ey i e l da n dA l ／S io fm i x e dc o n c e n t r a t ew h e n i t i sf i n e rt h a nO ．0 7 5 m m ；T h ec o a r s e ri si t ，t h el o w e ri st h ey i e l do fm i x e d c o n c e n t r a t e ，a n dt h eh i 曲e ri st 1 1 eA l ／S io fm i x e dc o n c e n t r a t ew h e ni ti s c o a r s e rt h a nO ．0 7 5 m m ． C l o s e d c i r c u i tt e s tw a sc o n d u c t e du n d e ro p t i m u mc o n d i t i o n sw i t l l r a wo f2 ．8 2A l ／S ia n dw i t ht h ec o n c e n t r a t eo b t a i n e do f5 ．9 0A l ／S ii na y i e l do f6 6 ％，u n d e rw h i c h ．0 ．0 7 5 m mm a t e r i a l sc o n t e n tw a s8 4 ％，p u l p d e n s i 够w a s2 7 ％，p Ho fr o u g h i n gw a s9 ．4 ，p Ho fc l e a l l i n g w a s9 ．8 ， d o s a g eo fs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ew a s4 0 9 ／t ，d o s a g eo f c 0 1 1 e c t o rw a s 10 0 0 趴，a n ds t i r r i n gt i m ew a slO m i n ． H y d r o - c y c l o n ew a su s e da sc l a s s i f i c a t i o ne q u i p m e n ti nt h ep r e s e p a r a t i o np r o c e s si nD o n g d ad r e s s i n gp l a n t ．T h em i x e d c o n c e n t l ．a t eo f 6 ．2 0A 1 ／S iw a so 机a i n e di nay i e l do f5 9 ．8 0 ％w h i c hw a s1O ％h i g h e r t h a nb e f o r e ，w h e nt h ey i e l do fc o a r s ep r o d u c to f4 ．4 2A l ／S iw a s21 ．7 7 ％． “S e l e c t i V eg r i n d i n g - a g g r e g a t i o nn o t a t i o n “ p r o c e s si s s u p e r i o ri n d e s i l i c a t i o np r a c t i c e so fl o wa l u m i n a ．s i l i c ar a t i ob a u x i t e ． 3 4f i g u r e s ，3 9t a l b l e s ，5 6r e f ；e r e n c e sa r ei n c l u d e d ． K e V w o r d s B a u x i t e ；F l o t a t i o n ；C o a r s ep a r t i c l e s ；C 1 a s s i f i c a t i o n ； S e l e c t i V e 西n d i n g C l a s s i f j c a t i o n T D 9 2 3 万方数据 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I I A b s 眦t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I V 1 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 铝资源及其利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 铝资源对经济发展的重要意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 中国氧化铝、电解铝的产能过剩与国内外资源匮乏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．1 ．3 中国铝资源的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．1 ．4 中国氧化铝生产的技术现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．1 ．5 拜耳法赤泥、烧结法赤泥和浮选尾矿的铝硅比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 l 。1 ．6 低铝硅比铝土矿选矿对铝资源利用的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 铝土矿正浮选研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．1 铝土矿浮选捕收剂研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．2 铝土矿浮选调整剂研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3 粗颗粒的浮选行为及其影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．3 ．1 粗颗粒的定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．3 ．2 粗颗粒在浮选过程中的行为特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 1 ．3 ．3 粗颗粒浮选的条件控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 1 ．4 选择性磨矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．4 ．1 选择性磨碎现象和选择性磨矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．4 ．2 磨矿机械的选择性磨矿作用及其影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 1 ．4 ．3 选择性磨矿在铝土矿选矿领域的应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 1 ．5 本研究的目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 试验材料与研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．1 试验矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 2 ．2 试验所用试剂、仪器、设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．16 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 I V 万方数据 2 ．3 ．1 实际矿石原矿制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．3 ．2 实际矿石实验室浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．3 ．3 现场流程考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 东大选矿厂技术现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 3 ．1 现场原工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．2 现场浮选设备介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 3 ．3 现场浮选生产现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 ．4 现场问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．5 技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 4 3 ．5 ．1 “铝土矿选择性磨矿．聚团浮选”工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．5 ．2 技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．5 ．3 技术方案形成的依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 “选择性磨矿．聚团浮选”工艺条件的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 4 ．1 粗粒分离粒度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．2 磨矿细度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 2 4 ．3 浮选浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 4 ．4 矿浆p H 值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．5 六偏磷酸钠⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 2 4 ．6 捕收剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．7 闭路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 6 4 ．8 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 5 工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 5 ．1 现场流程改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 5 ．1 ．1 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺流程的实现情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．1 ．2 现场改造前后生产技术指标对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．1 ．3 技术经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 进一步改造的设想及其可行性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 4 5 ．2 ．1 改造后工艺流程中存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．2 ．2 进一步改造建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 V 万方数据 6 结j 沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 攻读学位期间主要参与的科研项目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 V I 万方数据 硕士学位论文 文献综述 1 文献综述 铝的产量和消费量已超过铜，成为产量和消费量仅次于铁的金属材料，深切 影响着人类的生活方式与质量。近十年来，作为新兴经济体，中国经济的迅速发 展，使本国铝产量和消费量迅速增加。2 0 1 3 年，中国铝行业氧化铝、电解铝产 能过剩的问题严重暴露。然而，相对于中国国内铝资源的消费量，铝土矿资源的 供应仍显不足。一方面，中国需要勇于开发国外铝土矿资源；另一方面，中国需 要提高对国内铝土矿资源的利用能力。中国国内开采的铝土矿资源中，存在大量 低铝硅比的铝土矿，它直接作为拜耳法氧化铝生产原料，经济上并不合理。铝土 矿选矿可以经济合理地利用大量低铝硅比铝土矿资源，是中国提高对国内铝土矿 资源利用能力的重要技术手段。 1 ．1 铝资源及其利用现状 1 ．1 ．1 铝资源对经济发展的重要意义 地壳中铝元素约占7 ．3 ％，仅次于氧和硅，是地壳中丰度第三的元素，是地 壳中丰度第一的金属元素。 1 9 世纪末，随着霍尔．埃鲁法生产电解铝工艺和拜耳法生产氧化铝工艺的先 后发明，人类使用金属铝的成本大大降低。如图1 1 【1 】所示，2 0 1 0 年，中国原铝 产量已经达到1 5 6 5 万吨，超过了精炼铜产量的三倍。铝的产量和消费量超过铜， 成为产量和消费量仅次于铁的金属材料，显著影响和反映着世界经济的发展状况， 深切影响着人类的生活方式与生活质量。 图1 12 0 1 0 年中国铝产量、铜产量对比川 万方数据 硕士学位论文文献综述 首先，铝作为建筑材料、输电材料和交通运输建设材料，成为基础建设必不 可少的工业原材料。其次，铝作为耐用消费品和机械制造材料，在制造业中扮演 着重要的角色。除此之外，铝作为包装材料，在物流行业也是物美价廉的选择。 1 ．1 ．2 中国氧化铝、电解铝的产能过剩与国内外资源匮乏 2 0 1 1 年，中国的原铝产量占全世界的7 6 ．0 2 ％【2 】【3 1 ，当年中国原铝的消费量， 也在全世界的7 0 ％以上【4 】。据中铝网统计【5 】【6 】【7 】，2 0 1 3 年1 ．9 月，中国原铝产量 为1 6 1 0 万吨，除中国外的其他国家，原铝产量的总和为1 8 5 4 万吨。2 0 1 3 年1 ．9 月，中国氧化铝产量为3 2 9 7 万吨，全球总产量为7 5 8 9 万吨。如图1 ．2 瞪J 所示， 假设中国电解铝总量中，除去铝合金和铝材的出口，剩余为中国国内铝资源消费 需求，则中国目前铝的需求量是国内铝产量的8 8 ．0 1 ％。2 0 1 2 年，中国氧化铝产 能利用率为7 2 ．5 ％，电解铝产能利用率为7 8 ％【9 1 。2 0 1 3 年，中国铝业前三季度净 亏损1 8 ．5 亿元【1 0 】。2 0 1 3 年国内电解铝企业现金成本亏损比例为1 7 ％【1 1 】。中国氧 化铝和电解铝的产能过剩问题，已经成为共识。 在中国氧化铝、电解铝产能过剩的同时，中国的铝土矿资源却处于供应匮乏 状态。笔者将铝土矿按6 1 的比例换算成按原铝量计算的铝资源，将氧化铝按2 1 的比例换算成按原铝量计算的铝资源。根据各种铝资源净进口量与中国原铝产量 数据计算，得到了中国铝资源的分配结构，如图1 ．2 所示，中国国内铝资源供应 占中国国内铝产品需求量的1 ／3 以下。 1 8 0 ．∞％ 1 6 0 ．0 0 ％ 1 4 0 ．∞％ 1 20 ．咣 1 0 0 ．∞％ 8 0 ．0 0 ％ 6 0 ．O O ％ 4 0 ．O e ％ 2 0 ．O O ％ O ．O D ％ ●’。。 一。一一一- I ‘ ； 3 7 ．9 3 拓 i ‘ 一一 铝产望锅资源 进口 图1 ．22 0 1 3 年1 ．9 月中国进出口铝资源结构【8 】 2 0 11 年1 1 月，中国从印度尼西亚进口铝土矿4 0 8 万吨，占该月中国铝土矿 进口总量的8 8 ．7 6 ％【1 2 】；2 0 1 2 年2 月3 8 1 万吨，占该月中国铝土矿进口总量的 2 万方数据 硕士学位论文文献综述 8 1 ．6 1 蚶1 3 J 。2 0 1 4 年1 月1 2 日，印度尼西亚的资源出口禁令生效，铝土矿原矿被 禁止出口【1 4 】。显然，进口铝土矿资源的匮乏，是中国在今后一段时间内将面临的 问题【1 5 J 。 一方面，中国需要勇于开发国外铝土矿资源；另一方面，中国需要提高对国 内铝土矿资源的利用能力。 1 ．1 ．3 中国铝资源的特点 铝元素在自然界仅以化合态形式存在。地壳中含铝矿物主要是铝硅酸盐，如 高岭土、霞石、云母等，另一类重要的含铝矿物是氧化铝的水合物。 对于目前应用最广泛的拜耳法氧化铝生产技术，铝硅酸盐基本不被作为铝资 源进行利用。富含氧化铝水合物的矿石，是有利用价值的铝矿资源，被称为铝土 矿。氧化铝的水合物主要有三种。这三种氧化铝的水合物晶体，按照晶格能由低 到高排列，依次为三水铝石 A 1 2 0 3 3 H 2 0 或A l O H 3 、一水软铝石 A 1 2 0 3 H 2 0 或A l O O H 、一水硬铝石 A 1 2 0 3 H 2 0 或A l O O H ，它们在铝酸钠溶液中溶出所 需的温度和压力也依次升高。因此，铝土矿中所含氧化铝水合物的种类，深切影 响着氧化铝生产的能耗和设备成本的高低，如表1 ．1 【1 6 】。 表1 ．1不同的铝土矿矿石类型生产氧化铝所需要的温度和压力【1 6 】 按照其下伏的基岩性质，可把全球铝土矿的矿床分为三类储存在硅酸盐岩 上的新生代红土型矿床，储存在碳酸盐岩上的古生岩溶型矿床和储存在陆原岩上 的古生代 或中生代 齐赫文型沉积矿床。红土型铝土矿资源储量约占全球总储 量的8 6 ％，主要分布于赤道及附近地区，此类铝土矿所含的氧化铝水合物为三水 铝石，其特点为高铁、低铝、低硅、高铝硅比；岩溶型铝土矿资源储量约占全球 总储量的1 2 ％，主要分布于中国、南欧和加勒比地区，此类铝土矿所含的氧化铝 水合物为一水硬铝石，其特点为高铝、高硅、低铝硅比；齐赫文型矿床赋存于温 带，此类铝土矿占世界铝土矿储量的2 ％左右，矿床规模较小，工业意义不大【1 7 】。 3 万方数据 硕士学位论文文献综述 世界铝土矿资源储量现在约为2 7 0 亿吨，中国约为7 ．5 亿吨，占全球储量 的2 ．7 8 ％【1 8 】。中国国内铝土矿资源，大部分属于岩溶型。如上文所述，岩溶型铝 土矿资源有以下两大特点，第一，铝硅比较低，第二，所需的溶出温度较高。 1 ．1 ．4 中国氧化铝生产的技术现状 在现代铝工业生产中，从铝土矿开采到生产出原铝的过程，分为“氧化铝生 产”和“电解铝”两个阶段。机械开采出的铝土矿，所含杂质较多，铝土矿的 A 1 2 0 3 品位从4 0 ％．8 0 ％不等，并不能直接电解，而需要先经过氧化铝生产环节， 得到A 1 2 0 3 品位高于9 8 ％的氧化铝产品。氧化铝生产过程是以铝土矿为原料生产 出高纯度 以及合适结晶形态和物理性状 的氧化铝的过程，电解铝生产过程是 以高纯度的氧化铝为原料，生产出原铝的过程。 目前，氧化铝生产工艺中碱法氧化铝生产工艺应用较广，碱法氧化铝生产工 艺可分为拜耳法和烧结法两种工艺方法。 拜耳法生产氧化铝的基本原理为，用高温的铝酸钠溶液将铝土矿中的氧化铝 水合物从固相溶解至液相 称作溶出 ，再将液相与固相杂质 称作赤泥 分离 后，在较低的温度下，析出固体氢氧化铝，再次固液分离后，得到高纯度的氢氧 化铝固体，铝酸钠溶液则返回溶出阶段。如此循环往复，以铝土矿为原料，可以 连续不断地得到高纯度的氢氧化铝 以及赤泥 ，氢氧化铝经煅烧，可以得到高 纯度的氧化铝【1 9 】。 烧结法生产氧化铝的基本原理为，将铝土矿和碱石灰 特定比例的碳酸钠和 氧化钙混合物 一起煅烧。在烧结过程中，铝元素通过反应转移至可溶的盐中， 而其他杂质则生成不可溶物质 或溶于水后会分解、析出的物质，如铁酸钠 ， 接下来，将烧结熟料磨细后，用稀碱溶液溶出。在溶出过程中，会有一部分硅元 素进入溶液，因此，在脱除赤泥后，还要经过脱硅工序，才能得到精制铝酸钠溶 液。脱硅所得的钠硅渣返回至熟料细磨工序。精制铝酸钠溶液分解后，可以得到 高纯度的氢氧化铝，氢氧化铝经煅烧，可以得到高纯度的氧化铝。 以上两种氧化铝生产方法，都有各自的不足之处。烧结法的主要缺点是能耗 高、成本高。拜耳法的主要缺点是受原料铝硅比限制明显。烧结法赤泥中，铝资 源的损失率很小且与原矿硅品位无明显相关性。与烧结法赤泥不同，拜耳法赤泥 的铝硅比一般在1 ．0 以上，赤泥中铝资源的损失率取决于铝土矿的铝硅比。因此， 以低铝硅比铝土矿作为原料时，拜耳法的资源利用率明显低于烧结法。除此之外， 在处理中国国内铝土矿时，需要更高的溶出温度也是拜耳法的一个缺点。 1 ．1 ．5 拜耳法赤泥、烧结法赤泥和浮选尾矿的铝硅比 在拜耳法的溶出条件下，S i 0 2 几乎全部以N a 2 0 A 1 2 0 3 1 ．7 S i 0 2 n H 2 0 的形式 4 万方数据 硕士学位论文文献综述 进入赤泥【2 0 1 ，计算可知，拜耳法赤泥理论上的 最低 极限铝硅比为1 ．O 。即， 采用拜耳法生产氧化铝，原矿中每一单位质量的S i 0 2 进入赤泥，将至少带走同 样质量的A 1 2 0 3 。因此，拜耳法工艺，受原矿铝硅比的影响很大。1 2 l J 在烧结法的溶出条件下，一部分S i 0 2 以2 C a O S i 0 2 的形式进入赤泥，另一 部分S i 0 2 经脱硅工艺进入硅渣，硅渣返回烧结，这就是说，烧结法赤泥理论上 的极限铝硅比为O ，因此，烧结法的资源利用率，不直接受原矿铝硅比的影响。 与碱法氧化铝生产不同，铝土矿选矿过程，不改变矿物内部的物质结构和组 成。铝土矿中的含硅脉石矿物一般有石英、高岭石、伊利石、叶蜡石、云母等， 这些矿物的铝硅比依次为0 ．8 6 、O ．8 0 、0 ．4 2 、0 ．5 7 。铝土矿选矿尾矿所能达到的 最低铝硅比，取决于原矿中所有含硅矿物的平均铝硅比，以及磨矿产品中含硅脉 石矿物的单体解离程度。 目前，在工业指标方面，选矿尾矿与拜耳法赤泥的铝硅比相差无几，一般为 1 ．2 左右。烧结法赤泥铝硅比一般不超过0 ．3 。 1 ．1 ．6 低铝硅比铝土矿选矿对铝资源利用的意义 中国国内开采的铝土矿资源中的低铝硅比的铝土矿，直接作为拜耳法氧化铝 生产原料，从经济上是不合理的。为了保证合理的经济效益，氧化铝厂不得不按 照铝土矿品质确定收购价格。据报道，我国铝硅比为 l O 、7 ～1 0 、4 ～7 、 I 混合捕收剂1 0 0 0 ／t ．望I 鎏． 浓度1 6 ．2 7 ％时，混合捕收剂1 4 6 1 9 ／t _ ●l _ _ - l _ I _ _ ’⋯⋯～’⋯⋯⋯⋯口⋯⋯o ‘b ，o 碳酸钠调整p H 9 ．8 | I I 混合捕收剂1 0 0 0 ／t 粗I 选 F 与 碳酸钠变量 I I 混合捕收剂1 0 0 9 ／t | ◆ 堑l 垫尾矿 精矿 中矿 图4 8 粗选p H 值试验流程图 试验结果显示，粗选p H 值为8 ．9 5 时，浮选上浮量过低，合并精矿产率仅为 2 1 ．2 6 ％。 粗选p H 值为9 ．2 8 、9 ．7 2 、1 0 ．0 3 时，合并精矿产率和铝硅比依次为4 8 ．5 0 ％， 和7 ．5 3 、5 4 ．5 8 ％和7 ．1 9 、6 0 ．1 3 ％和6 ．4 2 ；粗选精矿产率和铝硅比依次为5 9 ．0 5 ％ 3 7 万方数据 硕士学位论文 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 和4 ．8 4 、6 3 ．6 7 ％和4 ．8 5 、6 7 ．2 1 ％和4 ．6 0 ．。粗选p H 值为1 0 ．0 3 时，试验结果最佳。 但是，综合考虑碳酸钠的用量和试验结果，最佳粗选p H 值应在9 ．3 9 ．7 之间。 表4 7 粗选p H 值试验结果 品位M 变量条件物料名称产率M A 1 2 0 3 S i 0 2F e 2 0 3 粗选 p H 21 0 ．0 3 粗粒级 浮选精矿 合并精矿 5 ．8 3 5 4 ．3 1 6 0 ．1 3 5 7 ．8 8 6 6 ．3 2 6 5 ．5 0 1 8 ．1 6 9 - 3 5 1 0 ．2 0 3 ．8 7 3 ．4 6 3 ．5 0 3 ．1 9 7 ．0 9 6 ．4 2 中矿 尾矿 1 2 ．9 0 2 6 ．9 7 4 2 ．9 l 4 1 - 3 0 3 0 ．7 3 3 7 ．5 0 5 ．0 3 4 ．4 5 1 ．4 0 1 ．1 0 原矿 l0 05 6 ．0 6 2 0 ．2 13 ．9 52 ．7 7 3 8 万方数据 硕士学位论文 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 表4 8 不同p H 值时粗选泡沫产品比较 p H 粗选产率肠 粗霎薹薏占 品位／％ A 1 2 0 3 S i 0 2F e 2 0 3 K 憾 厶 口 并 精 矿 产 率 永 混合 p H 图4 - 9 粗选p H 值一合并精矿产率．铝硅比关系图 原矿 8 4 ％ 精矿中矿 图4 - 1 0 精选p H 值试验流程图 3 9 1 0 0 0 ／t 厶 口 并 精 矿 铝 硅 比 万方数据 硕士学位论文“选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 2 精选p H 值 本组试验的变量条件是精选p H 值，粗选p H 值依次为9 ．4 2 、9 ．4 3 、9 ．3 2 、9 ．3 6 ， 精选p H 值依次为9 ．3 0 、9 ．5 3 、9 ．6 5 和9 ．7 9 。对应的精选碳酸钠的添加量依次为 0 卧、4 0 0 叭、8 0 0 卧、1 3 0 0 酣。 表4 9 精选p H 值试验结果 固定条件如下磨矿浓度为5 0 ％，磨矿细度8 4 ％，其他试验条件及试验流 4 0 万方数据 硕士学位论文 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 程如图4 ．1 0 ，试验结果如图4 1 1 、表4 ．9 。数据处理时，把浮选精矿产品和粗粒 级物料合并计算为“合并精矿”。 由试验结果可知，p H 在9 ．3 ．9 ．8 范围内，合并精矿铝硅比变化不大，基本维 持在6 ．5 0 上下；精选p H 为9 ．3 0 、9 ．5 3 、9 ．6 5 、9 ．7 9 时，合并精矿产率依次为4 6 ．7 4 ％、 5 2 ．3 6 ％、5 8 ．6 9 ％、5 9 ．3 3 ％。 综合考虑碳酸钠的用量和合并精矿产率，最佳精选p H 值应在9 ．6 ．9 ．7 之间。 合 并 精 矿 产 率 术 精选p H 图4 ．1 1 精选p H 值．合并精矿产率．铝硅比关系图 碳酸钠 混合捕收剂 原矿 8 4 ％ 变量 1 0 0 0 ／t 精矿 中矿 图4 ．1 2 六偏磷酸钠用量试验流程图 4 1 万方数据 硕士学位论文“选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 4 ．5 六偏磷酸钠 本组试验的变量条件是六偏磷酸钠添加量。六偏磷酸钠的添加量依次为0 砂、 2 0 卧、5 0 卧、8 0 鲈、11 0 鲈。 袁4 ．1 0 六偏磷酸钠用量试验结果I 固定条件如下磨矿浓度为5 0 ％，磨矿细度8 4 ％，粗选p H 值为9 ．8 4 。其他 试验条件及试验流程如图4 ．1 2 ，试验结果如图4 1 3 、表4 ．1 0 。数据处理时，把 4 2 万方数据 硕士学位论文 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 试验结果显示，六偏磷酸钠的用量小于2 0 卧时，增加六偏磷酸钠的用量， 可以使精矿的产率和铝硅比同时提高；六偏磷酸钠的用量大于5 0 卧时，增加六 偏磷酸钠用量，精矿产率降低，铝硅比升高。 最佳六偏磷酸钠添加量为2 0 - 5 0 卧。 4 ．6 捕收剂 六偏磷酸钠用量 g ／t 图4 ．1 3 六偏磷酸钠用量．合并精矿产率．铝硅比关系图 厶 口 并 精 矿 铝 硅 比 本组试验的变量条件是捕收剂添加量。粗选混合捕收剂的添加量依次为 4 3 万方数据 硕士学位论文“选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 7 0 0 叭、1 0 0 0 趴、1 3 0 0 趴、1 6 0 0 卧。 固定条件如下磨矿浓度为5 0 ％，磨矿细度9 3 ．7 ％，粗选p H 值为9 ．8 4 。其 他试验条件及试验流程如图4 ．1 4 ，试验结果如图4 ．1 5 、表4 ．1 1 。数据处理时， 把浮选精矿产品和粗粒级物料合并计算为“合并精矿”。 。碳酸钠 混合捕收剂 原矿 4 0 9 ／t 变量 精矿 中矿 图4 ．1 4 捕收荆用量试验流程图 表4 ．1 2 捕收剂用量试验结果l 万方数据 硕士学位论文 “选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 袁4 ．1 3 捕收剂用量试验结果I l 试验结果显示，捕收剂用量在7 0 0 1 6 0 0 卧时，随着捕收剂用量的增加，精 矿产率增加，铝硅比降低。 捕收剂添加量为7 0 0 酣、1 0 0 0 叭、1 3 0 0 卧、1 6 0 0 卧时，合并精矿产率依次 厶 口 并 精 矿 产 率 永 捕收剂用量 g ／t 图4 一1 5 捕收剂用量．合并精矿产率．铝硅比关系图 4 5 万方数据 硕士学位论文“选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 为5 1 ．7 7 ％、5 4 ．5 8 ％、5 9 ．3 7 ％、6 2 ．2 1 ％，铝硅比依次为7 ．6 l 、7 ．1 9 、6 ．4 7 、6 ．2 4 。 单从试验结果角度分析，最佳捕收剂用量为1 6 0 0 卧。综合考虑捕收剂用量 和试验结果，可以选择更低的捕收剂用量。 通过以上试验研究，得到了采用“选择性磨矿．聚团浮选”工艺时，最佳工 艺条件，如表4 ．1 2 所示。 表4 ．1 4 最佳工艺条件 4 ．7 闭路试验 闭路试验的试验条件如表4 ．1 3 ，试验流程如图4 ．1 6 ，试验结果如表4 ．1 4 。 原矿 N a 2 C 0 3 混合捕收剂 尾矿 图4 ．1 6 闭路试验流程图 表4 1 5 闭路试验条件 4 6 万方数据 硕士学位论文“选择性磨矿一聚团浮选”工艺条件的确定 浮选流程为一粗一精一扫闭路流程，精选尾矿返回扫选，扫选泡沫产品返回 粗选。数据处理时，将精选泡沫产品和粗粒级物料合并计算为“合并精矿“ 。 表4 ．1 6 闭路试验结果 实验室闭路试验，以铝品位5 6 ．4 9 ％，铝硅比