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中图分类号T D 9 U D C6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码 密级 1 0 5 3 3 公耳 二／l 高硅高铁铝土矿浮选脱除硅铁矿物的研究 F l o t a t i o nT e c h n o l o g yR e s e a r c ho fD e s i l i c a t i o n a n dI r o n - - d e p r e s s t i o n o nB a u x i t ew i t hH i g h - g r a d eS i l i c o n a n dI r o n 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 彭志兵 矿物加工工程 选矿 资源加工与生物工程学院 覃文庆教授 答辩委员会主席二鍪缈 中南大学 2 0 13 年5 月 原创性声明 I I I I I111111 1 1 1 1 1I I I IIIII I I I I II I II Il Y 2 4 2 4 4 65 本人声明，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单位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。 作者签名 耻二篁、 日期j 匕吐年土月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 硕士学位论文摘要 高硅高铁铝土矿浮选脱除硅铁矿物的研究 摘要近年来，我国氧化铝和铝土矿进口量大幅攀升，氧化铝生产 成本不断提高。这使得原本受生产成本过高而无法利用的高铁铝土矿 的开发利用有了新的机遇，很多厂商开始投入资金用于高铁铝土矿的 技术开发，但目前的工艺均面肤I l X l 厶匕I 弓V , 耗过高的问题。本文针对广西某一 水硬铝石．高岭石型高铁低铝硅比铝土矿的利用工艺进行了研究，并 对铝铁分离进行了机理研究。 单矿物浮选试验对比了一水硬铝石、高岭石、赤铁矿的浮选行为。 试验表明，油酸钠 壬基羟肟酸的组合捕收剂对一水硬铝石的捕收性 和选择性均优于单独使用油酸钠和壬基羟肟酸。采用组合捕收剂时， 六偏磷酸钠能更好的选择性抑制赤铁矿和高岭石。 实际矿石中A 1 2 0 3 、S i 0 2 、F e 品位分别为4 3 ．6 7 ％、1 3 ．6 6 ％、1 7 ．6 5 ％， 铝硅比仅有3 ．2 。工艺矿物学研究发现，一水硬铝石、高岭石、赤铁 矿嵌布复杂，难以实现有效解离。以油酸钠 庚基羟肟酸作为捕收剂， 用碳酸钠和六偏磷酸钠作为调整剂，采用一次粗选、三次精选、两次 扫选的流程可获得如下指标精矿中铝硅比8 ．0 9 ，A 1 2 0 3 回收率 7 4 ．3 6 ％，A 1 2 0 3 、S i 0 2 、F e 的品位分别为5 7 ．8 5 ％、7 ．1 5 ％、1 1 ．2 5 ％。 较好的实现了铝硅分离并在一定程度上降低了精矿中F e 的品位。试 验表明，六偏磷酸钠能对铝土矿中的赤铁矿、高岭石产生选择性抑制， 且油酸钠 庚基羟肟酸的组合捕收剂对一水硬铝石的选择性优于单独 使用的捕收剂，验证了单矿物浮选试验结果。 通过动电位测试、红外光谱分析、紫外吸附量测定等手段对药剂 和矿物之间的作用机理进行了研究。结果表明，壬基羟肟酸和六偏磷 酸钠与一水硬铝石、赤铁矿表面的吸附方式均为化学吸附。六偏磷酸 钠能有效的降低壬基羟肟酸在赤铁矿表面的吸附量，但用量较大时同 样会降低壬基羟肟酸在一水硬铝石表面的吸附量。图4 5 幅，表1 8 个， 参考文献8 4 篇。 关键词一水硬铝石；赤铁矿；高岭石；油酸钠；羟肟酸；六偏磷酸 钠；组合捕收剂；铝硅铁分离 分类号T D 9 硕士学位论文 A b s t r a c t F l o t a t i o nT e c h n o l o g yR e s e a r c ho fD e s i l i c a t i o na n d I r o n - d e p r e s s t i o no nB a u x i t ew i t hH i g h g r a d eS i l i c o na n dI r o n A b s t r a c t I nr e c e n ty e a r s ，w i t hs h a r p l yr o s eo fi m p o r t so fa l u m i n aa n d b a u x i t e ，c o s t so ft h ea l u m i n ap r o d u c t i o nc o n t i n u e dt oi n c r e a s ei no u r c o u n t r y ．T h e s ef a c t o r sg a v ean e wc h a n c et ot h eb a u x i t ew i t hh i g h - g r a d e s i l i c o na n di r o nw h i c hc o u l dn o tb eu t i l i z e db yt h eo r i g i n a lh i g hc o s to f p r o d u c t i o n ，S Om a n ym a n u f a c t u r e r si n je c t e df u n d si n t ot h et e c h n o l o g y d e v e l o p m e n to fh i g hi r o nb a u x i t e ．T h ec u r r e n tt e c h n o l o g ya l lf a c e dt h e p r o b l e mo fh i g he n e r g y c o n s u m p t i o n ．T h eu t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yo ft h e d i a s p o r e k a o l i n i t eb a u x i t ew i t hh i g h - g r a d es i l i c o na n di r o nf r o mG u a n g x i w a ss t u d i e d ．T h em e c h a n i s ms t u d yo fd e s i l i c a t i o na n di r o n d e p r e s s t i o n w a sa l s os t u d i e d ． M o n o m i n e r a lf l o t a t i o nt e s t sh a db e e nc a r r i e do u tt oc o m p a r et h e f l o t a t i o nb e h a v i o ro fd i a s p o r e ，k a o l i n i t ea n dh e m a t i t e ．T h et e s t ss h o w e d t h a t c o m p a r i n g w i t ht h e s o l e l y u s e ds o d i u mo l e a t ea n d n o n y l h y d r o x a m i c a c i d ，t h es e l e c t i v i t y a n d c o l l e c t i n ga b i l i t y o fc o m b i n e d c o l l e c t o rb e t w e e nt h e mw a sb e t t e r ．S o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ec o u l d s e l e c t i v e l yd e p r e s s k a o l i n i t ea n dh e m a t i t e p r e f e r a b l y w h e n u s i n g c o m b i n e dc o l l e c t o r ． T h eg r a d eo fA 1 2 0 3 ，S i 0 2 ，F ei na c t u a lo r ea r e4 3 ．6 7 ％，1 3 ．6 6 ％， 17 ．6 5 ％，r e s p e c t i b e l y , a n da l u m i n a s i l i c ar a t i oi so n l y3 ．2 ．T h ep r o c e s s m i n e r a l o g ys h o w e dt h a td i a s p o r e ，k a o l i n i t e a n dh e m a t i t ed i s s e m i n a t e d c o m p l e x l ya n dw e r ed i f f i c u l t t od i s s o c i a t e e f f e c t i v e l y ．U s i n gs o d i u m o l e a t ea n d h e p t y lh y d r o x a m i c a c i da sc o m b i n e dc o l l e c t o r , s o d i u m c a r b o n a t ea n d s o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t e a s r e g u l a t o La d o p t i n g o n e s t a g er o u g h i n g ，t h r e e s t a g es c a v e n g i n ga n dt w o - s t a g ec l e a n i n g ，a n d t h ef l o t a t i o ni n d e x e sw e r ea sf o l l o w s t h ea l u m i n a - s i l i c ar a t i ow a s8 ．0 9 ． A 1 2 0 3r e c o v e r yw a s7 4 ．3 6 ％，a n dt h eg r a d eo fA 1 2 0 3 ，S i 0 2a n dF ew e r e 8 7 ．8 5 ％，7 ．15 ％，11 ．2 5 ％，r e s p e c t i v e l y ．R e s u l t ss h o w e dt h a tt h es e p a r a t i o n o fa l u m i n aa n ds i l i c aw e r ea c h i v e da n dt h eg r a d eo fF ew e r ed e c r e d s e d ． T h et e s t sa l s os h o w e dt h a tt h es o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ec o u l dd e p r e s s t h eh e m a t i t e a n dk a o l i n i t es e l e c t i v e l y , a n dt h e s e l e c t i v i t yo fc o m b i n e d c o l l e c t o rw i t hs o d i u mo l e a t ea n dh e p t y lh y d r o x a m i c a c i dw a sb e t t e rt h a n e a c hc o l l e c t o ra l o n e ，w h i c ha l lv e r i f i e dt h er e s u l t so fm o n o m i n e r a l 硕士学位论文A b s t r a c t 士l O t a t i o nt e s t s ． T h em e c h a n i s mo ft h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h er e a g e n t sa n dm i n e r a l s w a ss t u d i e d b yz e t ap o t e n t i a lm e a s u r e m e n t s ，i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y a n a l y s e sa n da d s o r p t i o nm e a s u r e m e n t s ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tn o n y l h y d r o x a m i c a c i da n ds o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ea d s o r b e do nt h es u r f a c e o fd i a s p o r ea n dh e m a t i t eb yc h e m i s o r p t i o n ．S o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t e c o u l de f f e c t i v e l yr e d u c et h ea d s o r p t i o no fn o n y lh y d r o x a m i c a c i do nt h e s u r f a c eo fh e m a t i t e ．W h i l ew i t h l a r g e rd o s a g e ，t h ea d s o r p t i o no nt h e s u r f a c eo fd i a s p o r aw e r ea l s or e d u c e d ． K e y w o r d s d i a s p o r a ，h e m a t i t e ，k a o l i n i t e ，s o d i u mo l e a t e ，h y d r o x a m i c a c i d ， c o m b i n e dc o l l e c t o r , s e p a r a t i o no f a l u m i n u m ，s i l i c o na n di r o n C l a s s i f i c a t i o n T D 9 I V 硕士学位论文 目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 我国铝土矿资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．1我国铝土矿资源特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2 我国高铁铝土矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 我国铝工业现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．2 ．1 氧化铝生产技术简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．2 我国铝工业发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 ．3 我国氧化铝工业发展的挑战与机遇⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 高铁高硅铝土矿的综合利用技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．4 本论文的研究目的和研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 第二章试验材料及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13 2 ．1 矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．1 ．1 单矿物矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．1 ．2 实际矿石矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．2 试剂、仪器和设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．3 ．1浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．3 ．2 红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 2 ．3 ．3动电位测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 2 ．3 ．4 X R D 测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 2 ．3 ．5 吸附量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 第三章铝硅铁单矿物浮选试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 3 ．1 捕收剂对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 ．1 油酸钠对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．1 ．2 烷基羟肟酸对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．1 ．3 组合捕收剂对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．2p H 调整剂对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．3 抑制剂对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．1硅酸钠对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 V 硕士学位论文目录 3 ．3 ．2 玉米淀粉对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．3 六偏磷酸钠对三种矿物的浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 第四章铝土矿实际矿石浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 4 ．1 铝土矿矿石性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．1 ．1 矿物化学成分分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 4 ．1 ．2 矿石中的主要矿物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 4 ．1 ．3 主要矿物的嵌布特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 ．4 矿石中铝硅铁的分布率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．2 铝土矿浮选条件试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．1 磨矿细度试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．2 捕收剂种类及用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．2 ．3 脱泥试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．2 ．4 碳酸钠用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．2 ．5 抑制剂种类及用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．3 铝土矿浮选开路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．4 铝土矿浮选闭路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．5 ／J 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 第五章浮选药剂与铝铁矿物相互作用的机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 5 ．1捕收剂与抑制剂的相互影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．2 六偏磷酸钠对矿物动电位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．3 药剂与矿物作用的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．3 ．1 六偏磷酸钠与矿物作用的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 5 ．3 ．2 壬基羟肟酸与矿物作用的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 5 ．4 六偏磷酸钠对捕收剂吸附的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 5 第六章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 攻读硕士学位期间的主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 V I 硕士论文 第一章文献综述 第一章文献综述 铝为轻金属，铝元素占地壳总量的8 ．8 ％，含量居金属首位，其产量、消费 量仅次于铁I lJ ，俗称第二金属，应用范围相当广泛。铝的合金质量轻、强度高， 在飞机、汽车、火箭等运载工具制造业中被广泛应用【2 】；铝的导电性、导热性极 佳，是超高电压电缆材料的良好原料；铝在高温时的还原性极强，可用于冶炼高 熔点金属；铝的延展性强，可制成铝箔；铝性质稳定，常温下不易氧化，且经过 阳极处理后可获得极佳的外观，在建筑行业中应用广泛；铝的可回收率超过 9 3 蚶3 1 ，可循环使用，是生命周期最长的金属。铝因其优异的物理、化学性能被 誉为“会飞的金属”、“绿色金属”、“永不消失的金属”1 4 J 。 1 ．1我国铝土矿资源现状 含铝矿物在自然界中已发现的有2 5 8 种，其中较常见的矿物有4 3 种，铝在 自然界中仅以化合物的形态存在，含铝目的矿物通常指三水铝石、一水软铝石、 一水硬铝石。一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石的具体性质见表1 ．1 【5 1 。 表1 - 1 铝土矿的主要性质 T a b ．1 - IT h em a i np r o p e r t i e so fb a u x i t e 影响铝土矿质量的因素较多，但通常从以下几方面来衡量【6 1 1 A ／S 。拜耳法生产A 1 2 0 3 过程中最有害的杂质为S i 0 2 ，业界常用矿石中 A 1 2 0 3 与S i 0 2 的含量的比值 即A ／S 来评判铝土矿的品质。 2 铝土矿中A 1 2 0 3 的品位。A 1 2 0 3 的品位越高，生产成本越低。 3 铝土矿中铝矿物和硅矿物的类型。不同种类的铝矿物和硅矿物对于 A 1 2 0 3 的溶出性能有极大的影响，N a O H 溶液对于三种铝矿物的溶出性能大小为 三水铝石 一水软铝石 一水硬铝石。而且，铝土矿中铝矿物和硅矿物的类型还 会对浸出液的湿法处理带来一定的影响，而铝土矿湿法提炼铝的成本直接决定了 A 1 2 0 3 的生产成本高低。 1 ．1 ．1 我国铝土矿资源特点 相比国外铝土矿资源大国，我国铝土矿资源具有“中国特色”，具体如下【7 J 硕士论文第一章文献综述 1 资源分布异常集中 广西、贵州、河南、山西是我国铝土矿资源的四大分布地，分布高度集中， 合计储量占我国铝土矿总储量的9 0 ％【8 1 ，全国铝土矿已探明储量中，大、中型矿 床合计占全国铝土矿总储量的比例高达8 6 ％[ 9 1 。 2 品质较差 矿石品级较低 国外铝土矿具有高铝低硅的特点，品质优良，以三水铝石与一水软铝石混合 型、三水铝石型为主，占总储量的9 0 ％以上【l o l ，A ／S 在1 0 - 2 0 。我国则以一水硬 铝石型铝土矿为主，约占总储量的9 8 ％。我国铝土矿保有储量中矿石品级分布图 如图1 ．1 所示【1 1 1 。 2 ％ 图1 - 1中国铝土矿保有储量中矿石品级分布图 F i g ．1 - l D i s t r i b u t i o nd i a g r a mo fo r eg r a d e sw i t hb a u x i t eo fe c o v e r a b l ed e p o s i t si nC h i n a 从图中可以看出，我国3 级及其以上的铝土矿仅占3 0 ％，总体品级较低。 “两高两低“ 高铝、高硅、低A ／S 、低铁 我国铝土矿矿石的平均A ／S 在6 左右，平均含铁7 ．7 ％。全国不到2 0 个大型 铝土矿矿区的矿石的A ／S 大于1 0 ，储量占有率仅1 5 ％，铝土矿的M S 在和6 之 间的占总储量5 0 ％以上【12 1 。 矿物组成复杂 石英是国外的铝土矿中的主要硅矿物，而我国则以高岭石、叶蜡石、伊利石 居多，一水硬铝石常与其他矿物共生，嵌布关系复杂，嵌布粒度也较细，不易实 现与其他矿物的单体解离。 我国不同铝土矿产地的硅矿物种类差异也极大，因此各产地的铝土矿选矿以 及A 1 2 0 3 生产工艺差别较大。我国铝土矿4 大产地的主要硅酸盐矿物种类见表 1 ．2 。 硕士论文第一章文献综述 表1 ．2 我国铝土矿产地的主要硅矿物种类 T a b ．1 - 2T h em a i ns p e c i e so fs i l i c a t em i n e r a l s i ni nb a u x i t ep r o d u c i n ga r e a so fo u rc o u n t r y 铝土矿产地 主要硅酸盐矿物种类 山西 河南 贵州 广西 高岭石 伊利石、叶腊石、云母类 高岭石、绿泥石、伊利石 高岭石、鲕绿泥石 我国铝土矿中的铁矿物以赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、针铁矿为主，除广西等 少数地区外，铝土矿中F e 2 0 3 含量均低于5 ％。我国铝土矿中常含有2 ％～4 ％的 钛【1 3 1 ，以锐钛矿和金红石为主。 3 开发、冶炼难度大 中国铝土矿矿床适合露采的仅占全国的1 ／3 1 1 4 】，绝大部分铝土矿的开采和冶 炼难度大，而且矿石品位、品级不高，电解铝能耗高，经济效益低，这些都严重 限制了产能的扩大。 4 对外依存度高 我国已探明的铝土矿资源短缺，难以满足巨大的消耗 我国铝土矿资源储量仅占世界的2 ．3 ％，人均储量不到世界平均储量的9 ％， 但年产量却大于世界总产量的1 0 ％【l5 1 。我国铝土矿资源中贫矿多，采储比在全 球属于最高水平，资源过度开采情况严重，优质铝土矿几乎开采殆尽。我国铝土 矿勘查深度较浅，勘查程度较低，后备资源严重不足，后期大规模供应能力已经 严重削减。而且，我国是铝消费量第一大国，我国对三水铝石原料的对外依存度 超过5 0 ％1 1 6 】，近年来，我国铝土矿供应形势日趋严重。 我国铝土矿供应能力低，矿石保障年限短 世界铝土矿总资源估计可保证1 5 0 年的需求【1 3 】，但作为世界上最大的铝消 耗大国，我国铝土矿生产已经开始“力不从心”，我国静态保证年限仅有1 0 年I l ， 这对我国铝工业安全已经构成严峻的挑战。 1 ．1 ．2 我国高铁铝土矿资源概况 全球已探明的铝土矿资源相当丰富，总量超过6 0 0 亿吨。几内亚与澳大利亚 是两个“超级巨无霸”，铝资源合计储量超过世界总储量的5 1 ％1 1 7 J 。 2 0 1 1 年国土部发布的中国矿产资源报告2 0 1 1 显示，铝土矿资源新增储 量同比增长4 0 ％，从2 0 0 6 年到2 0 1 0 年，铝土矿资源储量由2 7 ．8 亿吨增至3 7 ．5 亿 吨，增长3 4 ．9 ％，铝土矿查明率为1 9 ％，待查明铝土矿资源潜力巨大引。2 0 1 1 年初，在河南省内的伊川县勘探出一铝土矿矿床，储量达到7 8 0 万吨，该矿体仅 浅藏于地下3 0 米处，矿石品位高，属高品级的铝土矿资源【9 J 。2 0 0 9 年我国5 大 铝土矿产地的矿石特征见表1 3 。 硕士论文 第一章文献综述 表l 一3 中国5 大铝土矿产地的矿石特征 T a b ．1 - 3C h a r a c t e r i s t i c so f t h eb a u x i t ei nt h ef i v em a i np r o d u c i n ga r e a si nC h i n a F e 2 0 3 品位高于1 0 ％的铝土矿常被称为高铁铝土矿【1 9 】，我国高铁铝土矿资源 较丰富。广西的高铁铝土矿合计储量超过9 ．7 5 亿吨【2 0 】，山西保德地区高铁铝土 矿储量也超过1 亿吨，河南、贵州、重庆、海南、福建等地也已经发现有高铁铝 土矿分布，全国高铁型铝土矿资源储量达到1 5 亿吨以上。 1 广西高铁铝土矿 广西铝土矿普遍具有含铁量高的特点，都属于高铁铝土矿，主要分布于桂西、 桂中及桂西南地区。分布于桂西平果、那坡等地的高铁一水硬铝石型铝土矿属于 古风化壳型与堆积型铝土矿【2 ⋯，是国内少数能完全单独运用拜耳法即可生产 A 1 2 0 3 的优质铝土矿资源。矿石中A ／S 为4 ～1 1 ，硅矿物主要为高岭石，铁矿物 主要为赤铁矿、针铁矿，主要矿物的品位分别为A 1 2 0 34 5 ％ - - 6 5 ％、F e 2 0 31 0 ％- - ～． 2 0 ％、S i 0 23 ．4 ％～14 ％【2 1 I 。 红土型铝土矿属于高铁三水型铝土矿，主要分布于桂中的宾阳、横县、贵港 等地。矿体规模大且埋藏浅，适宜露采。主要矿物为三水铝石、针铁矿、赤铁矿、 石英和高岭石【2 2 1 ，还有少量锐钛矿。矿石主要化学成分【2 3 】A 1 2 0 32 5 ％ - - 3 2 ％、F e 2 0 3 3 5 ％ - - - 5 0 ％、S i 0 25 ％～1 5 ％，常伴生有镓和钒。A ／S 低，A 1 2 0 3 与F e 2 0 3 的品位 均无法达到铝土矿与铁矿的独立矿产的品位要求，属于难处理矿石。在现有的开 发工艺和铝、铁价格行情下，该高铁铝土矿仍无法合理有效的利用。 2 山西高铁铝土矿 山西省的高铁铝土矿储量仅次于广西，主要分布于保德县腰庄乡、桥头镇、 孙家沟乡、南河沟乡等乡镇，储量在1 亿吨左右。保德县的铝土矿属于一水硬铝 石．高岭石型高铁铝土矿，F e 品位约1 5 ％，A 1 2 0 3 品位约6 7 ％，A ／S 平均为5 ～7 。 3 其他地方高铁铝土矿 海南和福建的铝土矿属于红土型高铁三水铝石型铝土矿。海南的高铁铝土矿 位于文昌蓬莱，储量约2 0 0 0 万吨。福建的高铁铝土矿位于福建省漳浦一带，储 量5 0 0 万吨～1 0 0 0 万吨，矿石主要成分为A 1 2 0 34 0 ％～5 0 ％、F e 2 0 31 5 ％～3 0 ％、 S i O ，5 ％～1 5 ％【2 4 1 。 硕士论文 第一章文献综述 1 ．2 我国铝工业现状 1 ．2 ．1 氧化铝生产技术简介 目前，A 1 2 0 3 生产方法主要有热法、酸法、碱法和酸碱联合法。碱法是主 要的生产方法，其原则流程㈣如图1 ．2 所示。 铝 ‘7 印眠硼水1 赤泥。№、砸、三舻循环1 图l 一2 碱法生严氧化铝的原则流程图 F i g ．1 - 2P r i n c i p l ep r o c e s so fa l u m i n ap r o d u c t i o nb ys o d a 碱法又包括拜耳法、烧结法、混联法。 拜耳法将铝土矿精矿用含大量游离N a O H 的循环溶液处理，使其中的A 1 2 0 3 转为铝酸钠 N a 3 A 1 0 3 溶液，通过晶种搅拌分解使A I O H 3 结晶析出【2 6 】。此法适 于处理高品位铝土矿，A ／S 一般要求大于9 幽J 。 烧结法铝矿石中加入N a 2 C 0 3 或C a O ，高温煅烧得到N a 3 A 1 0 3 熟料，用稀 碱溶出得到N a a A l 0 3 溶液，N a 3 A 1 0 3 分解析出A I O H 3 从而得到A 1 2 0 3 [ 2 8 ] o 该法 工艺复杂、成本高、能耗高、产品质量较差。如不考虑溶出时可能发生的副反应， S i 0 2 则不会造成A 1 2 0 3 及N a 2 0 的损失。故此法适于处理高硅铝矿，A ／S 为3 “ - - 5 。 混联法即拜耳．烧结联合法，此法可以获得更好的经济效益，适于处理A ／S 为6 ～8 的中等品位矿石。但其流程相对复杂，当生产规模较大时，使用该法更 为可行且有利。 混联法和烧结法的能耗均远大于拜耳法【2 9 1 。而对应于不同的A 1 2 0 3 生产工 艺，对铝土矿精矿的质量要求也有差异，具体见表1 ．4 F ／A 表示铝土矿精矿中 F e 2 0 3 与A 1 2 0 3 的质量分数比值 。 表l _ 4 氧化铝生产工艺对铝土矿质量的要求 T a b ．1 - 4 R e q u i r e m e n t so f b a u x i t e ’Sq u a l i t yo na l u m i n at e c h n o l o g y 目前，全世界氧化铝工业生产普遍使用碱法，且9 0 ％以上使用拜耳法【3 0 1 。 针对我国铝土矿资源的特点，经过多年的科技攻关，开发出了一种新型的 A 1 2 0 3 生产工艺“选矿．拜耳法联合工艺”。其通过选矿提高铝土矿精矿的 A ／S ，使得铝土矿精矿能够用拜耳法经济地处理【3 1 1 。“选矿．拜耳法”是“九五” 铝工业所取得的一项重大成果。1 9 9 9 年工业试验成功，2 0 0 4 年3 月，在中国铝 硕士论文 第一章文献综述 业中州分公司 原中州铝厂 实现了产业化【3 2 】。 与国i 内J l - 同类技术相比，“选矿．拜耳法联合工艺”的生产能耗降低5 0 ％以上， 投资经费可减少2 0 ％，碱耗、生石灰消耗、水耗可分别降低5 ％、5 0 ％、4 0 ％， A 1 2 0 3 生产成本可以降低1 0 ％【3 3 】。 最重要的是，该工艺还充分保障了我国铝土矿资源的可持续发展需要，将可 利用的铝土矿矿石的A ／S 由9 以上降低至6 以下，使我国约2 0 亿吨的中低品位 铝土矿资源能够获得经济、有效的利用，从而使我国铝土矿资源保障年限由1 0 年提高到6 0 年【3 4 】，保证我国铝工业的安全。 1 ．2 ．2 我国铝工业发展现状 近年我国主要氧化铝厂的生产情况见表1 ．5 ，2 0 1 0 年和2 0 1 1 年我国主要氧 化铝产区的产量见表1 ．6 。 表l 一5中国主要氧化铝厂的生产工艺与产量 T a b ．卜5A l u m i n at e c h n o l o g i e sa n dp r o d u c t i o no f t h em a i na l u m i n am a n u f a c t u r e r s 表1 ．6 近两年中国主要产区的氧化铝产量 T a b ．1 - 6P r o d u c t i o no f t h
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