文山高硅高铁铝土矿脱硅研究.pdf

分类号 UDC 密级 编号 幸l 初大警 C E N T R A LS o U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯囊出高焦高钛堡土壁腹硅研窕 学科、专业．．⋯⋯⋯⋯矿掳熟王王猩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯翅蠢觏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯- ⋯⋯弛伟⋯．熬⋯攮⋯⋯⋯⋯⋯ 硕士学位论文 文山高硅高铁铝土矿脱硅研究 D e s i l i c a t i o no fB a u x i t ew i t hH i g h - S i l i c o n a n d H i g h I r o ni nW e n s h a n ‘ 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 胡志凯 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 孙伟教授 论文答辩日期2 皇』圣兰型答辩委员会主席 中南大学 2 0 1 2 年5 月 原创性声明 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。 作者签名姻冬芝如 日期圣盟年三月型日 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。 储签名然燧名盘嗍生二月兰日 摘要 为了实现高铁高硅铝土矿的铝铁分离，并且脱去铝土矿中的含硅 矿物从而提高铝硅比，本论文通过单矿物的浮选实验及溶出实验分别 研究了铝土矿浮选脱硅及溶出预脱硅的主要影响因素。并通过光学显 微镜、扫描电镜、X R D 图谱、化学多元素分析及化学物相分析等手 段研究了原矿的结构及性质。最后通过对铝土矿预脱硅进行了动力学 分析、浮选溶液化学分析和动电位测试进行了机理研究。本论文的研 究为铝土矿实际矿石除铁脱硅提供了理论指导。 单矿物溶出试验表明升温能够提高高岭石的溶出率，铝硅比也 随着温度升高而增大。液固比的提高也能增加高岭石的溶出率，增加 液固比有利于提高铝硅比。碱浓度的提高能增加O H “ 离子的活度，促 进高岭石的溶出，有利于提高铝硅比。搅拌有利于硅的溶出，加强搅 拌还可以弥补碱浓度、温度、矿石粒度等方面的不足，以上因素对一 水硬铝石的溶出影响不大。 单矿物浮选试验表明油酸钠对一水硬铝石的捕收能力强于对高 岭石的捕收能力，一水硬铝石的最佳浮选p H 值为8 ．1 0 。油酸钠用量 不宜超过4 1 0 ‘4 m o l ／L ，否则油酸钠在矿物表明形成多层吸附，反而 降低回收率。温度对油酸钠的活性有很大影响，应将浮选温度控制在 2 0 ℃以上。捕收剂B A C 对一水硬铝石有一定捕收能力，但对高岭石 几乎没有捕收作用。当油酸钠与B A C 以9 1 的比例联合使用时能够 有效分离高岭石和一水硬铝石。碳酸钠是铝土矿浮选的有效p H 调整 剂和分散剂。六偏磷酸钠能够抑制一水硬铝石和高岭石的浮选，但是 一定量的六偏磷酸钠能够增大二者之间的可浮性差异，有利于铝硅分 离 实际矿石试验表明磁选能够有效分离铝土矿中的铁，磨矿时间 1 5 m i n ，磁场强度1 ．5 T 时，铁的回收率为4 2 ．7 1 ％，品位为4 2 ．1 5 。溶 出实验表明二氧化硅溶出率最高可达4 2 ％，可将铝硅比从2 ．5 2 提高 到5 ．0 3 。浮选结果精矿铝硅比5 ．8 7 ，精矿产率5 4 ．2 6 ％。 关键词铝土矿， 浮选，溶出，预脱硅，铝铁分离 A B S T R A C T I no r d e rt oe l i m i n a t et h ed e t r i m e n t a le f f e c to fi r o no nb a u x i t ea n d r a i s et h eA ／Sr a t i ob ys e p a r a t i n gi r o na n ds i l i c o n b e a r i n gm i n e r a l sf r o m t h eh i g h - i r o na n dh i g h - s i l i c o nb a u x i t e ，r e s p e c t i v e l y ．T h ee f f e c t so f d i f f e r e n tf a c t o r so nd e s i l i c a t i o no fb a u x i t ew e r ef i r s t l ys t u d i e db yt h e f l o t a t i o na n dd i s s o l u t i o ne x p e r i m e n t so fp u r em i n e r a l s ．T h e nt h es t r u c t u r e a n dp r o p e r t yo fr a wo r ew e r es t u d i e db ym e a n so fo p t i c a lm i c r o s c o p e ， s c a n n i n ge l e c t r o m i c r o s c o p e ，Ⅺ①，m u l t i e l e m e n t sa n a l y s i sa n dc h e m i c a l p h a s ea n a l y s i s ．A tl a s t ，t h ep r e - d e s i l i c a t i o no fb a u x i t ew a sa n a l y z e db y d y n a m i ca n a l y s i s ，s o l u t i o nc h e m i s t r yc a l c u l a t i o na n dz e t ap o t e n t i a l t e s t ．T h er e s u k so ft h i sw o r kc a np r o v i d et h e o r e t i c a lg u i d e l i n ef o r r e m o v i n gi r o na n dd e s i l i c a t i o no fr e a lb a u x i t e ． T h er e s u l t so fd i s s o l u t i o ne x p e r i m e n t so fp u r em i n e r a l sa r es h o w na s f o l l o w s ．T h eh i g l l ．t e m p e r a t u r ec a l lr a i s et 1 1 ed i s s o l v e dr a t e so fk a o l i n i t e ， a n dt h eA ／Sr a t i oi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ．T h e d i s s o l v e dr a t e so fk a o l i n i t ea l s oC a nb ei n c r e a s e db yi n c r e a s i n g l i q u i d s o l i dr a t i o ，a n dt h e r e b yA ／S r a t i oc a nb er a i s e db yi n c r e a s i n g l i q u i d ．s o l i dr a t i o ．T h ei n c r e a s eo fa l k a l ir e s u l t s i nt h ei n c r e a s eo fO } r a c t i v i t yw h i c hp r o m o t e st h ed i s s o l u t i o no fk a o l i n i t ea n dl a s t l yA ／Sr a t i o C a nb er a i s e d ．T h ea g i t a t i o nw h i c hi nf a v o ro ft h ed i s s o l u t i o no fs i l i c o n C a nm a k eu pf o rt h ei n a d e q u a c yo ft h er e s p e c t ss u c ha sc o n c e n t r a t i o no f a l k a l i ．t e m p e r a t u r ea n dS Oo n ．F a c t o r sa b o v eh a v el i t t l ee f f e c to nt h e d i s s o l v e dr a t e so fd i a s p o r e ． T h er e s u l t so ff l o t a t i o ne x p e r i m e n t so fp u r em i n e r a l sa r es h o w na s f o l l o w s ．T h es o d i u mo l e a t ew h i c hu s e da sak i n do fc o l l e c t o rh a ss t r o n g e r e f f e c to nd i a s p o r et h a nk a o l i n i t ei nt h ef l o t a t i o np r o c e s sa n dt h eo p t i m u m p Hr a n g e s8t o 10 ．1 1 1 er e c o v e r yo fd i a s p o r ed e c r e a s e df o rm u l t i l a y e r a d s o r p t i o no fs o d i u mo l e a t eo nt h es u r f a c eo fd i a s p o r e ．T h e r e f o r e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mo l e a t es h o u l dn o te x c e e d4 10 ～m o l ／L ． T e m p e r a t u r eh a v ea ni m p o r t a n te f f e c to na c t i v i t yo fs o d i u n lo l e a t e ，S Ot h e t e m p e r a t u r es h o u l db ea b o v e2 0 ℃．T h ed i a s p o r eC a nb ec o l l e c t e dw h i l e Ⅱ k a o l i n i t ec a nn o tb ec o l l e c t e db vB A C ．T h ek a o l i n i t ec a r lb es e p a r a t e d e f f i c i e n t l yf r o md i a s p o r ew h e ns o d i u mo l e a t em i x e dw i mB A Ci nt h e p r o p o r t i o no f9 1 ．T h es o d i u mc a r b o n a t ei S ae f f e c t i v er e g u l a t o ra n d d i s p e r s e r ．T h ed i a s p o r e a n dk a o l i n i t ec a nb e d e p r e s s e db ys o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t ew h i c hC a ni n c r e a s et h ed i f f e r e n c eo ff l o a t a b i l i t y b e t w e e nd i a s p o r ea n dk a o l i n i t ea n dt h e r e b yi m p r o v et h es e p a r a t i o ne f f e c t i nac e r t a i na m o u n t ． T h er e s u l t so f e x p e r i m e n t so fr e a lo r ea r es h o w na sf o l l o w s ．T h ei r o n C a nb er e m o v e de f f i c i e n t l yf r o mb a u x i t eb ym a g n e t i cs e p a r a t i o n ．刀抢 r e c o v e r ya n dg r a d eo fi r o na r e4 2 ．71 ％a n d4 2 ．15 ％o nc o n d i t i o n so f g r i n d i n gt i m e15 m i na n dm a g n e t i ci n t e n s i t y1 ．5T ．T h ed i s s o l v e dr a t eo f s i l i c aC a nr e a c h4 2 ％．A ／Sr a t i oC a nr i s ef r o m2 ．5 2 t o5 ．0 3 ．M e a n w h i l e ～S r a t i oc a r lb ei n c r e a s e dt o5 ．8 7b yf l o t a t i o na n dc o n c e n t r a t er e c o v e r yi s 5 4 ．2 6 ％． K E YW O R D S b a u x i t e ，f l o t a t i o n ，d i s s o l u t i o n ，p r e d e s i l i c a t i o n ，A 1 一F e s e p a r a t i o n 1 1 I 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 铝土矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1国外铝土矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2 我国铝土矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 硅矿物存在带来的危害⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 铝土矿化学脱硅研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．4 铝土矿物理脱硅研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．1 正浮选脱硅一阴离子捕收剂浮选脱硅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．2 反浮选脱硅一阳离子捕收剂浮选脱硅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．3 其他物理脱硅方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．5 铝土矿生物脱硅研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．6 本论文研究的思路及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 第二章试剂、仪器及实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 l 2 ．1 矿样制备及性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．1 纯矿样的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1 ．2 纯矿样的性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．3 实际矿样的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 试验药剂及主要的仪器和设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．3 ．1 溶出实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．2 浮选实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．3 光学显微镜实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．4 扫描电镜实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．5 矿物动电位 ．电位 实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 第三章铝土矿溶出及浮选行为研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 铝土矿溶出影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．1 温度对一水硬铝石和高岭石溶出行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．2 液固比对一水硬铝石和高岭石溶出行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 ．3 碱浓度对一水硬铝石和高岭石溶出行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．1 ．4 搅拌对一水硬铝石和高岭石溶出行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 铝土矿浮选影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．1 捕收剂对铝硅矿物浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．2 调整剂对铝硅矿物浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 第四章文山铝土矿结构及性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 4 ．1 矿石性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．2 矿物的光学显微镜结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．3 矿物的扫描电镜结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 第五章文山铝土矿选矿实践⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．1 磨矿时间对矿石粒度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5 ．2 磁选除铁影响因素实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5 ．3 重选除铁影响因素实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 5 ．4 浮选脱硅影响因素实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 5 ．4 ．1 磨矿粒度对浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．4 ．2 调整剂用量对浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．4 ．3 抑制剂用量对浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．4 ．4 捕收剂用量对浮选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．5 溶出脱硅影响因素实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 5 ．5 ．1 粒度对溶出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 5 ．5 ．2 焙烧对溶出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 第六章铝土矿预脱硅机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 6 ．1 高岭石溶出动力学研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 6 ．2 油酸钠溶液化学计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 6 ．3 六偏磷酸钠溶液化学计算与动电位测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 6 ．4 碳酸钠溶液化学计算与动电位测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 6 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 第七章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 攻读学位期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 硕士学位论文第一章文献综述 1 ．1 铝土矿资源概况 第一章文献综述 铝是一种常见的轻金属，在地壳中的含量大概为8 ％，仅次与氧和硅，居第 三位【1 1 。我国铝资源丰富，探明储量为2 3 亿吨，居世界第五位【2 J 。但8 0 ％以上 的属于高铝、高硅、铝硅比为5 ～8 的低品位一水硬铝石型铝土矿，不宜直接采用 拜尔法工艺生产氧化铝，必须通过经济有效的方法预先脱硅。铝的消费和产量稍 低于钢铁，为世界第二大常用金属。它不仅质地硬、重量轻而且还有很好的延展 性、导电性、耐腐蚀性和耐热性。广泛应用于国防、建筑、航空、电力传输、汽 车制造、家用电器、日常用具、机械设备等领域。氧化铝是生产金属铝的主要原 料，在工业上利用电解氧化铝来生产金属铝。世界上主要氧化铝生产国有澳大利 亚、中国、美国和牙买加。同时铝土矿又是生产氧化铝的主要物料。两吨铝土矿 大概才能生产出一吨氧化铝，而两吨氧化铝才能生产一吨金属铝。 铝土矿根据其中所含的铝矿物可将其分为三种三水铝石、一水硬铝石和一 水软铝石。铝土矿的主要用途是用来生产氧化铝，氧化铝的生产工艺又可分为拜 耳法、烧结法以及拜耳烧结联合法。 1 ．1 ．1 国外铝土矿资源概况 铝土矿是氧化铝工业和耐火材料工业的主要原料。世界上9 0 ％的氧化铝是由 铝土矿生产的。全球铝土矿的储量大约为2 4 5 亿吨，但是资源储量在3 5 0 和4 0 0 亿吨之间。铝土矿遍布世界的五个大洲。可满足地球消费1 5 0 年以上1 3 j 。8 0 ％的 铝土矿集中在几内亚、澳大利亚、加勒比海地区、印度、印尼、东欧和巴西等地。 国外铝土矿多为三水铝石型，而在地中海一带以一水软铝石居多1 4 J ，希腊为一水 软铝石和一水硬铝石混合为主。这些铝土矿都是含铁量高 1 0 ％ 2 0 ％ 含硅量 低 低于7 ％ 含铝量搞的特点。世界铝土矿最明显的特点是地区相对集中，规 模巨大。适合拜耳烧结联合法生产氧化铝。 硕士学位论文第一章文献综述 1 ．1 ．2 我国铝土矿资源概况 我国的铝土矿主要是一水硬铝石型高岭石沉积型铝土矿【5 吲。其中的主要 脉石矿物有高岭石、伊俐石、绿泥石、叶腊石、白云母、长石等等。高岭石型是 可利用的贫矿，致密状矿石和绿泥石型矿石一般都不考虑加以利用。伊俐石型矿 石要根据具体情况加以其别对待。吕梁和太行区的高铝矿石是最适合拜耳法生产 的铝土矿。我国铝土矿资源主要分布在山西、广西、贵州、河南四个省。四个省 份的资源储量占全国的9 0 ．1 7 ％，保有储量为6 ．2 8 5 亿吨，占全国的9 0 ．5 ％。但是， 由于我国人口众多，人均占有量任然偏低，仅为世界人均储量的7 ．3 ％。截止2 0 0 7 年底，我国的氧化铝的产量达到2 8 0 0 万吨／年。2 0 0 7 年比上年增长1 0 9 4 万吨， 同比增长6 4 ．1 ％。增长速度稍低于上年，但是增长量是有史以来最大的一次。这 样的增长速度是举世罕见的。目前，我国的氧化铝生产能力已经跃居世界第一位， 成为名副其实的氧化铝第一生产大国。但是我国铝土矿资源后备储量不足，基础 储量偏少。而且由于我国人口众多，我国人居铝资源的占有量只有世界品均水平 的1 0 ％。我国铝土矿大型矿床较少，并且其中7 0 ％以上的矿产适宜地下开采。 预计到2 0 2 0 年，我国铝土矿的供应能力将不能满足国内大众消费的需要。 2 硕士学位论文第一章文献综述 表1 - 3 我国2 0 0 1 “2 0 0 6 年氧化铝生产情况万t T a b l e1 - 3A l u m i n a p r o d u c t i o ns t a t u so f o u rC o u n t r yb e t w e e n2 2 0 0 1a n d2 0 0 6 1 ．2 硅矿物存在带来的危害 铝土矿的成分非常复杂，除了铝以外还有很多其他杂质。其中最主要的就是 硅，其次还有钛、铁、钙、镁、碳、钠、钾、铬、钒、镓、磷、氟、锌等。在溶 出过程中，它们除了与碱液发生反应外，相互之间还发生作用。结果可能改变了 硕士学位论文 第一章文献综述 溶液的成分和性质，也有可能使铝矿物表面钝化，表面被其他物质罩盖，对溶出 产生重大影响。另外，进入溶液的杂质还会影响到分离、分解、蒸发等后续过程。 所以除掉这些杂质是氧化铝生产工艺过程中必不可少的环节之一【1 0 。J 。 硅是减法生产氧化铝最有害的杂质，不仅影响溶出过程，而且它是造成碱和 氧化铝损失的主要根源所在。有研究表明，每吨矿石中二氧化硅每增加1 ％，氢 氧化钠的消耗就增加6 ．6 k g ，氧化铝多损失8 ．5 k g 。硅在溶出过程中首先以硅酸钠 的形式进入溶液，然后与溶液中的铝酸钠发生反应，生成铝硅酸钠的沉淀，俗称 钠硅渣。钠硅渣绝大部分进入赤泥，小部分溶解于铝酸钠溶液中，待溶液成分和 温度发生变化时它有慢慢析出。钠硅渣在生产设备和管道上，特别是换热器表面 上析出称为结疤。结疤增大了传热系数，从而增加了能耗和清洗工作量。溶液中 的二氧化硅进入中间产物氢氧化铝后，会影响氢氧化铝的点解，而且影响最终产 物质量。形成的赤泥也是对环境的一大危害，钠硅渣不仅增大了赤泥量，而且极 易在其中形成悬浮体，这个铝土矿后续固液分离和赤泥洗涤液带来了难度。 硅矿物不仅给工业生产带来危害，给日常生活也带来了不容小觑的危害。 1 9 9 3 年1 0 月在美国旧金山召开的第二届国际石英矽肺、肺癌学术会议，在会议 上大多数学者认为，石英为人类致癌物质。赤泥的排放量非常高，跟生产的氧化 铝量差不多。但是赤泥的利用率却非常低，世界上赤泥的利用率为1 5 ％，而我国 还远远低于这个数据。 目前国外大多将赤泥输送堆场，采用筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离，对容 易返回再用。赤泥的p H 很高，这种方法会导致碱液渗漏，造成土壤的沼泽化、 碱化，而且还会污染地表及地下水资源。另外国外还有填海和特殊植被覆盖处理 赤泥。其中填海处理方法对环境的污染相当严重。 我国赤泥主要是筑坝堆存，我国每年要产生6 0 0 万吨赤泥，这些全部赤泥都 采用露天堆存，而且全部坝体都由赤泥构筑。这不仅占用大量土地，而且还有支 付昂贵的堆场建设费和维护费。露天堆存同样也会对水资源和土壤带来污染，而 且裸露的赤泥容易随风飞扬，对人类和动植物的生存都会带来负面影响，恶化了 生态环境。 1 ．3 铝土矿化学脱硅研究现状 目前铝土矿脱硅主要方法有化学方法、物理方法、生物方法。化学方法主要 是让铝土矿中的铝硅酸盐矿物在高温条件下，添加试剂放生脱羟基反应‘1 2 。1 5 】。常 见的工艺有焙烧氢氧化钠溶出脱硅工艺，氢氧化钠直接溶出分选脱硅工 斟1 3 】。最先见预上个世纪4 0 年代的德国劳塔厂，用来处理奥地利，匈牙利及前 南斯拉夫的高硅铝土矿。主要工艺包括预焙烧、溶出脱硅、固液分离等工序。铝 4 硕士学位论文第一章文献综述 土矿化学选矿的反应本质是在高温条件下使铝硅酸盐矿物 主要是高岭石 分解 为A 1 2 0 3 和S i 0 2 ．然后用氢氧化钠溶液在一定温度下溶出S i 0 2 ．从而达到预脱硅的 目的。分解反应化学式见公式1 ．1 我国范晓慧等人进行了回转窑焙烧脱硅的可行 性研究。研究所用山西铝土矿铝硅比为4 ．4 。在1 0 0 0 ℃左右温度下焙烧原矿1 5 , - , 2 0 分钟，将焙烧后的矿石用适宜浓度的碱溶液脱硅，脱的溶出率可达5 5 ．6 1 ％，铝 硅比提高到9 ．9 2 。 彳1 2 q2 研qJ 丛型坐o7 刊1 2 Q 2 s f o 1 1 焙烧对预脱硅效果能够起到至关重要的作用，所以我们必须对焙烧过程中各 种矿物发生的变化加以研究，焙烧过程中各物质所发生的反应如下 彳1 2 0 3 2 S i 0 2 2 H 2 0 』型 o4 1 2 0 3 2 S i 0 2 2 马O 1 - 2 3 7 叫1 2 D 3 2 研D 2 j 巡翌 马3 么1 2 0 32 a o 1 - 3 焙烧一氢氧化钠溶出流程见下图，主要包括焙烧、溶出、固液分离、碱液再 生等工艺 用这种方法处理一水硬铝石型铝土矿是可行的，因为它不仅能回收一水硬铝 石中的A 1 2 0 3 还能回收铝硅酸盐中的部分砧2 0 3 。所以A 1 2 0 3 的回收率很高。 但是用化学方法脱硅也有很多的不足之处。首先焙烧矿石要消耗大量的能 量，然后是要使用高浓度的碱液，从而导致高的碱耗。溶出液固比高，形成高的 流量循环。高温溶出也需要消耗大量能量。同时还伴随着较长的反应流程和反应 周期。而且化学选矿脱出的是非晶态的S i 0 2 ．而矿石中非晶态的a S i 0 2 是不会 被溶出的。 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．4 铝土矿物理脱硅研究现状 用物理方法脱硅的特点是以天然的形态出去矿物中的杂质，降低铝土矿物 中S i 0 2 的含量。该方法是铝土矿预脱硅的主要方法，但是这种方法在粉煤灰预 脱硅中应用较少，目前还没有发现相关报道。物理脱硅的主要方法有浮选法、 洗矿、筛分、选择性絮凝和选择性破碎【1 6 圳】。其中应用最多的就是浮选法，浮选 又可以分为正浮选和反浮选。物理脱硅的原则流程见图1 - 1 铝土矿 图1 ．1 物理脱硅法原则流程 F i g u r e1 1F l o w s h e e tO i lp r e d e s i l i c o n i z a t i o no fp h y s i c a lp r o c e s s 1 ．3 ．1 正浮选脱硅一阴离子捕收剂浮选脱硅 所谓正浮选就是添加药剂，抑制脉石矿物可浮性，或者增强目的矿物表面疏 水性，提高其可浮性，回收有用矿物。我国的铝土矿物多为一水硬铝石型铝土矿。 一水硬铝石为铝氧八面体矿物，高岭石为硅氧四面体的六方网层与“氢氧铝石八 面体“ 按1 1 的比例而组成的层状硅酸盐矿物。 一水硬铝石表面荷电机理为表面离子的吸附和电离，所以表面动电位是随着 p H 的变化而变化的。但是高岭石的荷电机理有两种端面为氢离子的吸附和电 离，端面动电位随着p H 的变化而变动，层面为金属离子的晶格取代造成，层面 荷负点，所以不随p H 的变化而改变。根据文献，动电位检测结果为一水硬铝石 零电点为p H 5 ．5 ，高岭石的零电点为p n 3 ．0 ． E y g e l e sM A 。研究了以塔尔油、机油和油酸做混合捕收剂，乙氧基化合物 O P ．7 作为起泡剂，六偏磷酸钠、硅酸钠作为调整剂。选择性浮选分离三水硬铝 石、高岭石和石英的混合物。但是这种方法由于铝土矿回收率较低，而且生产成 本较高，所以没有实现工业应用。P ．I ．A n d r e e ve ta 1 ．研究了油酸盐对三水铝石的 作用机理，并且通过水洗证明了三水铝石表面发生了化学吸附作用。VV I s h c h e n k o ，e ta 1 ．通过红外吸收光谱证明了油酸盐在矿物表面的吸附，同时还研究 了捕收剂在矿物表面的吸附，研究结果表面光随着p H 的增加，油酸钠和肥皂 6 硕士学位论文 第一章文献综述 在矿物表面的吸附量增加，但是他们的吸附率不同。富田坚二主要研究了在碱性 或者弱碱性介质中，磷酸钠及六偏磷酸钠的分散作用，他能使铝土矿物和硅酸盐 矿物有效分离，从而实现浮选分离。 上世纪六十年代以来，我国对铝土矿脱硅进行了广泛的实验。张国范等人认 为一水硬铝石和高岭石表面铝离子丰度的差异是导致它们可浮性不同的主要原 因。一水硬铝石表面离子丰度是高岭石的1 ．7 倍，所以油酸钠更易于吸附于一水 硬铝石表面。同时还提出了铝土矿选择性疏水聚团正浮选脱硅工艺。采用组合阴 离子捕收剂，同时添加六偏磷酸钠和碳酸钠为分散剂。该工艺在实际狂小型闭路 实验中取得了很好的结果精矿舢2 0 3 品位7 0 ．7 4 ％，回收率9 0 ．5 2 ％。精矿中S i 0 2 含量从原来的1 1 ．4 ％将为6 ．3 7 ％。精矿铝硅比可以达到1 1 ．1 1 ，超过了国家九五公 关规定的指标 A 1 2 0 3 回收率7 8 ％，铝硅比大于1 0 ．以塔尔油和氧化石蜡皂为 捕收剂，以六偏磷酸钠、硫酸钠、羧甲基纤维素 C M C 、氢氧化钠等为调整剂， 在碱性条件下，对云母型铝土矿进行了浮选实验，结果表明少量的六偏硫酸钠 有利于提高铝土矿的回收率同时还有提高铝硅比的作用。 1 9 9 6 年以来，中南大学和北京矿业研究总院进行了铝土矿正浮选脱硅研究， 并取得了重大进展，而且还进行了工业实验。以碳酸钠为调整剂、H Z T 为分散 剂、H Z B 为捕收剂，连续进行3 0 个班的实验，累计结果为原矿A 1 2 0 3 6 9 ．1 9 ％， S 1 0 2 1 1 ．0 5 ％，铝硅比为5 ．9 ，磨矿细度为．0 ．0 7 4 m m 占7 0 ．4 3 ％。浮选结果为 A 1 2 0 3 7 0 ．0 8 ％，S 1 0 2 6 ．2 2 ％，铝硅比为1 1 ．3 9 ，A 1 2 0 3 的回收率为8 6 ．4 5 ％。 梁爱珍【2 l J 用价格相对较低的水玻璃代替六偏磷酸盐作为分散剂，用选择性较 好的癸二酸小脚脂肪酸代替塔尔油，用腐植酸铵作为抑制剂，研究了铝土矿的浮 选行为，结果表明，腐殖酸铵可以增大铝土矿物与硅酸盐矿物间的可浮性差异， 提高一水硬铝石的上浮速度，减少尾矿中铝的损失。 但是正浮选脱硅目前多停留于实验室阶段，没有实现工业应用主要有一下几 个方面的原因1 精矿中氧化铝的回收率一般在8 0 ％左右，铝硅比8 ～9 ，指标 不是非常理想；2 铝土矿容易过粉碎，磨矿条件复杂，磨矿细度一般为．0 ．0 7 4 占9 5 ％以上；3 精矿泡沫层厚，精矿水含量大，给后续操作带来不便。 1 ．3 ．2 反浮选脱硅一阳离子捕收剂浮选脱硅 正是由于正浮选存在以上不便之处，在加之我国铝土矿物中有用矿物含量相 对较高，脉石矿物含量相对较少，特别是一水硬铝石。所以反浮选就应运而生。 反浮选采用抑制剂抑制铝土矿，用阳离子捕收剂浮选硅酸盐矿物。 与正浮选相比【2 2 。2 5 1 ，反浮选存在量大优点1 符合选矿“浮少抑多”的原 则。铝土矿中一水硬铝石含量一般在7 0 ％以上，正浮选上浮产物为一水硬铝石， 7 硕士学位论文第一章文献综述 泡沫量大，从而造成过滤工作量大的问题。反之，反浮选脱硅精矿产率小，药剂 用量小，精矿表面吸附的药剂量小，易于过滤。2 易于实现粗磨矿，能够有效