铝土矿在耐火材料.pdf

铝土矿在耐火材料,磨料,化学品和水泥等部门的应用 第六图书馆 重视铝土矿在耐火材料、磨料、化学品、水泥、钢铁等非炼铝部门的应用,是工业矿物领域的重要任务之一,本文就有关发展作了简要 论述。重视铝土矿在耐火材料、磨料、化学品、水泥、钢铁等非炼铝部门的应用,是工业矿物领域的重要任务之一,本文就有关发展作 了简要论述。铝矿石 耐火材料 磨料 水泥矿产综合利用汪镜亮不详1993第六图书馆 第六图书馆 厄 耐 火 耐 麋 料 搋 铝土矿在耐火材料 、 磨料 、 化学品 和水泥等部 门的应用 一 地 矿部矿 产综 合利用研究所 A[ 摘 要 ] 置 视 铝 土 矿 在 耐 火 材 料 、 磨 料 、 化 学 品 、 水 泥 ， 钢 铁 等 非 前 言 8 0年代 中期以来 ， 铝土矿 在非炼 铝部 门 塑 ／ 7 炼 铝部 门 的应 用 ， 是 工业 矿 物领 域 的重 要 任 的应用平 稳 中有一 些增 长， 如 美国非炼 铝 用 铝土矿 占铝土矿 总产量 的比例 ， 7 0年 代 中期 为 7 ． 5 ， 8 0 年代中期为 9 。 质 、 矿石的浮选性能 、 对各种选 冶方案的分析 研究等 。 对 选冶人 员来说 ， 特 别重 要的是 需要 知 道 矿体及 其周 围地 区的地质 构造 ， 因为 不同 地段 采出的矿石 往往 对某种冶金工艺显示 出 非常不同的反应 。地质人员最关 心的往往是 金的 品位 ， 但对难 选金矿来 说 ， 这 些数 据并 不 是最关键的。 而 对选冶人员来说 ， 更有 意义的 则是关 于 C O z 、 S 、 As 、 F e 、 Hg等 元 素分 布 的详细情 况以及矿石的可氰化性 。 矿物 学检 查可以揭示金在矿物共生体 中 的分 布情况 、 查明矿石难选 的原 因。 只有在查 明物质组成 的基础上 ， 才能提 出最可行 的处 理 方案 还应 指出的是 ． 在很多情 况下还应对 预处理 产品进行 矿物学 检查 ， 它 能为进 一步 提高 回收率指 明途 径 。 在 初步 可行性 研 究获得成 功以后 ， 还 应 对 各种 处理方 案进行 经济分 析 成本核 算 ， 即 对设 计方案作现 金 流量 贴现 分析 ， 这对最 终处理方案的确定和作 出投资决定也是非常 重要的 。 五 、 结 语 难选金矿预处理方 案的选择和工 艺参数 本文 于 1 9 9 3年 8月 2 5日收到 。 2 4 的确定 ， 都是既费钱又需耗 费很 多时间的。 如 果从研 究的初始阶段就很重视工艺矿物学研 究的话 ， 那就 可 大大改进工 艺特性 的评 价和 减 步对冶 金评价 的要求 ， 并 能指导 选冶工 艺 方案的选 择。 如 高硫化物和硫化矿／ 碳 质混合 矿 石 ， 可考虑用 焙烧法进行预处理 ； 当存在大 量 铜 一锑 一砷 一铋 一硫 盐 时 ， 则 以采用 加压 氧化法 可能 比较有利 。 就 处理 碳质 矿石来说 ， 目前焙烧 法仍 是 最适宜 的 方法 ， 因为生物 氧化 和加压 氧化 法 都不能破坏劫金的碳质组分 如果硫酸和 As O 能 有销 路 的话 ， 焙烧 也 是处理 含 砷金 矿的可行 方法 。循环式沸腾焙烧炉是 目前晶 好 的一种炉型 。 就处理 含 砷难选金矿 来说 ， 可考 虑采 用 生 物氧化和 加 压氧化法 ， 它们 都能使 砷 以砷 酸盐于 醪 式 固定 。处理量较大时采用加压氧化 法在经济上更为有利 硝酸 催 化 氧化 法 如 Ar s e n o法 、 Ni t r o x 法和 Re t o x法 虽然 目前 基本上都处 于半 工 业和 工业 试验阶段 ， 但完全有理 由认为 ， 它们 也是很有 发展前途 的 。 参考文献 略 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 铝 土矿是 含水 氧化铝矿 物 的总 称 ， 最常 见 的铝土矿有三 水铝石型 7 A1 O 3 H O， 含 A1 0 6 5 、 4 ； 一 水 硬铝 石 型 a A1 O；H O， 含 A1 0a 8 5 ． 1 ； 一 水 软 铝 石 型 7 A1 O Hz 0， 含 Al 0 8 5 ． 1 。我 国铝土矿 以一水硬 铝石型为主 。 世界铝土矿储量 自二次大战后大幅度增 长 ， 1 9 4 5年为 1 0亿 t ， 1 9 5 5年 3 0亿 t ， 1 9 6 5 年 达 6 0亿 t ， 目前 储量 已达 2 1 8亿 t ， 储量基 础 2 3 2亿 t ， 而资源 量估 计为 5 5 0 5 7 0亿 t 。 储量最 多的是几 内亚 5 6亿 t ， 澳大 利亚 4 4 、 4 亿 t ， 巴西 2 8亿 t ， 牙 买加 2 0亿 t 。 世界铝 土矿 产量 1 9 9 1年 达 1 、 0 9 3亿 t ， 与 1 9 9 0年 1 、 0 9 1亿 t持 平 ， 澳 大 利 亚 占 3 7 ， 几 内亚 l 6 ， 牙 买加 1 0 ， 巴西 9 。 由于铝土矿 9 0 以上 用 于生产金屑 铝 ， 所 以 相 应地 l 9 9 1年氧化铝 铝氧 产量达 4 1 3 0万 t ， 比 1 9 9 0年的 4 0 1 0万 t 增加 3 。 铝土矿 只 有 少部分用 于非 炼铝部门 ， 主要是耐火材料、 磨 料、 化 学 品、 水泥 、 钢 铁 、 油气 井 支撑剂 、 吸 附、 催化 、 填料 等部 门 ， 其 中 以耐火 材料最 重 要 ， 磨 料次 之 。 耐火材料用铝 土矿 用 铝土矿 为原 料 生产 耐火材 料 ， 铝土矿 要 在 1 6 5 0 ℃煅烧 ， 一 般 用 回转窑 或立 窑， 煅 烧 的 目的 是除 去游离 水和结 合水 ， 使存 在的 粘 土 矿 物 转 化 为 硅 酸 铝 或 莫 来 石 Al 0， 2 S i O 。三 水铝石、 一水软铝石和一 水硬铝石 等 水 台 氧 化 铝 矿 物 在 煅 烧 时 经 相 变 形 成 n A1 O； 刚 玉 及莫 来 石相 ， 相 变 使最 终产 品 的密度 也产 生变 化 ， 因此 煅烧 时相和 密度 的 控制就 显重要 ， 原 因是煅 烧成 的耐火 材料尺 寸稳定 性 全取 决于 A1 0； 和 S i O 转化 为 刚 玉相和莫来 石相 的程度 。 氧化铝含量是衡 量耐火 材料用铝土矿及 高 铝耐 火 粘土 质 量 的 主要 因 素 之 一 ， Al 0， 含量越高 ， 制 品的耐火度 也越高 一般而言 ， 耐火材料中 AI 0 含 量超 过4 5 一5 0 的产 品， 只有 用铝土矿 作 为主要 的三氧 化二 铝来 源 。 从 耐火 观点看 ， 铝土矿要在 1 6 5 0 “ C煅烧 煅 烧 后 的 铝 土 矿 应 该 达 到 ； AI 0 8 8 F e O 4 ． O ， 对 煅烧 成型的耐火材料高 温性 质有不 良影 响 。碱 金属 Na OK O， 通 常 也 包 括 C a O 的 总量也应很低 ， 以使形 成低熔点玻璃 相的危害减到最小 。S i O 含量最大可容许达 到 7 。 从 物理性 质上 看 ， 由于 高温煅 烧形成 的 耐火材料 要有 高耐火密度 ， 比重大 于 s 、 1 ， 所 以灼 失量应 低于 0 ． 5 。铝土矿原 料的粒度 分 布应该 均匀一 致 ， 细粒 比例 应在控制 量 之 下 。我 国煅烧级 铝土矿 标准列 于表 1 。 、 表 1 我国煅烧 级铝土矿技术 标准 YB2 2 1 2 8 2 化学成 分 耐北度 体租 密度 项 目 Ah O3 Ca O F e Ol ℃ g m。 特 级 晶 ≥ 8 5 ≤ 0 ． 6 ≤ z ． 0 ≥ 1 7 9 0 ≥ 3 ． O 0 一 缎 品 ≥ 8 0 ≤0 ． 6 ≤ 0 ≥1 7 9 0 ≥Z 8 0 二 缎品 甲 7 0 8 0 ≤0 ． 8 ≤ 0 ≥1 7 9 0 ≥ ． 6 5 二 级 品 乙 ≤ 0 ． 8 ≤ 3 ． 0 ≥ 1 7 7 0 ≥ ． 5 5 三 缎品 4o ． 8 ≤ 3 ． o ≥l 7 7 0 ≥z ． 4 5 其 他 要 求 t 产 品 中 杂 质 量 厦 5 9 ， F e 。 O 、 Ti O。 及碱 金属 含量低 ， 粒度 l 一 1 O mm， 体 积 密 度 3 ． 2 3 ． 3 5 g ／ c m ， 表观粘度 低 ， 为6 一 8 。I C OMI 公司在亚 马 帕州生产煅 烧铝土 矿 ， 年生产能力 5 ． 7万 t 。C AD AM 公 司也经 销铝土矿原矿和煅烧级铝 土矿 。 澳 大 利亚 澳 大利 亚 铝 土 矿 资 源丰 富 ， 储量为 4 4 ． 4亿 t ， 储量 基础 4 6亿 t ， 铝土 矿主要供炼 铝用 ， 耐火级铝 土矿生产不重要 ， 磨料级铝土矿生产有重要意 义。 马来 西亚 马来西亚铝土矿 赭量和赭 量基 础各为 l 5 0 0万 t ， 仅有 一个 矿 山生产铝 土 矿 ， 年 开采 2 O万 t 三 水铝 石 型矿 石 ， 生 产 的 耐火 级铝土矿 成分 Al 。 O 5 9 、 S i O2 7 ． 7 、 Fe 2 O3 2 ． 8 、 Tj O2 0 ． 4 、 LOI 3 O ． 1 ， 是优 良的耐火 材料原 料 ， 除少量 7 供本 国应用外 ， 大部 出 口日本 、 北美 、 泰 国 、 菲律宾 、 中东等地 。 美 国 CE矿物 公 司在 佐 治亚和 亚 拉 巴 马 州开采 和 加 工耐 火 级铝 土 矿 质 高 岭 土 ， 开动 7台回转 窑 ， 煅 烧产 品 以 Mu l c o a商 品名 出售 ， 根据 Al O。 含量 不 同分 为三 个级 别 ， 但 F e O 均 低于 1 ． 5 ． 且碱金 属含 量很 低 。哈比逊 一瓦尔克耐火材料公 司在 亚拉 巴 2 8 马 州开采耐火级铝 土矿 ， 有两 台回转窑 般 烧 ， 年 产量 2 O万 t r 磨 料用铝土矿 以铝 土矿为原料 生产磨料 是铝土 。 非炼 铝 应 用的一个 重要领 域 ， 其 中又分铝． 矿 经 拜耳 法产 出 a氧化铝进 而在 电弧炉熔 融 生产 白色 刚玉 ， 以及直 接煅烧 铝土 矿后在 电 弧 炉 熔融生产棕色熔 融氧化铝 电熔棕 刚王 最 终 以破磨后 的 白色 刚 玉或 电熔 棕 刚 玉 作磨 料 。生 产 白色 刚 玉 的 氧 化 铝 要 求 Na O 0 ． 4 、 S 4 就 需还原 到硅铁中 ， 从而 增加电熔工序的监控及 费用 。 s i O 应小于 7 ， 且要 求合理 的硅铁 比 ， 因为 硅 的存在 不利 于磨料 颗粒达 到最 佳硬 度 ， 为 了除硅 ， 必 须添加锾 将其 以硅铁形 式除去 ， 所 以维 持铝土 矿 合理 的硅 铁 比是重 要的 ， 否则 需单独补加铁 ， 这样就 增加了操作 和成本 。 因 此 一般 维持 F e O s i O 为 3 l ， 这样 就可 不必单独 添加铁 ， 从这 一点看 ， 生产磨料的铝 土 矿对铁 的 要求 较 为宽 松 ， 能 达到 F e O。t S i O 为 21最理想 水分含 量也 很重要 ， 煅 烧铝土矿 要求 L OI 灼失 ≤ 1 ， 因为无论吸 附 水还 是 晶格结 合水 ， 都 对熔融 过程产 生 不 利影响 ， 轻者产生过热蒸汽 ， 重者则有爆 炸危 险 。 磨料用 铝土 矿先在 l l 0 O ℃煅烧 ， 然后 再 电熔 。 煅烧温度 比耐火级铝土 矿的 1 5 5 0 ℃低 得 多 ， 但 是 l l 0 0 C这个 温 度 只是 一 般 指标 ， 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 关键是要使 铝土 矿煅烧后不会再吸收水分成 为水化物 。 此外 ， 磨料级铝土矿的粒度要求很 重 要 ， 一般 应 为 5 0 ram 至 1 0 0目 ， 5 0 mm 会 使煅 烧 不完 全 ， 9 7 供 出 口炼铝 ， 磨料级 仅 1 5万 t ， 运行 一台 回转 窑 ， 全部产品供出 口德 国、 瑞士 、 意大利 、 法 国 、 奥 地利等西 欧 国家和 加拿大 ， 均用 于生产 电熔 棕 刚 玉。几 内 亚 磨 料 级 煅 烧 铝 土 矿 成 分 Al O 8 9 、S i O2 1 ． 2 、Fe 2 O3 4 、Ti O 4 ， 由于硅含量低 ， 屑优质原料 ， 应 用方便。 中国磨料 级 铝土矿产 自众 多生产单 位 ， 大部分用 立 窑煅烧 ， 少部分用 回转窑 。 立 窑煅 烧产 品成 分波 动大 ， Al O 含 量6 0 ％一 8 5 ％ ， 回转窑煅 烧产 品能 保证 较 高 质 量 ， Al O， ≥ 8 5 。立 窑煅烧的主要问题是 没有准确的温 度控制器 ， 而是凭 目测确 定煅 烧温度 ， 按常规 应 在 1 1 0 0 ℃煅烧 ， 但常发生 过分 煅烧 或重 烧 的情 况 ， 使 L OI 值 从 一般要 求的 1 下降 为 0 ． 1 ， 给 电熔 生产棕刚玉带来麻烦 。中国铝 土矿为一 水硬铝石 ， 硬度大 ， 也是产生过分煅 烧的原因之一 。中国磨料 级煅 烧铝土 矿典 型 成分为 Al O； 8 6 、 F e O 2 、 S i O2 6 、 Ti Oz 3 一5 。两个磨料生产厂所用原料成分示 于表 4 。中 国产 品的 另一缺 陷是硅高 ， 相应的 铁 又低 ， 这一点不如几 内亚产 品有利 ， 使生产 工序复杂 ， 成本增加 。 表 4 中国代表性磨料厂家对煅烧铝土矿成分 的要求 圭亚那多年 来 主要 集中生产耐火 级铝土 矿 ， 但 因受 中国产品取代 ， 因此 改而重 新生产 一 些 磨料级铝 土矿 ． 经营手法 灵活 ， 目前 已恢 复到年产 5万 t水平。苏里南虽 然有 5台回 转窑 ， 年 生产 能 力 2 5万 t ， 但产量很 低 ， 已无 足轻重 ， 不 过一 旦投产 对市场 的 占领无疑 会 很快 ， 因此 中国必须密 切注视其动 向。 巴西 目 前 已是铝 土矿 第 四大 生产 国 ， 年 产量 已超 过 7 0 0万 t ， 库里姆 巴巴矿 物 公司主要生产非炼 铝级铝 土 矿 ， 年 产 7 ． 5万 t 磨料 级煅 烧 铝土 矿 ， 矿 山在米纳斯 杰拉 斯州。 美国铝土矿产量 只 占 世 界 1 ， 而 且 几 乎 全 用 于 炼 铝 ， 由 Al c o a 公 司经 营 ， 坚 持 生产 少量 磨料 用铝 土 矿 ， 绝大 部分 所 需靠进 13， 1 9 9 1年进 13 1 9 ． 5 万 t 磨 料为主要用途的煅烧铝土矿 。 希 腊是 西欧最 大 的铝 土矿生 产 国， 主 要 由帕纳 斯铝土 矿公 司经营 ， 开采 的矿 山有地 下矿和 露天矿 ， 铝土 矿矿 物成分 属 一水软铝 2 9 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 石和 一水 硬铝 石结 合 ， 产于石灰岩母岩 中。 磨 料级铝土矿成分 与几 内亚 、 中国 、 圭 亚那产 品 均 有 较 大 差 别 ， 其 含 量 为 Al O，5 6 一 6 O 、Si O2 1 ． 5 -- 3 ． 5 、 Fe O 2 2 一 2 4 、 C a O 0 ． 4 ， 粒 级 有 0 -- 3 0 0 mm、 1 O 一 5 n m 和 5 0 --2 0 0 mm 三 种 近年希 腊年产 的 l O O 一1 6 O万 t 铝 土 矿中 有 2 5 用 于磨 料 生 产 ， 而磨料 级铝土 矿 有3 8 一4 0 出 口原 苏 联 ， 其余部分 出 口西欧 。原 苏联解体后 ， 出 口 量锐减。因而铝土 矿年产 量从 1 9 8 9年的 1 6 0 万 t 下 降到 1 9 9 1年 的 1 0 0万 t ， 减 少 的部分 几乎全是以磨料级铝土矿 为主 。原苏联解体 前 ， 乌克兰是希 腊磨料铝土 矿主要进 口国 ， 查 波 罗兹 磨料 厂通 过设在莫斯 科的拉兹诺公司 每年从希腊进 口 3 0 3 5万 t 磨 料级铝土 矿 ， 加工 成磨 料和 磨轮供应全 苏联 ， 但 白 1 9 9 2年 7月 以后 完全停 止 了进 口 ， 迫 使希 腊磨 料级 铝土矿每年至少减 产 4 o万 t 以上 。 希腊埃柳 斯公 司通 过建立 重介 质选厂 每年生 产 5万 t 磨料级铝土 矿 ， 其特 点是 碱金属及 C a O含 量 极 低 ， 其 成 分 为 Al O 6 O 、 F e O 2 l ， 5 、 s j O2 1 ． 5 、Ti O2 2 ． 9 6 、Ca O0 ． 3 、 Na O K2 O 0 ． O 9 ， 粒级 0 5 0 mm。 3 ． 铝土矿磨 料 新品 种 ； 铝 土矿 磨料 可与 其他磨 料一起 使用 ， 或加入 一些硬 质矿 物材 料 改 善磨 削 性能 。例 如 ， 印度 生 产 的 z r O 一 A1 。 O 粒状 磨料 ， 就是 用 煅 烧铝 土 矿 为主原 料 ， 加 入 z r o l 一 1 o ， 碳 质还 原剂 1 一 5 ， 台 金材料 l 一5 ， 在 2 0 0 0 - --2 5 0 0 Lc熔 融 冷却 ， 细磨 。据称 ， 由于 加入了锫 石 ， 改 善 了磨 料的断裂 韧性 。 一个这种典型配 方是 将 煅烧 铝土矿 1 0 0 k g 、 废铁 5 k g、 细术炭 5 k g、 锆 石7 k g ， 在 电 弧 炉 熔 融 ， 产 出 的 磨 料 含 Al 0 9 0 ． 9 ，其 余 为T； 0 3 、Z r 0 4 、 S i 02 o ． 4 、 Fe O 0 ． 7 、 Ca O1 普罗潘特用煅烧铝土矿 这是 饶结 铝土 矿的 一种 新用途 ， 应 用 尚 不普遍 ， 但前景 良好 。在 油 气开 采中 。 用高压 液体射流使岩 层产生裂隙 ． 促进油气 流通 ， 为 3 O 了防止这 些 网状裂 缝重新 弥合或 堵塞 ， 可 向 其中充 入球粒 状或 圆形的 细砂状颗 粒 ， 这 些 矿 物 颗 料 即 称 为 普 罗潘 特 p r o p p a n t 支 撑 剂 。 过去常 用石英砂 作这种支 撑剂 ， 但在 油气 井超 过 3 0 0 0 m 遇到高压时效果 不好 ， 烧 结铝 土 矿则无此弊端 。用作普 罗潘特支撑剂 的铝 土矿要 求高铝 、 高烧结性 、 低硅、 低粘土 ， 筛选 圆粒度 0 ． 9 mm， 铁 的影 响不明显。在 2 0 0 0 ℃ 烧 结 ， 促进 a AI O 细 小晶体 形成 ， 铝 质普 罗 潘特 支撑 剂的 强度 比硅砂高 一个数 量级 ， 达 到 4 2 1 ． 8 k g ／ c m ， 为最 大 限度 提高 油 气渗 透 性 ， 常用 6 8 0目的 产品 ， 2 O 一4 0目最好 。 美 国 No r t o n Al c o a公 司在阿 肯色 州 开 采 加工 含 l 5 一2 o S i O 的铝 土 矿 作 支撑 剂 ， 澳大 利 亚 C o ma l c o曾开 采球形 铝土 矿用 于 此 目的 ， 巴西 库 里 姆 巴 巴矿 物 公 司 年 产 9 S 0 0 t 铝土 矿普 罗潘特 。最近 一份 专利详细 叙述了陶瓷 型铝土矿 支撑剂生产工 艺。将含 e At O 的 一 水 软 铝石 型 铝土 矿及 ≤ l 0 的 添加剂 含茧青石 、 糈石 、 方解石、 白云石或低 品位铝 土矿及 煅烧 氢氧化 铝的燃 料尘 细磨 至 9 0 4 S l i m， 添 加 l 一5 Mg S O 溶 液 或 含Al O 的 溶 液 造 粒 ， 在8 0 一 l 0 0 ℃ 、 1 ． O 1 ． S a t m 烘 干 ， 1 4 0 0 - - 1 7 0 0 “O煅 烧 1 5 3 0 mi n 。 此 方 法 节 能 ，产 品 强 度 高 ，含 Al 2 Ol 9 5 ． 9 6 ， S i O 2 ． 9 ， M g O0 ． 5 ， c a O0 ． 0 9 ， F e 2 O 0 ． 1 7 ， 产 品 直