第七章1緒論鋁土礦的選礦

1第七章鋁冶金21855年的巴黎國(guó)際博覽會(huì)，我們發(fā)現(xiàn)有一樣標(biāo)著“來(lái)自粘土的白銀”的展品，與當(dāng)時(shí)最珍貴的珠寶并排而列。若是現(xiàn)代人有機(jī)會(huì)去觀光的話，怕是會(huì)驚訝地尖叫：竟然是鋁！是的，它的學(xué)名叫鋁。3主要內(nèi)容1緒論2鋁土礦的選礦3氧化鋁生產(chǎn)4金屬鋁生產(chǎn)47.1.1.1物理性質(zhì)

鋁是銀白色的金屬。在室溫下，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大約是銅的1.5倍，鋁線的導(dǎo)電系數(shù)大約是銅線的60%。鋁具有良好的延展性，可以拉成鋁線，壓成鋁板和鋁箔。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途57.1.1.2化學(xué)性質(zhì)

鋁是元素周期表中第3周期ⅢA族元素，元素符號(hào)Al，原于序數(shù)13，相對(duì)原子質(zhì)量26.98154。鉛原子的外電子構(gòu)型為[Ne]3s23p1，鋁在常溫下的氧化態(tài)為+3價(jià)，在高溫下有穩(wěn)定的+1價(jià)化合物。鋁的化學(xué)活性很強(qiáng)，具有與氧強(qiáng)烈反應(yīng)的傾向。在空氣中鋁的表面生成一層連續(xù)而致密的氧化鋁薄膜，這層薄膜能起到使鋁不再繼續(xù)氧化的保護(hù)作用，這就是鋁具有良好抗腐蝕能力的原因。鋁粉或鋁箔在空氣中強(qiáng)烈加熱即燃燒生成氧化鋁。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途6鋁可溶于鹽酸、硫酸和堿溶液，但對(duì)冷硝酸和有機(jī)酸在化學(xué)上是穩(wěn)定的。熱硝酸與鋁發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。鋁與鹵素、硫、碳都能化合，生成相應(yīng)鹵化物（如AlCl3、AlF3）、硫化物（Al2S3）、碳化物（Al4C3）。此外，鋁還有多種低價(jià)化合物，如AlF、AlCl、Al2S等。氧化鋁是一種白色粉末，熔點(diǎn)2323K，真密度為3.5~3.6g/cm3。已知無(wú)水氧化鋁有幾個(gè)同素異晶體，其中α-Al2O3和γ-Al2O3對(duì)于煉鋁有重要意義。α-Al2O3可長(zhǎng)期保存不吸收水分，γ-Al2O3則相反。工業(yè)氧化鋁中通常含有Al2O399％左右。

氧化鋁和堿金屬氟化物（MeFx）生成鋁氟酸鹽，其中冰晶石型的鈉冰晶石（Na3AlF6）在氧化鋁電解制鋁中用作熔劑，通常稱為冰晶石。7.1.1.2化學(xué)性質(zhì)77.1.1.3鋁的用途

由于鋁具有密度小，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗蝕性良好等突出優(yōu)點(diǎn)，又能與許多金屬形成優(yōu)質(zhì)鋁基輕合金，所以鋁在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)上應(yīng)用極為廣泛。鋁的應(yīng)用有兩種形式：純鋁和鋁合金。純鋁在電氣工業(yè)上用作高壓輸電線、電纜殼、導(dǎo)電板以及各種電工制品。鋁合金在交通運(yùn)輸以及軍事工業(yè)上用作汽車、裝甲車、坦克、飛機(jī)以及艦艇的部件。此外，鋁合金還用于建筑工業(yè)制作構(gòu)架等，輕工業(yè)中用純鋁和鋁合金制作包裝品、生活用品和家具。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途8氫氧化鋁：是“胃舒平”的主要成分，它有中和胃酸和治療潰瘍的作用。明礬：一種重要的凈水劑、染媒劑，醫(yī)藥上還用作收斂劑。硫糖鋁：胃潰寧。它能和胃蛋白酶絡(luò)合，直接抑制蛋白分解活性，形成一種保護(hù)膜，故而對(duì)胃粘膜有較強(qiáng)的保護(hù)作用和制酸作用。他又能幫助粘膜再生，促進(jìn)潰瘍愈合，毒性低，是一種良好的胃腸道潰瘍治療劑。剛玉：學(xué)名是α-氧化鋁，硬度僅次于金剛石。若是含有不同的雜質(zhì)則呈現(xiàn)不同的顏色，如含微量三價(jià)鉻則呈紅色，稱為紅寶石；含有微量的二價(jià)鐵或四價(jià)鈦則稱為藍(lán)寶石。9鋁在地殼中的含量約為8.8％，地殼中的含鋁礦物約有250種，但煉鋁最主要的礦石資源是鋁土礦，世界上95%以上的氧化鋁是用鋁土礦生產(chǎn)的。鋁土礦中主要含鋁礦物為三水鋁石（Al2O3·3H2O）、一水軟鋁石(AlOOH)和一水硬鋁石(AlOOH)，因此按礦物的存在形態(tài)不同，鋁土礦分為三水鋁石型、一水軟鋁石型、一水硬鋁石型和混合型等多種類型。7.1.2煉鋁原料10鋁土礦中含Al2O3量一般為40%-70%。對(duì)于生產(chǎn)氧化鋁來(lái)說(shuō)，衡量鋁土礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)還有鋁硅比（礦石中全部Al2O3含量與SiO2含量的質(zhì)量比）。目前工業(yè)生產(chǎn)上要求鋁土礦的鋁硅比不低于3-3.5。鋁土礦類型對(duì)拜耳法生產(chǎn)也很重要。除鋁土礦外，可以用于生產(chǎn)氧化鋁的其他原料還有：明礬石((Na,K)2SO4·Al(SO4)2·4Al(OH)2)、霞石((Na,K)2O·Al2O3·2SiO2)、高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等。7.1.2煉鋁原料11

自從1886年在冰晶石熔體中電解氧化鋁的方法試驗(yàn)成功后，此法一直是生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法。它包括從鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個(gè)主要過(guò)程?，F(xiàn)代生產(chǎn)鋁的原則流程如圖7-1所示。（P145）7.1.3鋁的生產(chǎn)方法

127.2鋁土礦的選礦

隨著鋁工業(yè)的發(fā)展及礦石資源的貧乏，鋁土礦選礦逐漸引起人們的關(guān)注。為了充分利用低質(zhì)鋁土礦資源，國(guó)內(nèi)外近幾十年做了許多研究工作，在洗選、篩選、浮選、反浮選、磁選、選擇性絮凝、細(xì)菌選礦、化學(xué)選礦、磁過(guò)濾、載體浮選以及光電揀選等技術(shù)方面都取得了進(jìn)展。其中洗、篩分選和反浮選已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)處理風(fēng)化型礦床含泥三水軟鋁石的脫硅很有效。

137.2鋁土礦的選礦

7.2.1國(guó)內(nèi)外幾種類型鋁土礦的選礦7.2.1.1高嶺石-三水鋁石型鋁土礦主要礦物為三水鋁石、高嶺石、赤鐵礦、針鐵礦等。方法：對(duì)于低品位的三水鋁石的鋁土礦，一般認(rèn)為浮選都是比較有效的，有主張正浮選三水鋁石，也有主張反浮選含硅礦物，藥方與一般氧化礦浮選基本相同。認(rèn)為加入硫化鈉和輔助捕收劑（煤油、機(jī)油）可以強(qiáng)化浮選，浮選流程方向注意泥砂分選及分支浮選等。14實(shí)例：

某高嶺石-三水鋁石型鋁土礦采用泥、砂分選，粗級(jí)別磨礦后用磁選除鐵，礦泥磨礦后浮選。選別后得三種產(chǎn)品，鋁土精礦用于生產(chǎn)電爐剛玉或拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，高嶺石產(chǎn)品用燒結(jié)法回收，含鐵產(chǎn)品生產(chǎn)鐵精礦。從而使鋁土礦得到綜合回收。磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為3000-3500Oe。浮選捕收劑為油酸:塔爾油:機(jī)油=1:1:1，其總用量為300g/t。其選別結(jié)果如表7-2所示?？梢?jiàn)鋁土礦精含49.8%Al2O3，回收率為58.8%，鋁硅比從4.7提高到8.4，取得了一定分選效果。157.2.1.2高嶺石-一水軟鋁石型鋁土礦

常規(guī)浮選法：優(yōu)點(diǎn)：這種類型礦石微細(xì)分散，用常規(guī)浮選法有可能獲得高鋁硅比（6~8.9）的鋁土礦精礦。缺點(diǎn)：但鋁土礦精礦產(chǎn)率僅有20％-30％。原因是由于經(jīng)磨礦的礦漿中小于5μm粒級(jí)含量很高所致，不同類型鋁土礦小于5μm粒級(jí)產(chǎn)率為50％-80％。和其他礦石浮選一樣，細(xì)粒鋁土礦可浮性低，是由于其顆粒表面積增大，實(shí)現(xiàn)基本浮選行為或然率小以及其他因素所造成。167.2.1.2高嶺石—一水軟鋁石型鋁土礦解決常規(guī)浮選法產(chǎn)率低方法：

預(yù)先將細(xì)粒礦物選擇性絮凝是提高浮選效率最有前途的方法之一。無(wú)論是研究具有高效能絮凝作用的捕收劑，或是尋找選擇性聚合絮凝劑均可達(dá)到選擇性絮凝的目的。當(dāng)處理鋁土礦懸浮體所含需分離礦物量較高時(shí)，要把選擇性絮凝作為一獨(dú)立選礦作業(yè)來(lái)合理應(yīng)用。選擇性絮凝過(guò)程包括：1）用物理-化學(xué)方法分散和穩(wěn)定礦漿；2）用聚合物選擇性絮凝礦漿；3）按一定粒級(jí)將物料分級(jí)，獲得絮凝沉淀物和溢流兩種產(chǎn)品，溢流為分散狀態(tài)下的礦漿分出物。177.2.1.2高嶺石—一水軟鋁石型鋁土礦

實(shí)例：某高嶺石-一水軟鋁石型鋁土礦，采用粗粒機(jī)械碎解—細(xì)粒選擇性絮凝流程處理。其選別結(jié)果如表7-3所示。從表中可見(jiàn)，原礦含Al2O353.5%，SiO217.5%，鋁土礦精礦含Al2O362.4%，SiO210.2%，鋁回收率58.1%、鋁硅比從3.1提高到6.2，取得了一定分選效果。

礦石的特點(diǎn)是微細(xì)赤鐵礦和鮞綠泥石與一水軟鋁石緊密結(jié)合，部分富集一水軟鋁廠的鋁土巖在破碎時(shí)容易解離，而鐵礦物在細(xì)級(jí)別中細(xì)粒分散。18

7.2.2強(qiáng)化鋁土礦脫硫和除鐵7.2.2.1高硫鋁土礦的選別

（1）浮選法：前蘇聯(lián)南烏拉爾鋁土礦采用浮選法脫除硫化礦物和碳酸鹽的工業(yè)試驗(yàn)取得成功。該礦石中一水軟鋁石和一水硬鋁石占46%，方解石占19.0%，赤鐵礦占12%，高嶺石占6.6%和黃鐵礦占4%。礦石經(jīng)三段碎礦、三段磨礦，最終磨礦粒度為-0.074mm占94%。

浮選流程：硫化物經(jīng)一次粗選、二次精選、二次掃選，分別得硫化物精礦和尾礦；其尾礦再浮選碳酸鹽，經(jīng)二次精選和二次掃選，分別可得到碳酸鹽精礦和鋁土礦精礦。鋁土礦精礦供拜耳法生產(chǎn)鋁，碳酸鹽精礦供燒結(jié)法煉鋁，硫精礦作為氧化鎳礦熔煉的硫化劑，礦石得到充分綜合利用。197.2.2.1高硫鋁土礦的選別（2）篩分-光電揀選-浮選聯(lián)合：北烏拉爾鋁土礦采用篩分-光電揀選-浮選聯(lián)合流程的工業(yè)試驗(yàn)也取得成功，其原礦鋁土礦主要為一水硬鋁石，鋁硅比高達(dá)15，但硫和碳酸鹽等有害雜質(zhì)含量較高，分別為1.5%S和3.5%~3.6%CO2。硫主要分布于黃鐵礦類型礦石，CO2則集中于碳酸鹽礦石中。碎礦后硫和碳酸鹽的雜質(zhì)含量較低，可供拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。粗粒級(jí)進(jìn)行光電選礦和浮選，光電揀選的精礦供拜耳法煉鋁原料，尾礦用浮選脫硫，硫精礦作氧化鎳熔煉的硫化劑；浮選尾礦燒結(jié)法煉鋁。該流程特點(diǎn)是利用硫化物和碳酸鹽在礦石中的不均勻性和光學(xué)性上的差異采用簡(jiǎn)單的篩選和光電選別。為此，在20世紀(jì)80年代初建成日處理能力為250~300t貝斯明克斯鋁土礦選礦廠，主要處理南烏拉爾和北烏拉爾鋁土礦，脫除硫化物和碳酸鹽等有害雜質(zhì)。該廠從碎礦、預(yù)選、磨礦、分級(jí)和浮選、脫水過(guò)濾等均進(jìn)行了系統(tǒng)的工業(yè)試驗(yàn)，并取得了良好可靠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。207.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦磁選除鐵方法焙燒磁選浮磁過(guò)濾、、、載流浮選根據(jù)鐵礦含量及種類或嵌布特點(diǎn)，其除鐵方法也不相同217.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦國(guó)外某鋁土礦，原礦含38.5%Al2O3，8.5%SiO2，

24.4%Fe2O3，鋁硅比為4.5。采用洗礦-磁選-浮選聯(lián)合流程選別可獲得滿意結(jié)果。其鋁土礦精礦含51.2%Al2O3，5.7%SiO2，鋁硅比達(dá)9.0，鋁回收率為48.9％，該物料可適于拜耳法生產(chǎn)的原料，尚可獲得含37%Al2O3，13.6%SiO2，鋁回收率36.9%的次精礦。而磁性部分經(jīng)磁選可獲得含鐵50.1％的鐵精礦。實(shí)例1227.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦陽(yáng)泉鋁礬土是我國(guó)高鋁礬土基地之一，所產(chǎn)礦石為一水硬鋁石-高嶺石型。原礦含63%~65%Al2O3，15%~16%SiO2，1.37%~1.44%Fe2O3，2.82%TiO2。采用浮-磁聯(lián)合流程進(jìn)行了小型和半工業(yè)試驗(yàn)，取得了較好結(jié)果。其精礦含74-75%Al2O3(折合熟料為86.5％),含F(xiàn)e2O3<1％，含雜質(zhì)及Al2O3品位均達(dá)到了原冶金部的標(biāo)準(zhǔn)，適用于寶鋼對(duì)高鋁礬土的產(chǎn)品要求。而選別后的尾礦仍可作為二級(jí)品鋁礬土的原料。實(shí)例223

7.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.1浮選法脫硅

浮選法脫除硅是目前國(guó)內(nèi)外提高鋁土礦質(zhì)量的有效方法之一，也是用得較多的方法。大量的研究工作表明：浮選鋁礦物的有效捕收劑有脂肪酸和磺酸鹽類；調(diào)整劑有六偏磷酸鈉、丹寧酸、焦磷酸鈉、蘇打、碳酸鈉等。24

7.2.3高硅鋁土礦選礦7.2.3.1浮選法脫硅

我國(guó)山東、山西、河南等地高嶺石-一水硬鋁石型鋁土礦的試驗(yàn)研究表明：當(dāng)?shù)V石磨至-200目占97％（或-300目占90％），以碳酸鈉和硫化鈉為調(diào)整劑，六偏磷酸鈉為抑制劑，用氧化石蠟皂和塔爾油（或癸二酸下腳料的脂肪酸）為捕收劑，浮選脫硅效果較好。用常規(guī)浮選法能使鋁礦石的鋁硅比由5左右提高到8以上。此外，對(duì)遼寧小市等低鋁硅比礦石（鋁硅比為2~2.6），小型試驗(yàn)結(jié)果也證明，精礦鋁硅比可提高到3.5~4.0，Al2O3的回收率可達(dá)50%~70%，這樣就使這些原來(lái)不能利用的低質(zhì)鋁土礦，可作為燒結(jié)法煉鋁原料。257.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.2絮凝脫硅

對(duì)于細(xì)粒嵌布的一水硬鋁石型鋁土礦，含泥較多時(shí)可用選擇性絮凝法脫硅。對(duì)該種礦石首先將其細(xì)磨至-5μm占30%-40%，然后添加調(diào)整劑蘇打和苛性鈉，分散劑六偏磷酸鈉，再使用聚丙烯胺聚合物進(jìn)行選擇性絮凝，使懸浮物和沉淀物分離，此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是選用高效的選擇性絮凝劑。267.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.3細(xì)菌浸出脫硅由于鋁土礦中礦物細(xì)小，使機(jī)械富集受到一定限制，因此許多學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌選礦是最有前途的方法之一。該項(xiàng)工藝是利用食硅細(xì)菌破壞鋁代硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，如可將一個(gè)高嶺土分子破壞成為氧化鋁和二氧化硅，使SiO2轉(zhuǎn)化為可溶物，從而使氧化鋁不溶物得以分離。此法對(duì)處理膠狀極細(xì)粒鋁土礦尤其適合。

國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁土礦細(xì)菌浸出脫硅都做了大量研究工作，取得了一定進(jìn)展。如國(guó)外某礦原礦屬三水鋁土礦，其主要成分為：43.6%Al2O3、13.8%SiO2、22%TiO2、9.1%Fe2O3。原礦磨至-0.074mm，進(jìn)行分級(jí)脫泥，+0.3mm粒級(jí)進(jìn)行磁選，非磁性產(chǎn)品為鋁精礦，細(xì)泥和磁性產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)磨浸出，浸出溫度303K，液固比為1:5，浸出時(shí)間9天，浸液用沸石吸附氧化鋁，再選使鋁硅分離。

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7.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.4化學(xué)法脫硅對(duì)細(xì)粒級(jí)的難選鋁土礦或者高嶺石以微晶狀的細(xì)小集合體與鋁礦物緊密共生，用常規(guī)的選礦方法難以選別，可采用化學(xué)法處理。目前發(fā)展化學(xué)法脫硅主要是預(yù)先焙燒（或未經(jīng)焙燒）-浸出以脫去硅、鐵，其工藝包括預(yù)焙燒、溶浸脫硅、固液分離等工序。

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7.2.3.4化學(xué)法脫硅美國(guó)用該法可從鋁硅比為0.76-0.86的含鋁原料中獲得鋁硅比為4.4-6.85適合于燒結(jié)法處理的產(chǎn)品；原礦鋁硅比為2時(shí)，可提高到16.6-27.5。澳大利亞用該法，將原礦在1273K條件下焙燒60min，然后用10%的NaOH溶液浸出2h，可使77%的SiO2脫除，而鋁的回收率可達(dá)96%-98%，鋁硅比可從2.4提高到8.9-9.8。前蘇聯(lián)在處理高硅三水鋁石礦時(shí)不經(jīng)焙燒，直接以鋁酸鈉堿溶液浸出，液固比7-10，368K下浸出4-6h，原礦鋁硅比