随着我国铝土矿资源的不断开发，高质量的资源日益减少。为了解决铝土矿质量下降与氧化铝生产对于铝土矿质量要求的矛盾，铝土矿物理选矿脱硅的研究较为普遍。并且在氧化铝生产中，应用了选矿－拜尔法的工艺。然而，自从生物处理工艺引入选矿以来，近年来，在铝土矿的选矿研究中，生物法脱除铝土矿中的二氧化硅的研究，成为了一个新的研究方向。生物选矿脱硅方法是有着良好前途的选矿脱硅方法，它能保证得到较高的工艺指标，并消除对环境的污染。生物选矿脱硅是用异氧微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物，如细菌可以将一个高岭土分子破坏为氧化铝和二氧化硅，从而使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶，得以分离。这种方法对处理胶状极细粒铝土矿较为适合。
一、试样、方法和实验条件
实验所用样品为河南某地区硬水铝石水白云母型铝土矿。磨制成选矿试验所需的细度。
（一）铝土矿样品物质成分
用X洐射分析方法对铝土矿样的组成进行鉴定。其矿物成分为：硬水铝石50%～55％，水白云母15％，高岭石5％～10％，长石5％～7％，锐钛矿5％，叶腊石5％，褐铁矿3％～5％。
样品化学分析结果：A12O3 63.68％，SiO212.31％，FeO 0.06％，Fe2O3 2.75％，TiO2 3.91％，Na2O 0.05％，K2O 2.15％，MgO 0.23％，CaO 0.15％，SO3 0.82% P2O5 0.10 %，S 0.30%，C 0.36％，烧失量13.2％，A12O3／SiO2 5.17。
铝土矿以鲕粒结构为主。主要矿物成分为硬水铝石，其形态主要有两种：块状微晶体形和纵向排列晶体形。水云母多为无色鳞片。绿泥石为水白云母中的稀疏鳞片。锐钦矿为微长颗粒，褐铁矿为不规则的块状矿聚集体，存在于鲕粒的中心部。石英存在于鲕粒内部的锐角断片。
胶质物为非晶体，各向同性（均质），或非均质（各向异性），将硬水铝石，水云母和其他矿胶结在一起。
（二）微生物实验方法
结合以往的研究，在试验过程中，用于铝土矿脱硅的微生物，为从高硅铝土矿中提取的细菌物种。使用A－27培养基培养，固液比(S∶L) =1∶5，在温度为32℃的温箱里孵化菌种，孵化时间为7昼夜。然后在显微镜下对菌种进行观察分离。
培养基成分为葡萄糖、Na2HPO4、氧化铝、MgSO4、FeCl3、碎玻璃、CaCO3、琼脂等。营养基的pH值为6.8～7.2。
铝土矿脱硅使用的是培养4昼夜的硅酸杆菌。生物实验通过静态和动态两种方式在摇瓶中进行，时间为1到7昼夜。其间，每昼夜摇测一下pH值，并在显微镜下拍照。最后液相分开，用开水洗净矿石，烘干，磨碎送交化学分析。用原子吸收法测定Al2O3和SiO2含量。
二、试样常规选矿对比实验
为了对比生物实验效果，首先采用常规浮选工艺进行浮选实验。所用设备为1L的浮选机，固液比为1∶4，按图1流程试验，结果见表1。
图1 浮选工艺流程
表1 浮选实验结果
|
试验 序号 |
药剂消耗量kg/t |
浮选 产品 |
产率 % |
A2O3% |
SiO2% |
铝硅比 |
|||
|
品位 |
回收率 |
品位 |
回收率 |
||||||
|
1 |
磨矿：碳酸钠＝3.0，粗选水玻璃＝0.5，妥尔油＝1.0，扫选妥尔油＝0.3，精选碳酸钠＝3.0，水玻璃＝0.2，ON－7＝0.3妥尔油＝0.3 |
精矿 |
60.5 |
68.87 |
67.1 |
5.87 |
26.3 |
11.85 |
|
|
中矿 |
11.8 |
55.22 |
10.5 |
20.38 |
17.8 |
2.71 |
|||
|
扫选 精矿 |
6.7 |
58.28 |
6.3 |
17.31 |
8.6 |
3.36 |
|||
|
尾矿 |
21.0 |
47.68 |
16.1 |
30.46 |
47.3 |
1.57 |
|||
|
100.0 |
62.09 |
100.0 |
13.51 |
100.0 |
|
5.89 |
|||
|
2 |
磨矿：碳酸钠＝3.0，粗选水玻璃＝0.5，油酸＝1.0，精选碳酸钠＝2.0，水玻璃＝0.2，ON－7＝0.3，油酸＝0.3，扫选油酸＝0.5 |
精矿 |
10.0 |
63.70 |
10.0 |
10.82 |
8.5 |
6.81 |
|
|
中矿 |
30.1 |
66.38 |
31.7 |
9.75 |
22.7 |
5.11 |
|||
|
扫选 精矿 |
13.7 |
63.58 |
13.8 |
12.45 |
13.2 |
3.88 |
|||
|
尾矿 |
46.2 |
60.60 |
44.4 |
15.63 |
55.7 |
|
|||
|
100.0 |
63.05 |
100.0 |
12.95 |
100.0 |
|
|
|||
由得到的选矿数据可知，在浮选过程中，油酸作为捕收剂效果不好。用妥尔油在铝土矿浮选中效果较好。精矿的Al2O3回收率为67.1％，铝硅比为11.85。
三、铝土矿生物选矿实验结果与讨论
生物选矿一般所用的为独特的微生物，如硅酸杆菌。硅酸杆菌在微生物世界里占有重要的位置，它们能够破坏铝硅的晶格，作为生命力的能量。此微生物的这种特殊能力，被用做破坏铝土矿的二氧化硅。然而，硅酸盐矿物中硅的微生物浸出效果与微生物的浸出方式密切相关。
所选的铝土矿属于高硅铝土矿。从以上实验效果看，用常规选矿方法浮选效果很好。然而，它的缺点是浮选药剂消耗很大，Al2O3回收率低，且产生大量的尾矿，不够环保。
（一）静态下细菌对于铝土矿中SiO2溶出实验
使用1#、2#、3#等不同的菌种在静态下进行实验，其结果见图2、图3、图4。
图2 1#菌种静态下处理铝土矿的实验结果
图3 2#菌种静态下处理铝土矿的实验结果
图4 3#菌种静态下处理铝土矿的实验结果
在静态条件下，使用不同的菌种对样品进行溶硅实验，3#菌表现了良好的活性。3#菌是从试样铝土矿区中挑选的。用此菌经过7昼夜的实验，除去43％的二氧化硅，原矿中的氧化铝含量则从63.7％提高到66.73％，铝硅比为7.09。实验结果表明，随着生物实验时间的延长，细菌开始不断加速提取溶液中的二氧化硅。
（二）动态下细菌对于铝土矿中SiO2溶出实验
为了下一步的工作，挑选了更有效的硅酸杆菌菌种(2#和3#）。在进行试样生物溶硅实验时发现。随着不断地加入新的矿料，存在着一个流动周期，如图5、图6所示。二氧化硅的浸出速度快了2～3倍，第2昼夜更为明显。SiO2在溶液中的回收率，用2#菌为35.9％，用3#菌为45.5％，铝硅比为6.91和7.51。第三昼夜回收率降低了一些。精矿中的氧化铝上升到66.16％和66.71％，精矿回收率从81.18％上升到87.97％。注意到，二氧化硅在动态条件下浸出效果更好，不仅速度快，回收率也高。可以在更短的时间处理更多的矿料，从经济角度讲更为划算。除此，还可以减少在培养基方面上的消耗。
图5 2#菌种动态下处理铝土矿的实验结
图6 3#菌种动态下处理铝土矿的实验结果
（三）不同矿浆浓度下细菌溶出铝土矿中硅的实验
矿浆密度在生产过程中非常重要，因为必须给微生物的生长找个最佳的生长条件。而且还要从经济角度来考虑。在实验室条件下，用2#菌进行二氧化硅浸出，在矿浆密度相同的情况下，固液比为1∶10和1∶5。此过程为动态过程，实验结果见图7、图8。
图7 2#菌液固比1∶10溶出实验结果
图8 2#菌液固比1∶5溶出实验结果
固液比为1∶5的情况下得到的回收率最佳，最优浸出时间为2昼夜。精矿中的Al2O3提高到67.61％，SiO2含量降低到9.51％，铝硅比为7.11。矿浆浓度到固液比为1∶3，则浸出过程更加经济。
（四）2#菌常规条件下溶硅实验
试验条件：在带搅拌装置的设备中，加入100g试样和500ml浓硅酸杆菌溶液。实现在18～22℃的无消毒条件下进行了7昼夜。实验结果见图9。
图9 2#菌常规条件下溶硅实验结果
实验结果表明，在此条件下，即某种程度接近生产条件下，成功地使氧化铝提高到67.66％。而二氧化硅则降低到8.97％，铝硅比为7.54。
（五）组合生物方法对铝土矿溶硅实验
利用生物选矿技术方法对铝土矿的选矿，可以使各种选矿方法结合起来使用。在类似以上的条件下，使用了各种铝土矿的选矿方法。包括连续用生物药剂和硅酸杆菌(2#）对1％矿含量的实验。在这种情况下，铝硅比为8.0（表2)。需要注意的是，通过对3#细菌的使用，可以得到更好的选矿效果。如果强化实验过程，在动态条件，把矿浆从排列好的溶器按序转移，效果会更好。
表2 组合生物方法对铝土矿的溶硅实验结果
|
序号 |
产品 |
产率/% |
含量% |
回收率% |
A/S |
实验 条件 |
||
|
Al2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
SiO2 |
|||||
|
1 |
精矿 |
95.80 |
64.09 |
11.45 |
96.38 |
86.84 |
5.60 |
生物试剂 |
|
尾矿 |
100.00 |
63.70 |
12.63 |
100.00 |
100.00 |
|
2昼夜 |
|
|
2 |
精矿 |
90.60 |
65.67 |
8.20 |
93.40 |
58.82 |
8.00 |
|
|
尾矿 |
100.00 |
63.70 |
12.63 |
100.00 |
100.00 |
|
生物试剂加2#菌2昼夜 |
|
四、结论
（一）实验结果表明，生物选矿技术方法对所选试样铝土矿的脱硅效果明显。
（二）优选的硅酸杆菌，能够使铝土矿精矿的铝硅比达到7.09到7.95，精矿氧化铝回收率为80％～86％。
（三）用生物药剂和硅酸杆菌混合使用，得到的精矿铝硅比为8.0，精矿氧化铝回收率为93.4％。
（四）生物选矿对于试样铝土矿的选矿，应用上有广阔的前景。可得到高质量精矿，满足了拜尔法生产氧化铝的工业生产需要。
