我国一水硬铝石型铝土矿主要为沉积型和堆积月型两类,据报道,沉积型铝土矿约占全国总储量的86%,堆积型矿铝土矿约占全国总储量的13%。我国铝土矿以沉积型一水硬铝石型铝土矿为主,但堆积型一水硬铝石型铝土矿是我国独特的铝土矿资源。这两类矿石性质的明显差异,使它们的选矿方法不同。
一、堆积型一水硬铝石型铝土矿矿石性质与选矿脱硅
堆积型一水硬铝石型铝土矿主要产于我国南方广西、贵州、云南等地,代表矿区为广西平果铝土矿。平果铝土矿的化学组成特点是中铝、低硅、低硫、高铁, Al2 O3含量与Fe2O3含量呈明显的负相关关系,其相关系数为-0.92;矿石中主要矿物为一水硬铝石,其次为针铁矿、赤铁矿、高岭石、绿泥石、锐钛矿等。
堆积型铝土矿含矿层由粘土和铝土矿碎屑组成,碎屑粒级分布范围广。平果铝土矿各典型矿区原矿的粒度筛析结果:铝硅比随粒级变化的规律是粒度越细铝硅比越低,+1mm粒级铝硅比>8,-0.3mm粒级铝硅比<2,硅在细粒级富集。只要脱除-1mm粒级甚至-0.3mm粒级,就可以使矿石的铝硅比达到氧化铝生产要求。因此,洗矿脱泥,矿砂作为拜耳法生产氧化铝的原料是堆积型铝土矿选矿的典型流程,我国平果铝业公司一直采用洗矿-拜耳法工艺,用堆积型铝土矿生产氧化铝。
二、沉积型一水硬铝石型铝土矿矿石性质与选矿脱硅
我国铝土矿产区较集中,山西、贵州、广西和河南4个省区占全国保有储量90%以上。其中山西、河南铝土矿均为沉积型,贵州铝土矿以沉积型为主。
沉积型铝土矿具有铝高、硅高、铁较低的化学组成特点,是选矿脱硅的主要处理对象,有关铝土矿选矿脱硅的研究也要集中于该类铝土矿。到目前为止,已有多种选矿脱硅的研究报道,涉及正浮选、反浮选、选择性磨矿-分级、选择性絮凝、重选等选矿方法,以及一些基础研究。
铝、硅矿物的性质差异是选矿脱硅方法的基础,而铝土矿石的结构构造,铝、硅矿物的嵌布特性则决定了铝土矿选矿脱泥的难易程度甚至可行性。
沉积型一水硬铝石型铝土矿中有用矿物为一水硬铝石,主要含硅矿物为铝硅酸盐,包括高岭石、伊利石、叶腊石。3种硅矿物的含量比率因产地、矿区而异。
一水硬铝石与铝硅酸盐矿物的密度差异小,硬度差异明显(表1)。一水硬铝石在铝土矿中的自然粒度较细,硅矿物更甚。但是,铝土矿中,一水硬铝石往往以柱状、粒状、豆鲕状、板状、纺锤状等集合体形式存在。一水硬铝石集合体的硬度较高,与铝硅酸盐矿物的硬度差异大。一水硬铝石型铝土矿的磨矿产品表现出粒级富集的特点。因此,可以认为,一水硬铝石能够以富集合体形式与含硅矿物解离开来,从而使铝土矿碎解过程具有选择性。铝土矿中以富集合体形式存在的一水硬铝石越多,碎解的选择性越明显。
表1 铝、硅矿物的物理性质差异
矿 物
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一水硬铝石
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高岭石
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伊利石
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叶腊石
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莫氏硬度
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6~7
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1~3
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1~2
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1~2
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密度/(g/cm3)
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3.3~3.5
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2.61~2.68
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2.6~2.9
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2.65~2.90
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一水硬铝石型铝土矿的选择性碎解特性是铝土矿选矿脱硅的重要基础,也是矿石可选性的一个判据。选择性磨矿-分级脱硅就是对铝土矿选择性碎解特性的直接应用,而各种重选脱硅方法主要也是基于磨矿后铝、硅矿物间的粒度差异而不是密度差异实现脱硅的。假若一水硬铝石型铝土矿必须磨到铝、硅矿物的自然粒度才能有效解离,那么重力场、离心力场选别,筛分分级等方法就很难应用于铝土矿选矿脱硅,浮选法和选择性絮凝法恐怕也能达到较好的分选效果。
不同结构构造的铝土矿的可选性不同,其主要原因应该也是它们的选择性碎解性不同。常见的铝土矿矿石结构有粗糙状(土状)、碎屑状、豆鲕状、致密状。笔者在多年的铝土矿选矿实践中发现,致密状铝土矿较难选,矿石越致密越难选。致密状铝土矿的表面光滑致密,断口呈贝壳状,颜色多为灰色、青灰色,磨矿产品的选择性碎解作用不明显甚至没有选择性。赵平等的试验结果也反映,致密隐晶质状结构的铝土矿选择性破磨作用不明显。因此,致密状铝土矿难选的原因应该是在常规磨矿细度下铝、硅矿物间很难解离,若通过细磨实现铝、硅矿物间的解离,又难以保证适宜的人选粒度。
一水硬铝石和铝硅酸盐矿物的表面性质差异使浮选脱硅成为主要的选矿脱硅方法,也有选择性絮凝脱硅的研究报道。鉴于一水硬铝石的可浮性较好,到目前为止,正浮选脱硅的技术经济指标最好,并且成功实现了产业化。高岭石、伊利石、叶腊石3种硅矿物的可浮性不同,使得反浮选较正浮选难度更大。叶腊石具有一定的天然可浮性,因此,含硅矿物以叶腊石为主时的反浮选指标较含硅矿物以另两种矿物为主时更好,而正浮选指标相反。
综上所述,氧化铝生产工艺对原料铝硅比的要求并不很高,而铝土矿具有选择性碎解特性,铝在粗粒级富集,所以,铝土矿选矿脱硅的本质就是脱除细粒级含硅矿物,或者说脱除硅矿泥。能够有效分离细粒级铝、硅矿物的选矿方法,才能够获得优良的选别指标。在众多的铝土矿选矿方法中,铝土矿正浮选脱硅能够成功实现工业应用就是很好的佐证。