重庆地区铝土矿工艺矿物学研究

惠 博，曾令熙，刘飞燕

(1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041)

我国铝土矿具有资源丰富、铝高、硅高的特点，不能满足拜耳法生产氧化铝的要求[1]。通过采用经济高效的选矿技术脱硅获得高铝硅比精矿，而后选精矿采用拜耳法生产氧化铝，即选矿——拜耳法，是近期内增强我国氧化铝工业生存与竞争能力，并使之充满活力的重要途径[2]。重庆市域内铝土矿储量在全国排名第五位。市域内铝土矿床规模的特点是大、中型矿床少，小型矿床及矿点多，矿床类型属沉积型铝土矿床。

本次研究瞄准富集除杂(富铝、降硅、降铁、降硫、除钛等)这一选冶目标，结合传统工艺研究手段，应用现代分析测试技术(包括扫描电镜、能谱仪、X射线衍射)，研究了矿石的物质组成、嵌布特征、工艺粒度特征、赋存状态及元素分布规律，为选择合适的选矿工艺流程、合理的开发利用条件，以及为该矿产资源利用提供矿石工艺矿物学方面的可靠依据及基础资料。

1 矿石物质组成

1.1 化学多项分析

主要元素的化学分析结果见表1。

表1 主要元素化学分析结果

注：*×10-6。

1.2 物相分析

铝物相分析结果见表2。

表2 铝物相分析结果

化学分析结果(表1、表2)表明，该铝土矿Al2O3含量57.12%，TFe含量9.25%，S含量0.036%。铝硅比为A/S=5.14。根据铝土矿国家标准(GB/T 24483-2009)的要求，该铝土矿品级符合沉积型(一水硬铝石)类型，牌号为LK5-60，为一水硬铝石低铁低硫铝土矿，达到了工业品位要求。

1.3 矿物组成及含量

按照影响选矿的目标元素类型，将矿石组成矿物划分为8大类，即铝矿物、硅酸盐矿物、铁矿物、硫化物、钛矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物及其他含量极少的矿物。每一大类又根据矿物相对含量划分为3个亚类，分别为主要矿物、次要矿物及微量矿物。矿物组成及含量见表3。

表3 矿物组成及含量

本次实验研究结果表明，矿石中主要组成矿物为一水硬铝石和黏土矿物，含量分别为40.12%和53.12%，二者含量占总矿物含量的93.24%，矿物分布非常广泛。其余常见矿物包括黄铁矿、金红石、锆石和石英等，其总含量仅为6.76%。这些矿物呈细小分散状态分布，分布不均匀。

2 矿石结构构造

区别于岩浆成因和变质成因的矿产，铝土矿的沉积成因特性决定了矿石结构构造的特殊性。手标本和光学显微镜鉴定表明，一水硬铝石的粒度一般在0.009～0.055mm之间，颗粒紧密排列，表面常具有铁染现象；部分一水硬铝石呈柱状、片状晶体产出，多出现矿石的裂隙中或者孔洞附近。矿石具有典型的豆状构造和土状构造。

1) 豆状构造。矿石中，按照矿物富集相对程度划分为豆粒部分(图1,图2)和基质部分(图3，图4)。豆体不具有典型沉积颗粒，具有圈层结构，一般具有一个干净的包壳，包壳宽度集中在0.1～0.3mm；沉积矿产中，鲕粒的核心一般为碎屑物质，如石英或者方解石，区别于此类颗粒，铝土矿胶粒的核心一般为黏土类或者相似的层状硅酸盐矿物集合体。核心和包壳的关系：边界不清，相互包含。豆粒度大小一般为2～10mm。

2) 土状构造。矿石矿物分布均匀，不具有豆、鲕、条带等不均匀体，表面似松散的土状。由于强烈的风化或者成岩作用，有时会过度成为蜂窝状构造，表现为疏松多孔状。

图1 豆粒反光显微镜图像

图2 豆粒背散射图像

图3 基质部分豆粒反光显微镜图像

图4 基质部分豆粒背散射图像

3 主要矿物的工艺粒度特征

矿物的工艺粒度与矿物的自然粒度(图5，图6)不同，它是根据矿物加工工艺的需要而测量的一种粒度。在成矿过程中，一部分一水硬铝石产生重结晶等变化，在此过程中脱除一部分硅，使一水硬铝石变成较规则的粒状、柱状、板状、纺锤状等富集合体(图5，图6)。在这种集合体中，虽然仍有少量的微细粒状态存在的高岭石、绿泥石等含硅脉石矿物，但这些富集合体的铝硅比已经达到或者超过了铝精矿的质量要求，所以将这些富集合体作为一水硬铝石的整体来测量。按照这种方法测定的粒度，就是矿物的工艺粒度。利用扫描电镜及普通低倍光学显微镜，统计了一水硬铝石的工艺粒度(表4)。

图5 短柱状一水硬铝石扫描电镜图像

图6 片状黏土矿物扫面电镜图像

表4 工艺粒度测定结果

从测量结果来看，本样品中的胶粒集合体的工艺粒度较粗，0.1mm以上的含量达到80.82%，0.074mm以下(200目)的集合体含量仅为14.04%。

4 铝和硅的赋存状态和平衡配分

根据主要矿物的化学成分、矿物含量，计算出了铝和硅在各矿物中的分布情况。单矿物化学成分采用能谱探针平均数据。

4.1 铝在矿物中的赋存状态和平衡配分

铝元素的平衡分配结果见表5。

表5 铝元素的平衡分配结果

由表5说明，矿石中铝主要以一水硬铝石的状态存在；其次是黏土矿物(以高岭石为主)；其他形式的铝少量。矿石中以铝矿物状态存在的铝占63.37%。黏土矿物中的铝占到了36.63%。

4.2 硅在矿物中的赋存状态和平衡配分

硅元素的平衡分配结果见表6。

表6 硅元素的平衡分配结果

由表6说明，矿石中硅元素主要是以铝硅酸盐(黏土矿物)矿物状态存在的。其余形式的硅极少；黏土矿物中硅的分布率达到了98.92%。铝矿物中的硅仅占1.08%，所以提高精矿的铝硅比，主要是降低精矿中的高岭石、绿泥石等铝硅酸盐矿物的含量。

5 元素的分布规律

通过能谱探针面扫描技术，研究铝土矿中主要元素的分布规律(图7)。

1) 铝元素主要分布在胶粒边部，呈包壳状；其次分布在基质中小的胶粒中，呈独立的铝土矿集合体。铝和铁呈反向分布，铝和硅呈反向分布。

2) 铁和硅呈正相关关系，紧密结合。主要分布在胶粒核心，其次作为基质背景围绕小的胶粒分布。

3) 钛分布在钛矿物(金红石、板钛矿等)中，稀散分布在矿石中。

4) 镁没有和其他元素结合的特征，分布十分稀散，推断是作为其他元素的类质同相形式存在。

图7 元素面分布图

6 矿石性质对选矿工艺的影响及选矿工艺研究方向

铝土矿特殊的成矿机制,决定了其特色的矿物嵌布特征和元素赋存状态；而矿石的这些性质又是矿物分离利用的基础。本次研究围绕富集除杂(富铝、降硅、降铁、降硫等)这一选冶目标，全面研究了铝土矿物工艺矿物指标，阐述了矿石工艺性质对选矿工艺的影响，指明重庆地区铝土矿选矿预脱硅工艺研究方向。

6.1 选别对象的确定

该铝土矿为沉积型一水硬铝石低铁低硫铝土矿。主要组成矿物为一水硬铝石和黏土矿物，含量分别为40.12%和53.12%。二者呈集合体状态产出，矿物界限不清。一水硬铝石是矿石中最重要的铝矿物，其铝的占有率达到了60.11%，故一水硬铝石是选矿的目标矿物。

6.2 工艺粒度对磨矿作业的影响

矿石的工艺粒度,对选矿脱硅、提高铝硅比具有重要意义[3]。由于一水硬铝石集合体0.1mm以上的含量达到80.82%，矿石经粗磨后这部分集合体就成为富连生体，它的铝硅比已经达到或者超过了

铝精矿的质量要求。所以磨矿时，只要以一水硬铝石富连生体作为选矿捕集和回收的对象，这就为铝土矿选矿脱硅，粗磨入选、放粗铝精矿的粒度提供了理论依据。

由于铝土矿中各组份在结构稳定性、硬度和相对含量上存在较大差别，通过改变磨矿方式、磨矿介质等操作条件，控制不同矿物的选择性解理，就可通过选择性磨矿的方式实现对矿物的分离。

6.3 提高铝硅比的途径

1) 提铝降硅。黏土矿物中硅的分布率达到了98.92%。所以提高精矿铝硅比的主要途径是降低精矿中的高岭石、绿泥石等铝硅酸盐矿物的含量。

无论是采用正浮选工艺还是反浮选工艺，提高铝硅比的途径无非就是两个方面，一方面加强回收对象的选择性、捕收剂能力阳离子或者阴离子捕收剂的开发研究，另一方面选择合理的有机与无机抑制剂，可以达到对排除矿物有效抑制的目的。

2) 脱硫。矿石中的含硫矿物一般集中在黄铁矿中，碎屑状分散。可以在选矿预脱硅之前，先行通过浮选作业脱除。

3) 降铁。矿石中铝元素和铁元素呈反向分布，铝和硅呈反向分布。铁主要伴随黏土矿物分布，故降硅的过程同时也是除铁的过程。

[1] 方启学，纽因健，黄国智.我国氧化铝工业现状及发展策略探讨[J].中国有色金属学会会讯，2000(4)：11-15.

[2] 黄国智，方启学.铝镁选矿年评[J].第九届全国选矿年评学术会议论文集，有色金属:选矿部分，2001(增刊)：142-152.

[3] 陆维和，刘焦萍.铝土矿选矿脱硅指标的影响因素分析[J].有色金属:选矿部分，2002(4)：5-8.