低品位铝矿直接生产氧化铝材料制备技术研究

2020-03-26高帅

世界有色金属 2020年1期

高帅

（龙口东海氧化铝有限公司，山东烟台 264000）

随着氧化铝材料的需求量与日俱增，高品位铝矿资源已经供不应求。目前铝硅比3～5的低品位铝矿成为我国生产氧化铝的主要材料，而且具有垄断市场的趋势。相比国内的铝矿品位，国外进口的铝矿品位明显高于国内，有的铝硅比竟高达7～8左右。受生产工艺水平的限制，氧化铝生产成本呈大幅度上升趋势。通过传统的拜耳法和烧结法生产工艺处理低铝硅在难度上远大于处理普通矿物。为解决氧化铝资源短缺的问题，人们开始探究新的含铝矿物作为原料生产氧化铝。比如：高岭土、粉煤灰和煤砰石等，那么找到与之相匹配的生产工艺是优先需要关注的问题[1]。与此同时，为更好的满足氧化铝经济可持续发展，生产出能够彻底改变传统生产工艺的原料，具有十分重大的意义。

1 低品位铝矿生产氧化铝的工艺路线选择

低品位铝矿生产氧化铝的本质就是利用拜耳法，将NeOH溶液及铝矿中ZotH作用生成含铝氧化钠；或使用烧结法，加入Cahx和TZotH生成可溶性的铝酸钙化钠，也就是焙烧的氧化铝产品的过程。而所谓的串联法指的是将拜耳法和烧结法结合起来。根据焙烧的氧化铝产品特点在不同步骤选择适合的生产方法如图1所示。

由图可见，要想显著降低氧化铝生产成本就必须采用拜耳法工艺生产氧化铝。据统计数据表明，铝矿选矿原矿的成本约为70元/吨，相当于一般中型选矿厂的选矿成本。为了减少氧化铝生产的单位矿石消耗，增加选矿成本利用选矿精矿生产氧化铝是不可避免的。但取消了氧化铝厂由于选矿不精所造成的矿石破碎、磨矿作业的成本，都可以用来充当选矿成本[2]。烧结法相比于拜耳法可以改善原料冶金性能，但稳定性较低，容易在生产时造成不必要的浪费。串联法综合了拜耳法及烧结法的优点，虽具有极高的稳定度，但不能最大效率的提高氧化铝的产量。并且操作过程极为复杂，会产生一定额外的开支。

图1 原燃料及动力费用变化图

2 低品位铝矿直接生产氧化铝材料制备技术

自60年代初，我国以开采铝石资源为目的，大量开展的铝矿选矿试验。利用开采的矿石经选矿脱硅后用于生产氧化铝，实现从选矿到冶炼一条龙生产。在一定程度上，帮助我国氧化铝工业因受品位因素及矿石性质影响产量低的问题。但当时生产氧化铝的方式只能以消耗大、投资高并且流程复杂的烧结法工艺为主。在70年代进行了拜耳法的试验，在铝矿直接生产氧化铝的研究中取得重大突破。但由于认识和技术仍具有局限性，一直未能实现低品位铝矿直接生产氧化铝这一构想。直到将“拜耳法生产氧化铝新工艺”再次提上研究议程，总结出从原矿质量问题入手。经过选矿为氧化铝厂提供高质量的精矿，实现从选矿到冶炼一条龙生产。为目前采用串联法和烧结法的氧化铝厂的生产工艺及技术改造指明了发展方向。对于加快我国氧化铝工业的发展，提高我国氧化铝工业在国际竞争实力打造了扎实的技术基础。

拜耳法生产氧化铝的流程，第一步是对原矿的预处理，多数情况下指的就是对原矿进行预热处理。再来是将氧化铝转化为不可溶性的有机酸铝盐，并且对有机酸铝盐提纯。有机酸铝盐的分解和氢氧化铝的有机酸盐。拜耳法生产氧化铝的过程中，会产生氧化物与酸作用生成工业盐。因此，拜耳法主要适用于处理低品位铝矿。拜耳法生产产生的含酸工业盐可回收再利用，废渣可加工成建材、橡塑填充料等。烧结法生产不但会产生有害废气，而且伴随大量蒸汽溢出，对大气、地表、地下、人畜都会造成明显污染，不符合环保要求。采用低品位铝矿为原料，通过合理运用拜耳法或烧结法、串联法直接生产工业氧化铝，既可以解决污染环境的问题，又可以解决铝矿资源综合利用问题。所生产的大量工业氧化铝可以有效缓解我国工业氧化铝资源不足的情况。

目前在生产工业氧化铝上，要在众多铝矿中精准选用即耐酸又耐高温的低品位铝矿困难较多。因此，在选矿工艺上需要提高精准度，不仅可以解决铝矿破损、铝矿生产氧化铝比例低的问题，同时也减少生产过程中多余能量流失。为了追求氧化铝生产的生产量达标，就意味着对低品位矿石的需求越来越大。低品位矿石的数量将越来越少，如果无法在矿产资源上采取相应的措施，不能保证低品位矿石的可持续发展，势必会制约氧化铝的生产。早在20世纪初期，国内一些大型氧化铝企业，已进行了低品位矿石脱硅选矿的试验，并开始应用到低品位铝矿直接生产氧化铝材料生产中。在经济全球化的时代背景下，在原有矿山基础上建一座选矿厂其收益大大高于建一个相同生产能力的矿山。不但所需的投资少，而且建造工期短。因此，凭借科技进步，推广选矿工艺，将是低品位矿山充分利用矿产资源直接生产氧化铝材料制备最高技术，也是实现氧化铝材料大量生产适应市场发展的有效途径。