铝土矿选矿新设备和新技术的应用

卿林江 张建刚 陈典助 冯泽平

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410007)

0 引言

我国是世界上第四大铝土矿生产国，2009年底我国探明的铝土矿的总资源储量达到32.33亿吨，但仅占全球铝土矿储量的2%，人均仅为450kg，50%以上的铝土矿依靠进口，在2007年，我国进口铝土矿2 326万吨，且进口量在持续性增长[1]。

随着铝工业的快速发展，国内的优质铝土矿资源越来越少。目前，我国99%的铝土矿属于矿物组成复杂的一水硬铝石，其化学成分中Al2O3和SiO2的平均品位分别为63.09%和11.08%，A/S为5.69，属于高铝、高硅，低铝硅比型铝土矿，为了有效开发这部分资源，我国科研工作者做了大量的研究，主要的工业应用有烧结法、拜耳法和联合法，但烧结法和联合法存在着高能耗、高污染、工艺流程复杂等缺点。采用拜耳法生产氧化铝需要A/S>9的铝土矿,因此我国大部分铝土矿不能直接作为拜耳法生产氧化铝的原料，利用拜耳法生产的氧化铝仅占到10%左右[2]。

由于一水硬铝石铝土矿选矿存在着目的矿物嵌布粒度细、矿物组成复杂、易泥化、药剂消耗大和选矿指标差等问题，为了提高一水硬铝石中的A/S，我国选矿工作者提出了选矿-拜耳法理论。近年来，我国的选矿工作者开发了新型的选矿设备、选矿工艺和选矿药剂，针对堆积型铝土矿和沉积型铝土矿的分选取得了不错的效果。

1 选矿设备

1.1 圆筒洗矿机和槽式擦洗机在平果铝的应用

平果铝业铝土矿储量约为1.5亿吨，属于堆积型铝土矿石，矿体组成在垂直剖面上呈三元结构，上部粘土层中Al2O3和SiO2的平均品位分别为57.57%和7.47%，A/S为7.7，中部粘土层中Al2O3和SiO2的平均品位分别为59.14%和6.15%，A/S为9.62，下部中部粘土层中Al2O3和SiO2的平均品位分别为52.40%和10.75%，A/S为4.88，但铝硅比变化范围大，分布在3.93～33.29，且该铝土矿矿石极易泥化，平均含泥率高达63.5%，给工业生产带来了较大的困难。为了降低矿石的含泥率和提高A/S，长沙有色冶金设计研究院开发出了新型圆筒洗矿机和槽式擦洗机擦洗 (已获多项国家专利)。新型圆筒洗矿机具有二段筛分二段洗矿结构，兼具筛分和洗矿功能，洗矿效率高，可将入洗矿石分为三种不同粒级，新型槽式洗矿机具有较强的切割、擦洗能力，对于含泥量多的难洗矿石的洗矿效率高，生产能力大，在平果铝土矿洗矿中取得了较好的效果[3]。

平果铝业一期工程处理量为65万吨/年，采用长沙有色冶金设计研究院的Φ2 000×6 500mm的圆筒洗矿机和φ2 200×8 400mm的槽式洗矿机，洗矿后精矿A/S提高到16.73，含泥率降低到了2.09%，平果铝业二期工程规模处理量为110万吨/年，采用φ2 200×7 500mm的圆筒洗矿机和Φ2 200×8 400mm的槽式洗矿机，洗矿后精矿中A/S提高到14.40，含泥率降低到了1.90%，平果铝业三期工程规模处理量为198万吨/年，含泥率降低到1.12%，擦洗率达到了98%以上，平果铝业铝土矿成功洗矿，填补了我国在堆积型铝土矿洗矿的技术空白。此外，该新型圆筒洗矿机和槽式擦洗机在信发铝土矿、新几内亚铝土矿等矿山得到了广泛应用。

1.2 高压辊磨机在铝土矿碎矿的应用

高压辊磨机通过强大的外力挤压而使矿物和脉石颗粒面之间产生裂纹破碎，和破碎机相比，高压辊磨机可增加矿物单体和准单体量，从而降低球磨机的能耗和提高入选矿物的回收率，此外，高压辊磨机还具有处理量大、具有占地面积小、破碎效率高等优点，因此，高压辊磨机在第三段细碎和自磨流程中顽石破碎得到了广泛的应用。目前，世界上最大的高压辊磨机型号辊径为Φ2 400mm，滚宽为1 400mm，已在秘鲁的Cerro Verde铜钼矿中应用，高压辊磨机在在有色金属矿山、贵金属矿山和铁矿山也得到了推广[4]。

高压辊磨机在铝土矿选矿也有应用推广，山东铝业氧化铝厂原来采用两段一闭路流程，破碎产品的粒度为-24.5mm，为了提高破碎比，山东铝业安装了规格为Φ1 000×630mm的高压辊磨机，最终产品粒度从-24.5mm降低到了-9.5mm，P80从原来15.7mm降低到5.3mm，使球磨机的料浆总处理量从原来的442.13m3/h提高到现在的602.33m3/h，提高率近37%，而单位耗电率从23.09kw·h/t降低到16.95 kw·h/t，降低近27%，产生了巨大的经济效益。

1.3 浮选柱在铝土矿选矿的应用

目前，随着氧化铝选矿厂的生产规模不断扩大，新型浮选柱也出现在铝土矿矿山，和浮选机相比，浮选柱具有占地面积小、易维修和控制等优点。此外，由于浮选机的机械搅拌作用，细粒级颗粒获得的能量较少，降低了矿物和气泡的碰撞矿化，因此，在浮选细粒矿物时，浮选柱也具有一定的优势。

为了提高A/S，山东某铝土矿选矿厂采用中国矿业大学研发的旋流静态微泡浮选柱进行厂房升级改造，原来采用浮选机一粗一扫两精一精扫选五段作业，在药剂基本保持不变的情况下，改造后采用浮选柱一粗一精工艺。由表1可见，原矿中A/S为4.5～5.5，改造后浮选精矿A/S从原来9.72提高到了12.39，浮选作业段三氧化二铝的回收率基本保持不变，因此浮选柱一粗一精作业基本可替代浮选机的一粗一扫两精一精扫选五段作业，这对节约能源和设备维护具有极大的优势。

表1 改造前和改造后指标对比(%)

中南大学开发出的新型微泡浮选柱对河南某铝土矿进行了分选实验，确定矿浆浓度为25%，捕收剂和抑制剂用量分别为800g/t和100g/t，利用浮选柱进行一粗一扫实验。由表2可见，分选后A/S从5.31提高到10.26，氧化铝的品位和回收率分别为71.52%和87.24%，取得了较好的实验指标。

表2 浮选柱一粗一精浮选结果(%)

2 铝土矿选矿新技术

2.1 铝土矿正浮选脱硅技术

铝土矿正浮选脱硅工艺是浮选一水硬铝石，抑制脉石矿物硅酸盐的过程，在“九五”攻关之前，为了使铝土矿充分解离，我国铝土矿的分选流程是将铝土矿碎磨至-0.074mm占95%，但是铝土矿极易泥化，在分选时容易带来细泥罩盖、药剂量增大和分选指标不好等问题。

为了有效回收一水铝土矿资源，我国选矿工作者在铝土矿选矿正浮选做了大量研究，主要体现在选矿药剂和选矿工艺两个方面。常见的铝土矿正浮选选矿捕收剂为油酸、羟肟酸和其它脂肪酸等，其中中南大学开发的KL捕收剂和北京矿冶研究总院开发的BJ-422捕收剂均取得了工业应用。常见的新型调整剂主要为BJ-213、6P-1、改性六偏磷酸钠等。此外，在选矿工艺上也取得了进展，并得到了工业应用。

中南大学提出了选择性磨矿—聚团浮选新工艺，即通过选择性磨矿，提高磨矿产品中粗粒级铝硅比，并直接作为精矿，而选择性絮凝浮选细粒级，可以加强了铝硅分离，该工艺从根本上解决了粗粒回收、矿泥干扰等问题，药剂的消耗量降低了30%以上，选矿指标也得到了优化。目前该工艺已经在中国铝业中州分公司选矿厂得到了应用，选矿厂的生产规模已经达到了350kt/a，工艺配置采用了一粗、两精两扫流程，流程简单，容易控制。该选矿原矿入选A/S为5.71，获得的精矿的品位和回收率分别为63.97%和85.76%，A/S提高到了10.04，生产出的精矿可以直接作为拜耳法生产氧化铝的原料，这代表着我国工业铝土矿脱硅的第一条生产线。

北京矿冶研究院针对铝土矿的分选分别提出了多段磨矿、一次选别流程和选择性磨矿-粗细分选脱硅流程。该院用多段磨矿、一次选别流程对原矿A/S为5.9的铝土矿做了实验，得到的精矿A/S为11.39，氧化铝的回收率为86.45%，但是原矿该流程存在着中矿循环量大，过程不易控制等缺点。此外，北矿院利用选择性磨矿—粗细分选脱硅流程针对山东铝业公司做了工业实验，该工艺的特点是分选粒度粗(-0.074mm占60%～65%)，大部分粗粒铝土矿在磨矿分级后被迅速选出，避免了矿物过磨，而细粒级入选矿量少，相对于多次磨矿、一次选别流程，该工艺流程无中矿循环作业，优化了流程和减少了作业量，该工艺流程山东铝业取得了工业应用。由表3可见，选矿厂入选矿石中A/S为5.80%，得到的精矿中A/S为12.61%，Al2O3精矿的回收率和品位分别为90.39%和68.71%，取得了较好的工业指标。

表3 选择性磨矿-粗细分选脱硅流程浮选结果(%)

此外，中国铝业河南分公司也采用正浮选脱硅工艺流程于2008年建成了500 kt/a的选矿车间，我国的河南、山西等地也利用正浮选工艺正在新建铝土矿选矿厂，且原矿的铝硅比降低到了3～4。

2.2 铝土矿反浮选脱硅技术

铝土矿反浮选脱硅工艺是浮选脉石矿物硅酸盐，抑制目的矿物一水硬铝石的过程。目前主要有阳离子反浮选工艺、阴离子反浮选工艺，但是目前基本处于实验研究阶段，工业应用不多。反浮选脱硅技术也主要体现在浮选药剂和浮选工艺两个方面，铝土矿反浮选新药剂主要是捕收剂十二胺、十四胺、十八胺、N一十二烷基一1，3一丙二胺、季胺盐和脂肪多胺类等，调整剂主要有聚苯烯酰胺、氯化钠、改性淀粉、六偏磷酸钠、ANTO、CMC、DW和CTP等药剂。

北京矿冶研究总院针对河南某铝土矿开发出的选择性磨矿+高分子絮凝脱泥+反浮选工艺流程，分别在酸性条件下和碱性条件下做了实验，入选矿石主要成分中含Al2O3为64.55%，A/S为6.07，在酸性条件下，获得的Al2O3回收率为84.01%，A/S为10.04，在碱性条件下，获得的Al2O3回收率为87.15%，A/S为9.57。

中南大学钟宏等利用新型阳离子捕收剂QAS222对A/S为2.7的原矿进行的实验研究，实验发现调节pH为11时，在未添加抑制剂的情况下，可获得Al2O3的回收率和品位分别为77.79%和69.91%。中南大学冯其明等对Al2O3的品位为64.69%，A/S为5.68的铝土矿进行了反浮选实验，获得的精矿Al2O3的品位为85.04%，A/S为10.52的良好实验指标。此外，昆明理工大学章晓林等在反浮选铝土矿时提出强化二次富集技术理论，针对某原矿品位为62.03%一水硬铝石矿，通过正浮选强化二次富集技术获得精矿回收率为85.41%，A/S为10.28。

3 结语

——我国的铝土矿主要为沉积型和堆积型铝土矿石，其中堆积型的铝土矿采用了长沙有色冶金设计研究研发的新型圆筒洗矿机和槽式擦洗机，在平果铝获得了工业应用，一期洗矿后精矿A/S提高到16.73，二期A/S提高到14.40，填补了我国在堆积型铝土矿洗矿的技术空白。

——沉积型矿石采用正浮选脱硅，提高了铝硅比。中州铝厂采用选择性磨矿—聚团浮选，在原矿入选A/S为5.71，获得的精矿的品位和回收率分别为63.97%和 85.76%，A/S提高到了10.04，山东铝业采用选择性磨矿—粗细分选脱硅流程，选矿厂入选矿石中A/S为5.80%，得到的精矿中A/S为12.61%，Al2O3精矿的回收率和品位分别为90.39%和68.71%，取得了较好的工业指标，但是反浮选脱硅还没有取得工业应用，加强反浮选脱硅研究是以后主要发展方向。

——高压辊磨机和浮选柱在铝土矿选厂的成功应用，可提高选厂的工作效率和生产量，从而实现大规模地利用铝土矿，达到资源的有效综合利用，设备的高效化和大型化也是铝土矿选矿的另一个发展方向。