贵州暗流云峰铝土矿化学组份及其对溶出试验的影响

栗欢欢,杜光明

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队，贵州 安顺 561000)

1 概况

暗流云峰铝土矿位于我国重要成矿区——黔中铝土矿成矿区北部，属于“黔中隆起”南缘古岩溶盆地的黔中铝土矿成矿区北部。矿床类型属沉积型铝土矿床，含矿地层为下石炭统九架炉组，矿石自然类型为一水硬铝石铝土矿。为了对该区铝土矿的化学组份和可溶性做出科学评价，笔者采集样品，利用化学分析法、X-荧光光谱分析法，对铝土矿中的化学组份进行了分析；中南大学用高压拜尔法进行了初步可溶性试验，初步对矿区内矿石的化学组份及其对可溶性试验的影响进行了评价，可以对区内其他铝土矿的可溶性提供参考依据。

2 化学组份

矿石化学组份分析委托长沙矿冶研究院完成，化验方法为化学分析法、X-荧光光谱分析法，分析结果见表1。

表1 贵州清镇云峰铝铁矿矿石化学组份

表1(续)

矿区内铝土矿主要成分为A12O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和H2O+，五者之和为91.47%～97.52%，均值94.47%，表明区内铝土矿成熟度高。其他次要组份均在10%以下，铝硅比[w(Al)/w(Si)，下同]为5.00～45.12，平均为22.03，变化范围较大。除ksd-1、ksd-3和ksd-5的铝硅比低于高压拜尔法溶矿的铝硅比最低值要求(w(Al)/w(Si)≥7),需进行配矿溶出外，其它样均符合要求。经电子探针成分分析，矿石的主要元素为Al、Si、Fe、Ti。

1)A12O3

主要有用组份。本区铝土矿质量分数为63.12%～73.66%，平均68.54%。根据分析，A12O3主要以硬水铝石形式存在，次为软水铝石，软水铝石与硬水铝石为同质二像，矿石中含量较少。对矿石品质无影响，用拜尔法生产时，软水铝石也可溶出其中的Al2O3，但由于其量少，可忽略不计。铝硅酸盐(如云母、绿泥石、高岭石)及铝针铁矿、铝赤铁矿中含量极少。

2)SiO2

主要有害组份。本区SiO2质量分数为1.56%～12.62%，平均6.24%。主要以高岭石、云母、绿泥石等形式存在，石英含量极少，甚至为零。溶出试验中，SiO2会生成难以溶解的方钠石，造成铝和氢氧化钠溶液的损失，使生产系统结疤、耗能增大等。

3)Fe2O3

次要有害组份。本区Fe2O3质量分数为1.11%～6.77%，平均2.73%。共7件样品的Fe2O3质量分数小于2.5%。Fe2O3以赤铁矿形式存在，少量存在于黄铁矿、针铁矿中。Fe2O3的主要影响是会造成赤泥量增加，以及A12O3和Na2O的损失，不利于赤泥的过滤和洗涤。

4)TiO2

有害组份，本区含量较高且稳定。质量分数为2.32%～5.30%，平均3.89%。主要以锐钛矿形式存在，另外还有少量金红石等。锐钛矿及金红石等矿物使A12O矿物的可溶性能大幅降低。氧化钛与苛性钠溶液作用会生成钛酸钠，在一水硬铝石表面生成较为致密的保护膜，阻止碱液渗透到矿石内部从而Al2O3不能被溶出，从而降低生产效率。

5)灼失量及H2O+

灼失量主要为H2O+、H2O、有机质等，大部分为含铝矿物、含铁矿物、石膏、高岭石等矿物的结构水组成。

6)本区S的质量分数为0.044%～0.409%，均值为0.165%，对溶出试验基本无影响。

7)本区P2O5质量分数为0.101%～1.15%，均值为0.54%，对溶出试验基本无影响。

3 溶出试验

溶出试验样品共13件(其中2件组合样品)，样品中铝硅比值最高为45.12(编号92528)，最低为2.98(编号92503)，组合样品1和2 的铝硅比分别为8.35和9.53。溶出试验由采用拜尔法在盐浴间接加热高压釜内进行，磨矿细度0.077～0.087 mm，接近生产的细度。设计的试验条件为：温度 260 ℃，时间 90 min，经配制的循环母液 231 g/L，Al2O3129 g/L，ak=2.95；石灰为样品质量的7%，石灰为CaO以 900 ℃ 煅烧 0.5 h 制成，冷却后细磨至 0.077 mm，溶出试验结果见表2。

实际溶出率：计算方法采用Fe内标法和A/S法，其次采用渣重法。

①Fe内标法按w(A12O3)/w(Fe2O3)比值计算，计算公式为：

(2)

②A/S法计算公式为：

(3)

③渣重法按矿石、渣质量计算，计算公式为：

(4)

相对溶出率：指实际溶出率相对于理论溶出率的比值，为衡量矿石溶出性能的主要指标。

表2 贵州清镇暗流云峰铝土矿高压拜尔法试验结果

4 结果与分析

1)试验条件一致的情况下，各样品溶出率存在差异。样品92503、ksd-5、ksd-3、ksd-6、ksd-1等的A/S法相对溶出率<85%，其他的相对溶出率均在90%以上。

2)根据化学组份分析结果，A/S法溶出率与Al2O3、A/S呈正相关性，而与SiO2、K2O呈负相关性(图1)。

图1 溶出率与w(Al)/w(Si)和Al2O3、A/S、K2O、SiO2含量的关系

3)SiO2、K2O等化学组份以云母的形式存在。本区可溶性研究下步可重点定量分析云母中可用组份的溶解性。

4)本区中TiO2的含量稳定，石灰用量可结合矿石中TiO2的平均含量进行分析。本次试验表明，石灰用量为7%时，区内铝土矿溶出效果较为理想，但在今后大规模生产时，应结合生产实际考虑石灰用量。

5)在氧化铝生产过程中，重点注意保持石灰的活性及在每一个特定条件下石灰的添加量。活性好的石灰能直接参与分解一水硬铝石的OH-键，促进硬水铝石的溶解；活性不好的石灰以Ca(OH)2形式存在。本次试验中，从赤泥中发现TiO2转变为钛酸钙、羟基钛酸钙或钛水化石榴石，并且随着石灰添加量的增加，羟基钛酸钙分解从而生成含钛水化石榴石，导致损失增大，使铝土矿石的溶解效率大幅减小。所以石灰添加量不能过量。

试验表明，本区铝土矿矿石质量较好，拜尔法溶出效果良好，具有很大的潜在经济价值。后续工作可进一步开展单因素(温度、时间、样品粒度、云母含量、石灰加入量等)对溶出率影响的探索。