第七章1绪论铝土矿的选矿

1第七章铝冶金21855年的巴黎国际博览会，我们发现有一样标着“来自粘土的白银”的展品，与当时最珍贵的珠宝并排而列。若是现代人有机会去观光的话，怕是会惊讶地尖叫：竟然是铝！是的，它的学名叫铝。3主要内容1绪论2铝土矿的选矿3氧化铝生产4金属铝生产47.1.1.1物理性质

铝是银白色的金属。在室温下，铝的导热系数大约是铜的1.5倍，铝线的导电系数大约是铜线的60%。铝具有良好的延展性，可以拉成铝线，压成铝板和铝箔。7.1.1铝的性质和用途57.1.1.2化学性质

铝是元素周期表中第3周期ⅢA族元素，元素符号Al，原于序数13，相对原子质量26.98154。铅原子的外电子构型为[Ne]3s23p1，铝在常温下的氧化态为+3价，在高温下有稳定的+1价化合物。铝的化学活性很强，具有与氧强烈反应的倾向。在空气中铝的表面生成一层连续而致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能起到使铝不再继续氧化的保护作用，这就是铝具有良好抗腐蚀能力的原因。铝粉或铝箔在空气中强烈加热即燃烧生成氧化铝。7.1.1铝的性质和用途6铝可溶于盐酸、硫酸和碱溶液，但对冷硝酸和有机酸在化学上是稳定的。热硝酸与铝发生强烈反应。铝与卤素、硫、碳都能化合，生成相应卤化物（如AlCl3、AlF3）、硫化物（Al2S3）、碳化物（Al4C3）。此外，铝还有多种低价化合物，如AlF、AlCl、Al2S等。氧化铝是一种白色粉末，熔点2323K，真密度为3.5~3.6g/cm3。已知无水氧化铝有几个同素异晶体，其中α-Al2O3和γ-Al2O3对于炼铝有重要意义。α-Al2O3可长期保存不吸收水分，γ-Al2O3则相反。工业氧化铝中通常含有Al2O399％左右。

氧化铝和碱金属氟化物（MeFx）生成铝氟酸盐，其中冰晶石型的钠冰晶石（Na3AlF6）在氧化铝电解制铝中用作熔剂，通常称为冰晶石。7.1.1.2化学性质77.1.1.3铝的用途

由于铝具有密度小，导热性、导电性、抗蚀性良好等突出优点，又能与许多金属形成优质铝基轻合金，所以铝在现代工业技术上应用极为广泛。铝的应用有两种形式：纯铝和铝合金。纯铝在电气工业上用作高压输电线、电缆壳、导电板以及各种电工制品。铝合金在交通运输以及军事工业上用作汽车、装甲车、坦克、飞机以及舰艇的部件。此外，铝合金还用于建筑工业制作构架等，轻工业中用纯铝和铝合金制作包装品、生活用品和家具。7.1.1铝的性质和用途8氢氧化铝：是“胃舒平”的主要成分，它有中和胃酸和治疗溃疡的作用。明矾：一种重要的净水剂、染媒剂，医药上还用作收敛剂。硫糖铝：胃溃宁。它能和胃蛋白酶络合，直接抑制蛋白分解活性，形成一种保护膜，故而对胃粘膜有较强的保护作用和制酸作用。他又能帮助粘膜再生，促进溃疡愈合，毒性低，是一种良好的胃肠道溃疡治疗剂。刚玉：学名是α-氧化铝，硬度仅次于金刚石。若是含有不同的杂质则呈现不同的颜色，如含微量三价铬则呈红色，称为红宝石；含有微量的二价铁或四价钛则称为蓝宝石。9铝在地壳中的含量约为8.8％，地壳中的含铝矿物约有250种，但炼铝最主要的矿石资源是铝土矿，世界上95%以上的氧化铝是用铝土矿生产的。铝土矿中主要含铝矿物为三水铝石（Al2O3·3H2O）、一水软铝石(AlOOH)和一水硬铝石(AlOOH)，因此按矿物的存在形态不同，铝土矿分为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型和混合型等多种类型。7.1.2炼铝原料10铝土矿中含Al2O3量一般为40%-70%。对于生产氧化铝来说，衡量铝土矿质量标准还有铝硅比（矿石中全部Al2O3含量与SiO2含量的质量比）。目前工业生产上要求铝土矿的铝硅比不低于3-3.5。铝土矿类型对拜耳法生产也很重要。除铝土矿外，可以用于生产氧化铝的其他原料还有：明矾石((Na,K)2SO4·Al(SO4)2·4Al(OH)2)、霞石((Na,K)2O·Al2O3·2SiO2)、高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等。7.1.2炼铝原料11

自从1886年在冰晶石熔体中电解氧化铝的方法试验成功后，此法一直是生产金属铝的唯一方法。它包括从铝矿石生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程。现代生产铝的原则流程如图7-1所示。（P145）7.1.3铝的生产方法

127.2铝土矿的选矿

随着铝工业的发展及矿石资源的贫乏，铝土矿选矿逐渐引起人们的关注。为了充分利用低质铝土矿资源，国内外近几十年做了许多研究工作，在洗选、筛选、浮选、反浮选、磁选、选择性絮凝、细菌选矿、化学选矿、磁过滤、载体浮选以及光电拣选等技术方面都取得了进展。其中洗、筛分选和反浮选已广泛用于工业生产，对处理风化型矿床含泥三水软铝石的脱硅很有效。

137.2铝土矿的选矿

7.2.1国内外几种类型铝土矿的选矿7.2.1.1高岭石-三水铝石型铝土矿主要矿物为三水铝石、高岭石、赤铁矿、针铁矿等。方法：对于低品位的三水铝石的铝土矿，一般认为浮选都是比较有效的，有主张正浮选三水铝石，也有主张反浮选含硅矿物，药方与一般氧化矿浮选基本相同。认为加入硫化钠和辅助捕收剂（煤油、机油）可以强化浮选，浮选流程方向注意泥砂分选及分支浮选等。14实例：

某高岭石-三水铝石型铝土矿采用泥、砂分选，粗级别磨矿后用磁选除铁，矿泥磨矿后浮选。选别后得三种产品，铝土精矿用于生产电炉刚玉或拜耳法生产氧化铝，高岭石产品用烧结法回收，含铁产品生产铁精矿。从而使铝土矿得到综合回收。磁选磁场强度为3000-3500Oe。浮选捕收剂为油酸:塔尔油:机油=1:1:1，其总用量为300g/t。其选别结果如表7-2所示。可见铝土矿精含49.8%Al2O3，回收率为58.8%，铝硅比从4.7提高到8.4，取得了一定分选效果。157.2.1.2高岭石-一水软铝石型铝土矿

常规浮选法：优点：这种类型矿石微细分散，用常规浮选法有可能获得高铝硅比（6~8.9）的铝土矿精矿。缺点：但铝土矿精矿产率仅有20％-30％。原因是由于经磨矿的矿浆中小于5μm粒级含量很高所致，不同类型铝土矿小于5μm粒级产率为50％-80％。和其他矿石浮选一样，细粒铝土矿可浮性低，是由于其颗粒表面积增大，实现基本浮选行为或然率小以及其他因素所造成。167.2.1.2高岭石—一水软铝石型铝土矿解决常规浮选法产率低方法：

预先将细粒矿物选择性絮凝是提高浮选效率最有前途的方法之一。无论是研究具有高效能絮凝作用的捕收剂，或是寻找选择性聚合絮凝剂均可达到选择性絮凝的目的。当处理铝土矿悬浮体所含需分离矿物量较高时，要把选择性絮凝作为一独立选矿作业来合理应用。选择性絮凝过程包括：1）用物理-化学方法分散和稳定矿浆；2）用聚合物选择性絮凝矿浆；3）按一定粒级将物料分级，获得絮凝沉淀物和溢流两种产品，溢流为分散状态下的矿浆分出物。177.2.1.2高岭石—一水软铝石型铝土矿

实例：某高岭石-一水软铝石型铝土矿，采用粗粒机械碎解—细粒选择性絮凝流程处理。其选别结果如表7-3所示。从表中可见，原矿含Al2O353.5%，SiO217.5%，铝土矿精矿含Al2O362.4%，SiO210.2%，铝回收率58.1%、铝硅比从3.1提高到6.2，取得了一定分选效果。

矿石的特点是微细赤铁矿和鲕绿泥石与一水软铝石紧密结合，部分富集一水软铝厂的铝土岩在破碎时容易解离，而铁矿物在细级别中细粒分散。18

7.2.2强化铝土矿脱硫和除铁7.2.2.1高硫铝土矿的选别

（1）浮选法：前苏联南乌拉尔铝土矿采用浮选法脱除硫化矿物和碳酸盐的工业试验取得成功。该矿石中一水软铝石和一水硬铝石占46%，方解石占19.0%，赤铁矿占12%，高岭石占6.6%和黄铁矿占4%。矿石经三段碎矿、三段磨矿，最终磨矿粒度为-0.074mm占94%。

浮选流程：硫化物经一次粗选、二次精选、二次扫选，分别得硫化物精矿和尾矿；其尾矿再浮选碳酸盐，经二次精选和二次扫选，分别可得到碳酸盐精矿和铝土矿精矿。铝土矿精矿供拜耳法生产铝，碳酸盐精矿供烧结法炼铝，硫精矿作为氧化镍矿熔炼的硫化剂，矿石得到充分综合利用。197.2.2.1高硫铝土矿的选别（2）筛分-光电拣选-浮选联合：北乌拉尔铝土矿采用筛分-光电拣选-浮选联合流程的工业试验也取得成功，其原矿铝土矿主要为一水硬铝石，铝硅比高达15，但硫和碳酸盐等有害杂质含量较高，分别为1.5%S和3.5%~3.6%CO2。硫主要分布于黄铁矿类型矿石，CO2则集中于碳酸盐矿石中。碎矿后硫和碳酸盐的杂质含量较低，可供拜耳法生产氧化铝。粗粒级进行光电选矿和浮选，光电拣选的精矿供拜耳法炼铝原料，尾矿用浮选脱硫，硫精矿作氧化镍熔炼的硫化剂；浮选尾矿烧结法炼铝。该流程特点是利用硫化物和碳酸盐在矿石中的不均匀性和光学性上的差异采用简单的筛选和光电选别。为此，在20世纪80年代初建成日处理能力为250~300t贝斯明克斯铝土矿选矿厂，主要处理南乌拉尔和北乌拉尔铝土矿，脱除硫化物和碳酸盐等有害杂质。该厂从碎矿、预选、磨矿、分级和浮选、脱水过滤等均进行了系统的工业试验，并取得了良好可靠的技术经济指标。207.2.2.2高铁铝土矿的选矿磁选除铁方法焙烧磁选浮磁过滤、、、载流浮选根据铁矿含量及种类或嵌布特点，其除铁方法也不相同217.2.2.2高铁铝土矿的选矿国外某铝土矿，原矿含38.5%Al2O3，8.5%SiO2，

24.4%Fe2O3，铝硅比为4.5。采用洗矿-磁选-浮选联合流程选别可获得满意结果。其铝土矿精矿含51.2%Al2O3，5.7%SiO2，铝硅比达9.0，铝回收率为48.9％，该物料可适于拜耳法生产的原料，尚可获得含37%Al2O3，13.6%SiO2，铝回收率36.9%的次精矿。而磁性部分经磁选可获得含铁50.1％的铁精矿。实例1227.2.2.2高铁铝土矿的选矿阳泉铝矾土是我国高铝矾土基地之一，所产矿石为一水硬铝石-高岭石型。原矿含63%~65%Al2O3，15%~16%SiO2，1.37%~1.44%Fe2O3，2.82%TiO2。采用浮-磁联合流程进行了小型和半工业试验，取得了较好结果。其精矿含74-75%Al2O3(折合熟料为86.5％),含Fe2O3<1％，含杂质及Al2O3品位均达到了原冶金部的标准，适用于宝钢对高铝矾土的产品要求。而选别后的尾矿仍可作为二级品铝矾土的原料。实例223

7.2.3高硅铝土矿选矿

7.2.3.1浮选法脱硅

浮选法脱除硅是目前国内外提高铝土矿质量的有效方法之一，也是用得较多的方法。大量的研究工作表明：浮选铝矿物的有效捕收剂有脂肪酸和磺酸盐类；调整剂有六偏磷酸钠、丹宁酸、焦磷酸钠、苏打、碳酸钠等。24

7.2.3高硅铝土矿选矿7.2.3.1浮选法脱硅

我国山东、山西、河南等地高岭石-一水硬铝石型铝土矿的试验研究表明：当矿石磨至-200目占97％（或-300目占90％），以碳酸钠和硫化钠为调整剂，六偏磷酸钠为抑制剂，用氧化石蜡皂和塔尔油（或癸二酸下脚料的脂肪酸）为捕收剂，浮选脱硅效果较好。用常规浮选法能使铝矿石的铝硅比由5左右提高到8以上。此外，对辽宁小市等低铝硅比矿石（铝硅比为2~2.6），小型试验结果也证明，精矿铝硅比可提高到3.5~4.0，Al2O3的回收率可达50%~70%，这样就使这些原来不能利用的低质铝土矿，可作为烧结法炼铝原料。257.2.3高硅铝土矿选矿

7.2.3.2絮凝脱硅

对于细粒嵌布的一水硬铝石型铝土矿，含泥较多时可用选择性絮凝法脱硅。对该种矿石首先将其细磨至-5μm占30%-40%，然后添加调整剂苏打和苛性钠，分散剂六偏磷酸钠，再使用聚丙烯胺聚合物进行选择性絮凝，使悬浮物和沉淀物分离，此项技术的关键是选用高效的选择性絮凝剂。267.2.3高硅铝土矿选矿

7.2.3.3细菌浸出脱硅由于铝土矿中矿物细小，使机械富集受到一定限制，因此许多学者认为细菌选矿是最有前途的方法之一。该项工艺是利用食硅细菌破坏铝代硅酸盐的结构，如可将一个高岭土分子破坏成为氧化铝和二氧化硅，使SiO2转化为可溶物，从而使氧化铝不溶物得以分离。此法对处理胶状极细粒铝土矿尤其适合。

国内外对铝土矿细菌浸出脱硅都做了大量研究工作，取得了一定进展。如国外某矿原矿属三水铝土矿，其主要成分为：43.6%Al2O3、13.8%SiO2、22%TiO2、9.1%Fe2O3。原矿磨至-0.074mm，进行分级脱泥，+0.3mm粒级进行磁选，非磁性产品为铝精矿，细泥和磁性产品进行细磨浸出，浸出温度303K，液固比为1:5，浸出时间9天，浸液用沸石吸附氧化铝，再选使铝硅分离。

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7.2.3高硅铝土矿选矿

7.2.3.4化学法脱硅对细粒级的难选铝土矿或者高岭石以微晶状的细小集合体与铝矿物紧密共生，用常规的选矿方法难以选别，可采用化学法处理。目前发展化学法脱硅主要是预先焙烧（或未经焙烧）-浸出以脱去硅、铁，其工艺包括预焙烧、溶浸脱硅、固液分离等工序。

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7.2.3.4化学法脱硅美国用该法可从铝硅比为0.76-0.86的含铝原料中获得铝硅比为4.4-6.85适合于烧结法处理的产品；原矿铝硅比为2时，可提高到16.6-27.5。澳大利亚用该法，将原矿在1273K条件下焙烧60min，然后用10%的NaOH溶液浸出2h，可使77%的SiO2脱除，而铝的回收率可达96%-98%，铝硅比可从2.4提高到8.9-9.8。前苏联在处理高硅三水铝石矿时不经焙烧，直接以铝酸钠碱溶液浸出，液固比7-10，368K下浸出4-6h，原矿铝硅比