铝土矿脱硅工艺的探讨

[摘 要] 本文主要阐述了铝土矿湿法提炼的性质特征及其脱硅的相关工艺技术，为我们的工业生产氧化铝提供了很好的参考建议和指导。

[关键字] 铝硅比A/S 正浮选 反浮选 化学选矿 生物选矿

分类号】：TD952

前言及概述

铝土矿是氧化铝生产用到的最基本的原材料，没有铝土矿或者说没有合格的铝土矿就无从谈及氧化铝的生产。我国铝土矿主要为一水硬铝石型铝土矿，具有高铝、高硅、低铁的特点，铝硅比偏低，矿物组成复杂，嵌布粒度细，嵌布关系复杂，铝矿物和硅酸盐矿的可磨性差异较大。初步统计，我国70%以上的铝土矿矿石铝硅比在7以下，这样的生产原料不能满足拜耳法生产氧化铝的要求。必须对我国的铝土矿资源进行预脱硅处理，提高矿石的铝硅比。预脱硅处理铝土矿一般方法有物理脱硅、化学脱硅和生物脱硅。

1 、物理脱硅

物理脱硅一般采用的是浮选脱硅的方法，是迄今为止研究较多的方法，依据矿物表面性质的不同，实现矿物的分离，也是较为有效和经济的方法，浮选可分为正浮选和反浮选。从根本上说，矿物的元素组成及晶体结构的差异造成了矿物表面性质（解离面的化学组成、表面电性和溶液特性及吸附能等）的不同，从而影响矿物颗粒在水介质的亲水性、分散和团聚行为，进而影响矿物的浮选行为。我国铝土矿中主要含硅脉石矿物的晶体结构、矿物表面断裂键的特性不完全相同，对矿物表面的润湿性、电性及可浮性也有较大的影响。崔吉让等对一水硬铝石和高岭石的晶体结构和表面性质进行了总结和归纳，对高岭石颗粒的溶解、分散和聚团行为进行了实验研究，指出调节矿物表面的性质，实现高效分散是实现铝硅分离的重要手段。印万忠等采用矿物晶体化学理论分析了矿物晶体结构特征与可浮性之间的关系，以及产生一水硬铝石和高岭石可浮性差异的主要原因。利用一水硬铝石、高岭石、伊利石、叶蜡石等矿物之间晶体结构、表面性质的差异，并通过浮选药剂改变浮选化学环境来进一步扩大各矿物之间表面润湿性与可浮性的差别，可以实现这些矿物之间的选择性浮选分离。当前来看，铝土矿浮选脱硅是解决我国低品位铝土矿经济利用的有效途径，随着正浮选脱硅工业示范线的建成并投产，铝土矿浮选已得到越来越多的同行专家的认可，并且日趋受到逐多国家和公司的青睐。由于我国铝土矿主要为一水硬铝石型铝土矿，各地铝土矿杂质矿物性质和含量差异较大，因地制宜地有针对性地研究铝土矿正反浮选工艺和药剂是选矿和冶金工作者们需要不断开展的课题。

2、化学选矿脱硅

化学选矿脱硅的特点是，在化学反应的作用下使含硅矿物发生分解。见报道的有焙烧――氢氧化钠溶出脱硅工艺和氢氧化钠直接溶出――分选脱硅工艺。主要工艺包括预焙烧、溶浸脱硅、固液分离等工序。研究结果表明：铝土矿化学选矿的本质是矿石在一定温度下分解其中的含硅矿物（主要是高岭石）成A12O3和SiO2，然后用苛性钠溶液浸出，使矿物中的SiO2溶出而达到脱硅目的。前苏联将原矿在1 000℃条件下焙烧60min，然后用10% 的苛性钠溶液浸取2 h，可使其中77% 的SiO2脱除，最终铝的回收率可达88%～ 98% ，A/S比由2.4提高到8.9～9.8。我国山东铝厂对含Fe2O3：4% ，A/S ：4.0～5.0的山西铝土矿，经900～1100℃焙烧，以含Na2CO3的NaOH溶液，在3 kg/cm2 压力下浸出15 min可使A/S达l2～l3。但化学选矿脱硅能耗高，焙烧制度严格，技术还不够完善且成本很高。而且，化学选矿脱硅脱除的是非晶态的SiO2，而矿石中原来存在的a―SiO2是不会被脱除掉的。

3、生物选矿脱硅

生物选矿脱硅是用微生物分解硅酸盐和铝硅酸盐矿物，可以将铝硅酸盐矿物分子破坏成为氧化铝和二氧化硅，并使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶得以分离。生物选矿脱硅是具有良好前景的铝土矿脱硅方法。用此法可以得到较高的工艺指标，并基本上消除对环境的污染。生物选矿脱硅法是用异养微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物。前苏联哈萨克斯坦进行过高岭石与三水铝石生物浸矿分离实验，采用杆菌胶质类细菌对细泥和磁性产品浸出，浸出温度28～30℃，液固比为5，浸出时间为9d，得到了约62%的脱硅率和99%的A1203回收率。Groudeva等人的研究表明，利用野生和实验室的环状芽胞杆菌和粘液杆菌的突变体菌种，从不同的铝土矿中浸出硅，5d内浸出了其中73.6% 的硅。Groude-va等报道，在利用不同种类硅酸盐细菌浸滤水铝矿类型的铝土矿中，浸出SiO2最佳的是B.drculans，它在pH=5.5～6.0，30～35℃时，固溶物中SiO2的含量为10 ～15%。摇瓶转动速率保持在300～400 r/min，AI2O3含量可以从43.4%上升到63.9%，si02从25.9%下降到9.1%。不宜用磁选和浮选的水铝矿类型的铝土矿用B.Circulans处理，可选择性的溶解AI2O3・SiO2・2H2O，并使溶液中的Al浓度升到6.7%，在浓缩液中Al的萃取率达到93.6%。生物选矿脱硅技术成本高、周期长，目前的试验研究还没有取得令人满意的技术经济指标。

国内从事该项研究的选矿工作者非常少，作者近几年在此方面做了一定的研究，并取得了较为满意的结果。用于铝土矿脱硅用的微生物主要为硅酸盐细菌，其中包括环状芽孢杆菌（Baeillus Circulans）和胶质芽孢杆（Bacillusmucilaginosus）。该类细菌从191 1年斯特克菜斯（stolasa）和1912年巴撒立（Bassalik）发现并分离，到1930年原苏联学者亚历山大罗夫从土壤中分离出一种细菌能分解正长石和磷灰石而释放出磷，并在1939年将其命名为硅酸盐细菌至今已有90余年的历史。有人曾分离得到了3株不同来源的胶质芽孢类杆菌，经驯化培养后对几种铝土矿样进行了脱硅研究，结果表明：3株不同来源的硅酸盐细菌均能较好的浸出铝硅酸盐矿物中的硅，浸出率在25.7% ～65.7%；不同类型硅酸盐矿物由于其晶格结构不同，细菌浸出其中硅的程度不同，细菌对石英、长石等架状结构的硅酸盐矿物的浸出效果不如对绿泥石、高岭石等层状结构的硅酸盐矿物的浸出效果明显；利用在预先含被浸矿样的蔗糖中驯化培养的菌种，并在有糖介质培养基中进行硅的浸出，其浸出硅的能力明显较未驯化的菌种或驯化菌种但在无糖介质中进行硅的浸出能力强；采用连续浸出工艺，细菌浸出硅的效果要明显强于单独摇瓶浸出效果。同时，连续浸出工艺可以大大缩短矿样的细菌浸出时间（缩短2 d～5 d），铝土矿原矿的A/S从3.73提高到l1.73，当铝土矿中主要脉石矿物为高岭石或绿泥石时，其铝硅比可从3.73提高到18左右，脱硅率最高可达到82% 。

4、结束语

以上汇总描述了在氧化铝生产的时候对铝土矿的脱硅一般采用的方法，有些办法适合快速处理铝土矿，有些办法适合缓慢的处理，各有各的优点和缺点，这就要求我们要根据实际的情况和拥有的铝土矿资源的特点合理的采纳应用适合的脱硅的方法。

参考文献

李旺兴 氧化铝生产理论与工艺 中南大学出版社

陈湘清等 铝土矿浮选脱硅现状及研究进展 轻金属 2006年第2期

孙德四等 铝土矿预脱硅研究进展 江西科学第26卷第2期