高铁铝土矿铝铁分离研究现状_许斌

１ 高 铁 铝 土 矿 铝 铁 分 离 的 研 究 现 状
１．１ 选 矿 法 选矿法是通过物理、化学的方法，利用铁矿物
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０６ 作者简介：许 斌 （１９６２－），女 （汉族），陕西西安人，中南大学 资源加工生物学院副教授，从事烧结球团及复杂矿综合利用研究。
和铝矿物可选性能的差别使其分离富集，得到适用 于工业生产的精矿产品，主要包括重选、磁选、浮 选、电选、絮 凝 以 及 强 磁 选－阴 离 子 反 浮 选 等 选 矿 工艺。
美国矿务局 对 ［１１］ 赤 泥 的 还 原 烧 结 做 了 工 艺 性 试验，将赤 泥、 碳 酸 钠、 碳 酸 钙 及 煤 粉 混 合、 磨 碎、焙烧，钠 铝 比 （Ｎａ２ＣＯ３／Ａ１２Ｏ３） 为 １．５， 钙 肽比 （ＣａＯ／ＴｉＯ２ ） 为 １．７５， 焦 炭 用 量 大 于 理 论 值 ， 氧 化 铝 的 回 收 率 达 到 ８７％ ， 铁 回 收 率 为 ７８％ 。 Ｊｏｎａｓ Ｋａｍｌｅｔ［１２］也 提 出 将 高 铁 铝 土 矿 与 碳 酸 钠 、 碳 酸钙和焦炭粉按比例混合均匀，在一定温度下进行 还原烧结，烧结料经磨矿、磁选，精矿用作炼铁原 料，尾矿进行碱液溶出生产氧化铝。
由于高铁铝土矿中铁矿物颗粒细微，采用直接 还原后的 金 属 铁 晶 粒 难 以 聚 合 长 大， 磁 选 效 果 较 差，因此有研究者在高铁高硅铝土矿中配入钠盐作 为促进铁矿物还原和铁晶粒长大的添加剂，在相对 较高的温 度 （９００～１１００℃） 下 进 行 金 属 化 还 原 焙 烧，经磁选得到高品位的海绵铁粉和富铝的非磁性 物，通过磁选分离得到海绵铁，铝精矿进行拜耳法 溶出。朱忠平 对 ［６］ 广西高铁三水铝石型铝土矿 进 行 了直接还 原－磁 选 试 验 研 究， 试 验 中 通 过 添 加 一 定 配比的钠盐添加剂，较大幅度的提高了铁、铝的回 收率，可获 得 ＴＦｅ ９３．７３％、Ａｌ２Ｏ３１．２１％ 的 磁 性 物和 ＴＦｅ ６．７３％、Ａｌ２Ｏ３ ４０．５６％ 的 非 磁 性 物 产 品，铁回收率９３．０７％，铁铝 矿 物 的 回 收 率 和 精 矿 品位与没有添加钠盐相比有较大幅度的提升。
磁化焙烧法是以还原性气体或煤作为还原剂， 将铝土矿中的铁矿物还原为强磁性的磁铁矿，经过 磁选将磁铁矿分离出来，得到铁精矿和高品位的铝 精矿。
郑州矿产综合利用研 究 所 采 用 Ａｌ２Ｏ３４９．７６％， ＳｉＯ２４．９％，Ａ／Ｓ１０．１６，Ｆｅ２Ｏ３２８．２３％ 的 铝 土 矿， 进行了磁化焙烧－磁选的工艺研究 。 ［４］
第 １２ 卷 第 ２ ２０１４ 年 ４ 月ｎｅ ｅｒｉ程ｎｇ
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高铁铝土矿铝铁分离研究现状
许 斌 李帅军
（中南大学资源加工生物学院，湖南 长沙 ４１００８３）
摘要：介绍了我国高铁铝土矿的资源储量和分布。根据国内外对高铁铝土矿铝铁分离开展的研究，论 述了选矿法、磁化焙烧法、直接还原法、拜耳法、酸法等工艺的研究现状。
该法存在的问题是，铁铝矿物在磁选过程中损 失较大，回收率低，无论铁精矿中氧化铝含量还是 铝精矿铁含量均超标，无法达到工业应用的要求。 １．３ 直 接 还 原 法
直接还原法也是采用煤或者气体作为还原剂， 在固态条件下将矿石中的铁矿物还原为金属态，经 过磁选实现金属铁与铝精矿的分离。
胡四春等 对 ［５］ 山西保德一水硬铝石型高铁 铝 土 矿 进 行 了 中 温 金 属 化 焙 烧－磁 选 工 艺 的 试 验 研 究， 铝 精 矿 品 位 ＞６０％ ， 氧 化 铝 回 收 率 ＞７０％ ， 铁 精 矿 ＴＦｅ品 位 ＞８０％，ＴＦｅ 回 收 率 ＞６０％， 铝 铁 产 品 均达到了工业利用的品位，但是回收率均处于较低 水平。
酸法是利用铁、铝在不同的条件下溶于酸的能 力的不同，利用铁、铝盐溶液蒸发结晶的先后顺序 分离出铁铝的盐晶体，再经热分解得到氧化铝和氧 化铁。
东北大学张 廷 安 等 ［１０］ 人 利 用 酸 法 对 高 铁 铝 土 矿进行了铝铁分离研究，原矿 中 铝 硅 比 为 １．５～５， ＴＦｅ含量为３０％，将原矿粉碎后置 入 密 闭 容 器 内， 经过浸出、萃取、分离、加热热解等工序，获得氧 化铝和氧化铁产品，挥发出来的氯化氢气体经收集 可进行 循 环 利 用。９１．５８％ 的 氧 化 铝 可 有 效 浸 出， 铁元素浸出率高达９５．４２％， 铁 铝 回 收 率 达 到 较 高 水平，ＳｉＯ２集中在固液分离得到的浸出渣中， 含 量 可 达 ８８．１３％ 。
还原烧结法，即利用传统烧结法生产氧化铝的 技术。在高铁高硅铝土矿中配加碳酸钠、碳酸钙和 煤粉进行烧结，铝土矿与碳酸钠反应生成固态铝酸 钠，硅矿物与高温分解的氧化钙作用生成硅酸钙，
２０１４年第２期 许 斌 等 高铁铝土矿铝铁分离研究现状
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而铁矿物则被还原为磁铁矿或者金属铁。烧结熟料 的处理有两种途径：１） 经 碳 酸 钠 溶 液 浸 出， 赤 泥 经磁选回收磁铁 矿 或 金 属 铁；２） 先 通 过 磁 选 铁 铝 分离后，非磁性部分进行铝酸钠溶出提取氧化铝和 碱。
高铁铝土矿直接还原焙烧在一定程度上能够取 得较好的铝铁分离效果，钠盐的添加促进金属铁结 晶，可以起到强化还原及磁选分离的效果。 １．４ 拜 耳 法
拜耳法主要是针对高铁三水铝石矿，先按拜耳 法溶解矿石提取氧化铝，经选矿或酸溶从赤泥中回 收铁。对于拜耳法溶出的研究已较为成熟，故研究 多集中在从赤泥中回收铁。
高铁铝土矿含铁矿物以赤铁矿、针铁矿、褐铁 矿等形式存在，铝矿物则以三水铝石、一水软铝石 和一水硬铝石的形式存在。其中，高铁三水型铝土 矿大量分布在广西贵港等地，而高铁一水硬铝石型 铝土矿分布在桂西、云南文山、黔中、山西保德及 河南巩义等地。目前，高铁铝土矿的利用难点在于 如何高效低耗无污染的实现铝铁分离。
拜耳法 适 合 处 理 高 铝 硅 比 （Ａ／Ｓ＞７） 的 三 水 铝石矿，对原矿的品质要求高，且在高铁三水铝土 矿中，Ａｌ２Ｏ３不仅以 三 水 铝 石 形 式 存 在， 有 时 会 夹 杂有一水硬铝石和一水软铝石，而拜耳法常压浸出 时只能溶出三 水 铝 石 形 式 存 在 的 Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３ 浸 出率较低，原 矿 中 Ａｌ２Ｏ３ 在 浸 出 过 程 中 损 失 较 大， 而且无法分离固溶在 Ｆｅ２Ｏ３中 的 Ａｌ２Ｏ３， 导 致 铁 精 矿中 Ａｌ２Ｏ３含量会较高。 １．５ 酸 法
表 １ 我 国 高 铁 铝 土 矿 的 分 布 及 利 用 情 况
分布地区
贵港等地 桂西
云南文山 山西保德
黔中 河南巩义
资 源 量／亿ｔ
利用情况
＞２ １０．６５ ＞１．４５ ＞１．０ ＞０．２２
≈１
尚未利用 拜耳法处理，资源综合利用率低
尚未利用 尚未利用 尚未利用 采用磁－浮联合选矿方法，项目在建
该工艺将原 矿 破 碎 至 小 于５ｍｍ， 配 加 焦 炭 量 为 ２５％ ， 在 焙 烧 温 度 ７８０℃ ， 焙 烧 时 间 ４．５ 小 时 条 件下进行磁化焙烧；焙烧矿经磨矿、磁选，可得到
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矿 业 工 程 第１２卷 第２期
Ａｌ２Ｏ３６０．２８％，ＴＦｅ １０．２５％的铝土矿精矿， 氧 化 铝回收率为７０．２６％，磁铁矿精矿中 ＴＦｅ含量可达 ５６．３５％，铁回 收 率 为 ４２．８９％， 氧 化 铝 含 量 可 达 ２０％ 以 上 。
关键词：高铁铝土矿；铝铁分离；研究现状；综合利用 中图分类号：ＴＤ ９８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－８５５０ （２０１４）０２－００１７－０３
０ 引 言
近年来随着氧化铝工业高速的发展，我国铝土 矿开采量也逐年递增，但国内铝土矿产量仍无法满 足氧化铝生产需要，导致从国外进口的铝土矿比例 迅速增长，铝资源对外依存度大幅增加，严重影响 我国铝行业的战略安全 。 ［１］ 另一方面，我国高 铁 铝 土矿的资源储量高达十几亿吨，随着技术的进步， 高铁铝土矿的开发利用将是我国氧化铝工业可持续 发展的有力保证。
由于在酸溶的过程中，硅的化合物多属于不溶 物，铁铝则与酸反应溶于液体，故酸法适合处理高 硅铝土矿。酸法也存在较多问题：从铝盐溶液中除 铁困难；对于工业应用来说，溶解单位重量的有价 产品所需溶剂数量较大，酸液的回收循环使用难度 大，对环境污染严重；设备要求高，要有较高的抗 腐性，成为工业应用的最大限制。 １．６ 还 原 烧 结 法
该法首先是要实现原矿中的铝铁矿物充分解 理，对于矿物粒度嵌布简单的高铁铝土矿，不仅可 以使铁铝分离开来，还可以提高铁铝矿物的品位， 是一种简单有效经济的方法。然而高铁铝土矿中铁 矿物粒度较细，铁铝矿物共生关系复杂，紧密嵌 布，地球化学和晶体化学行为铁铝相近，类质同象 替代较为常见，该法对此类矿石的铝铁回收率低， 有用成分损失较大，分离效果差。 １．２ 磁 化 焙 烧 法
陈德和徐树涛 将 ［７］ 高铁三水铝土矿进行了 拜 耳 法溶出－赤泥选铁研 究， 氧 化 铝 的 回 收 率 可 达 ５３％ ～５８％；赤 泥 配 入 还 原 煤 和 燃 烧 煤， 进 行 成 型 干 燥、还原焙烧、磁选，铁的 回 收 率 达 到 ８０％ 以 上，
得到的海绵铁粉可进行造球、炼钢使用；刘 培 旺［８］ 等人采用 湿 式 高 梯 度 脉 动 磁 选 法 处 理 某 拜 耳 法 赤 泥，可得到 ＴＦｅ含 量 ５４％ ～５６％ 的 铁 精 矿， 该 铁 精矿能用于高炉炼铁。陈世益 对 ［９］ 广西高铁三 水 铝 石矿进行常 压、 低 温 和 低 碱 浓 度 条 件 下 溶 出 约 １０ 分钟，三水 铝 石 矿 溶 出 率 高 于 ９０％， 赤 泥 掺 入 煤 粉经压 团、 干 燥， 进 入 回 转 窑 还 原 焙 烧， 然 后 破 碎、磁选、成型为海绵铁团块，产品的全铁品位和 金 属 化 率 均 高 于 ９０％ ， 铁 回 收 率 大 于 ８５％ 。
铝酸钙炉渣冶炼法主要有 ４ 种工艺： “金属化 还原－电炉 溶 分－提 取 氧 化 铝 ”， 缺 点 为 电 能 耗 量 过 大，经济上 不 可 行； “粒 铁 法” 对 设 备 要 求 较 高， 技术难度较大； “生 铁 熟 料 法” 要 将 铁 矿 物 还 原 成 铁水能耗较高，同时液相铁水的生成会对回转窑炉 衬产生严重腐蚀，使其使用寿命大幅缩短； “烧结－ 高炉冶炼法”是先进行烧结，然后烧结矿进高炉， 铁矿物还原成铁水，铝矿物生产铝酸钙渣系并渣铁 分离，该法在技术上可行，铁还原过程焦比较高， 铝酸钙炉渣的氧化铝溶出率有待于进一步提高。