山西秋堰沉積型鋁土礦礦石特征及工藝研究

王鑫偉，侯夢懷

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059；2.山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西晉中030620）

1 礦床地質(zhì)特征

山西省秋堰沉積型鋁土礦產(chǎn)于低中山黃土丘陵區(qū)的古風(fēng)化殼中，含礦巖簡單，自下而上分為三層：①底板主要為粘土巖，次為山西式鐵礦、鐵質(zhì)粘土巖、及少量的黃鐵礦、硬質(zhì)耐火粘土礦，比例分別為:37.50%、37.50%、18.75%、3.13%、3.12%。厚度50m～90.97m。②沉積鋁土礦層，灰-灰白色，底部山西式鐵礦，向上依次為鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、硬質(zhì)耐火粘土礦或粘土巖，礦石磨圓度中等，為次圓狀-次棱角狀，分選性好，礦體層厚最大值為5.90m，最小值為0.50m。③礦體頂板為硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖，其中硬質(zhì)耐火粘土礦約占46.25%，粘土巖約占53.75%。夾石工程率9.40%，夾石多數(shù)以粘土巖為主，小部分為硬質(zhì)耐火粘土礦和山西式鐵礦，比例分別為78.47%、14.19%、7.34%。厚度為1.11m～5.83m[1]。

秋堰鋁土礦礦體的形態(tài)受到奧陶系古侵蝕面的嚴(yán)格控制，宏觀上呈層狀、似層狀于含礦地層中，通常是為一層，有些部分為二層，或夾粘土巖。礦體厚度趨向?yàn)槁额^厚深部薄。

2 礦石特征

2.1 礦石的化學(xué)成分

礦區(qū)礦石化學(xué)主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2四項(xiàng)，通常是其礦石化學(xué)成分總量的80%～83%。據(jù)138個(gè)鋁土礦基本分析樣結(jié)果統(tǒng)計(jì)，礦石中各個(gè)化學(xué)成分的含量為：Al2O351.60%～78.48%；SiO21.42%～22.52%；Fe2O30.61%～22.88%；TiO21.76%～4.46%。Al/Si 2.60～63.52。其余化學(xué)成分比例甚少，見表1、2，表中可知有害成分S、MgO比例低，對礦石的工業(yè)生產(chǎn)性能影響不大。

表1 鋁土礦組合分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 /%Tab.1Statisticaltableofbauxitecombinationanalysisresults/%

2.2 礦石的礦物組成

鋁土礦的組成礦物以一水硬鋁石（Al2O3·H2O）為主要成分，含量為52%～84%，通常65%～75%；次要礦物是高嶺石，含量通常小于8%；少量赤鐵礦、褐鐵礦、水云母及重礦物（銳鈦礦、電氣石、鋯石）等。①一水硬鋁石:集合體常呈微晶狀，常有微量有機(jī)質(zhì)或者鐵質(zhì)不均勻混染其表面而呈現(xiàn)出黃色、黃褐色等，顆粒粒徑0.15mm～0.60mm，少數(shù)1mm～2mm，部分經(jīng)重結(jié)晶作用，晶形較好，呈片狀、板狀、柱狀。②高嶺石:呈顯微鱗片狀，隱晶質(zhì)泥狀、蠕蟲狀，分散在碎屑以及填隙物當(dāng)中。③褐鐵礦、赤鐵礦:在碎屑間及裂隙當(dāng)中零星分布。④重礦物:常見的重礦物有銳鈦礦、鋯石、電氣石，均呈碎屑礦物出現(xiàn)。

表2 鋁土礦化學(xué)全分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 /%Tab.2 Statistical table of bauxitechemical complete analysis results /%

2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及類型

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造在礦床評價(jià)和采選冶工藝中具有重要意義，礦石結(jié)構(gòu)以碎屑結(jié)構(gòu)、致密狀結(jié)構(gòu)、半粗糙狀結(jié)構(gòu)為主。鏡下為微晶粒狀結(jié)構(gòu)、含碎屑結(jié)構(gòu)，或者局部碎屑狀結(jié)構(gòu)等[2-3]。

①碎屑狀鋁土礦：是本區(qū)的主要的礦石類型，占采集鋁土礦樣品總數(shù)的82.60%。礦石顏色以灰、淺灰色為主，且有明顯碎屑結(jié)構(gòu)特征，吸水性為中等。碎屑與基質(zhì)的顏色，前者通常較深而后者較淺。顯微鏡下碎屑結(jié)構(gòu)，碎屑的形狀多為圓狀、次圓狀、次棱角狀。碎屑的粒徑通常是0.10mm～0.90mm。碎屑分布均勻，碎屑表面通常是以黃色、黃褐色為主，碎屑與基質(zhì)之間界線絕大部分明顯，局部不明顯。碎屑礦物組成成分主要是一水硬鋁石，其為含量60%～70%，其他礦物：高嶺石20%～25%，鐵質(zhì)＜4%，其它＜5%。

碎屑狀鋁土礦的主要化學(xué)成分為：Al2O351.56%～76.53%；SiO21.54%～22.56%；Fe2O30.62%～22.87%；TiO21.78%～4.44%；Al/Si2.61～48.93。

②致密狀鋁土礦：亦是本區(qū)主要的礦石類型之一，占采集鋁土礦樣品總數(shù)的4.34%。礦石顏色以灰、深灰色為主，具有明顯的致密狀結(jié)構(gòu)特征、塊狀構(gòu)造。礦物組成成分主要為一水硬鋁石，次之高嶺石。

致密狀鋁土礦化學(xué)組成成分：Al2O361.00%～72.65%；SiO26.45%-17.15%；Fe2O31.24%～6.01%；TiO22.45%～3.95%；Al/Si 3.56～11.25。

③半粗糙狀鋁土礦：是介于粗糙狀與碎屑狀鋁土礦的一種過渡類型，該礦石類型為次要類型，占采集鋁土礦樣品總數(shù)13.06%。礦石顏色以灰-灰白、淡黃色為主，具有半粗糙狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，塊狀構(gòu)造。顯微鏡鏡下呈微晶粒狀結(jié)構(gòu)、局部呈碎屑狀結(jié)構(gòu)，但絕大多數(shù)碎屑的輪廓分辨不清晰。有微量不均勻黃褐色、灰褐色在表面是由于少量有機(jī)質(zhì)及其它雜質(zhì)混染所致。礦物主要組成成分是一水硬鋁石，含通常在92%左右，其次含少量高嶺石，含量＜4%，另微量褐鐵礦，重礦物當(dāng)中含有銳鈦礦、電氣石、鋯石等。

半粗糙狀鋁土礦的主要化學(xué)成分為:Al2O358.72%～78.5%；SiO21.42%～18.02%；Fe2O30.66%～5.37%；TiO22.32%～3.35%；Al/Si3.26～55.33，見表3。

表3 各礦石類型化學(xué)成分平均含量Tab.3 Average chemical composition content of each ore type

從表中可得出，礦石類型品位由高到低依次為半粗糙狀礦石、碎屑狀礦石和致密狀礦石。

3 礦石的工藝性研究

本區(qū)的鋁土礦用于氧化鋁（簡稱鋁氧）生產(chǎn)，本文只評述礦石的鋁氧工藝性能。

3.1 礦物組分和組構(gòu)的工藝性能

礦區(qū)鋁土礦石的主要礦物組分為硬水鋁石和高嶺石，其次是褐鐵礦、赤鐵礦，微量礦物類型有針鐵礦、金紅石、綠泥石、銳鈦礦、伊利石等。硬水鋁石和高嶺石是有益組分Al2O3和金屬鎵的主要載體，其在鋁氧生產(chǎn)的溶解性能，決定于其單體的結(jié)晶程度和粒度；結(jié)晶程度越好，晶格能越大，溶解性越差，粒度越粗，溶解時(shí)間越長，兩者均影響Al2O3的溶出性能；如廣西平果堆積礦硬水鋁石經(jīng)重結(jié)晶和次生形成，結(jié)晶程度高、粒度粗，用兩次溶出工藝尚有部分粗大晶體未被溶解；礦區(qū)礦石中結(jié)晶程度較高，粒較粗的次生硬水鋁石和高嶺石量極微，絕大部分為原生礦物，其結(jié)晶差、粒度細(xì)，因此其中的Al2O3易于溶出，礦石的鋁氧生產(chǎn)溶出性能應(yīng)好[4]。

實(shí)驗(yàn)證明，礦石中伊利石量高，要影響拜爾法氧化鋁生產(chǎn)的預(yù)脫硅性能，如河南礦石比山西礦石伊利石含量多，預(yù)脫硅低于山西礦石；礦區(qū)礦石中其含量甚微，影響可忽略不計(jì)。國外有資料報(bào)導(dǎo)，鮞綠泥石在拜爾法鋁氧生產(chǎn)中不溶解，針鐵礦影響赤泥沉降速度。此為三水型鋁土礦在低溫低壓條件下拜爾法生產(chǎn)的結(jié)論，我區(qū)為一水硬鋁石型礦石，拜爾法鋁氧生產(chǎn)在高溫高壓條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)未發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象，且礦區(qū)綠泥石為鱗綠泥石，其與針鐵礦均量微，對生產(chǎn)工藝無影響。

礦石結(jié)構(gòu)對Al2O3溶出及回收率的影響是，相嵌結(jié)構(gòu)高，包含結(jié)構(gòu)低。如平果鋁礦因系次生氧化礦石，部分硬水鋁石被赤褐鐵礦包裹不能溶解而影響Al2O3的溶出和回收率；越南涼山鋁礦硬水鋁石多有鐵質(zhì)包皮，溶出性能最差；礦區(qū)礦石為相嵌結(jié)構(gòu)、高嶺石和鐵礦主要呈硬水鋁石的填穴物，相互間易于解離，因此Al2O3的溶出和回收率均較高。

3.2 礦石化學(xué)組分的工藝評價(jià)

在鋁氧生產(chǎn)中礦石的Al2O3、Ga、K2O、Na2O是有益組分，SiO2、S、TiO2、CaO、MgO、Fe2O3是有害組分，SiO2、TiO2高堿耗大，生產(chǎn)成本高，S高耗堿并在管道中結(jié)疤，影響正常生產(chǎn)；CaO、MgO和Fe2O3含量高也要耗堿、結(jié)疤阻塞管道和增加赤泥量，影響生產(chǎn)和成品的產(chǎn)出率。礦區(qū)礦石各組分平均值為Al2O365.04%、SiO213.52%、Fe2O32.21%，A/S4.81；S0.024%，CaO0.22%，MgO0.33%，其中：S、CaO、MgO、Fe2O3有害組分一般均不超過工藝要求；從鋁氧生產(chǎn)工藝劃分，礦區(qū)礦石應(yīng)屬于含鐵、低硫型礦石，礦石品級為Ⅳ級，在山西鋁礦資源中屬于中等礦石[5-7]。

按鋁氧工藝要求，鐵對拜爾法生產(chǎn)工藝無影響，鐵高只增加堿耗及赤泥量，影響產(chǎn)品成本和產(chǎn)率；鐵對燒結(jié)法有影響，鐵低不能燒結(jié)，鐵高在轉(zhuǎn)窯中形成結(jié)圈，不能生產(chǎn)；我國結(jié)合國內(nèi)燒法的工藝，爐料鐵鋁分子比應(yīng)當(dāng)在0.08～0.12之內(nèi)，結(jié)合我國硬水鋁石型礦石品位，要求礦石Fe2O3不超過10%，最好7%～8%。本礦區(qū)礦石Fe2O3平均2.21%，采出混入圍巖的采出品位為2.81%，有利于拜爾法生產(chǎn)，普鋁的中貧礦石適合燒結(jié)法工藝。

綜上所述，從礦石組分、組構(gòu)的生產(chǎn)工藝而論，礦區(qū)礦石是很好的氧化鋁生產(chǎn)原料。

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