低品位鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁材料制備技術(shù)研究

高 帥

（龍口東海氧化鋁有限公司，山東 煙臺 264000）

隨著氧化鋁材料的需求量與日俱增，高品位鋁礦資源已經(jīng)供不應(yīng)求。目前鋁硅比3～5的低品位鋁礦成為我國生產(chǎn)氧化鋁的主要材料，而且具有壟斷市場的趨勢。相比國內(nèi)的鋁礦品位，國外進(jìn)口的鋁礦品位明顯高于國內(nèi)，有的鋁硅比竟高達(dá)7～8左右。受生產(chǎn)工藝水平的限制，氧化鋁生產(chǎn)成本呈大幅度上升趨勢。通過傳統(tǒng)的拜耳法和燒結(jié)法生產(chǎn)工藝處理低鋁硅在難度上遠(yuǎn)大于處理普通礦物。為解決氧化鋁資源短缺的問題，人們開始探究新的含鋁礦物作為原料生產(chǎn)氧化鋁。比如：高嶺土、粉煤灰和煤砰石等，那么找到與之相匹配的生產(chǎn)工藝是優(yōu)先需要關(guān)注的問題[1]。與此同時，為更好的滿足氧化鋁經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)出能夠徹底改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的原料，具有十分重大的意義。

1 低品位鋁礦生產(chǎn)氧化鋁的工藝路線選擇

低品位鋁礦生產(chǎn)氧化鋁的本質(zhì)就是利用拜耳法，將NeOH溶液及鋁礦中ZotH作用生成含鋁氧化鈉；或使用燒結(jié)法，加入Cahx和TZotH生成可溶性的鋁酸鈣化鈉，也就是焙燒的氧化鋁產(chǎn)品的過程。而所謂的串聯(lián)法指的是將拜耳法和燒結(jié)法結(jié)合起來。根據(jù)焙燒的氧化鋁產(chǎn)品特點在不同步驟選擇適合的生產(chǎn)方法如圖1所示。

由圖可見，要想顯著降低氧化鋁生產(chǎn)成本就必須采用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，鋁礦選礦原礦的成本約為70元/噸，相當(dāng)于一般中型選礦廠的選礦成本。為了減少氧化鋁生產(chǎn)的單位礦石消耗，增加選礦成本利用選礦精礦生產(chǎn)氧化鋁是不可避免的。但取消了氧化鋁廠由于選礦不精所造成的礦石破碎、磨礦作業(yè)的成本，都可以用來充當(dāng)選礦成本[2]。燒結(jié)法相比于拜耳法可以改善原料冶金性能，但穩(wěn)定性較低，容易在生產(chǎn)時造成不必要的浪費。串聯(lián)法綜合了拜耳法及燒結(jié)法的優(yōu)點，雖具有極高的穩(wěn)定度，但不能最大效率的提高氧化鋁的產(chǎn)量。并且操作過程極為復(fù)雜，會產(chǎn)生一定額外的開支。

圖1 原燃料及動力費用變化圖

2 低品位鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁材料制備技術(shù)

自60年代初，我國以開采鋁石資源為目的，大量開展的鋁礦選礦試驗。利用開采的礦石經(jīng)選礦脫硅后用于生產(chǎn)氧化鋁，實現(xiàn)從選礦到冶煉一條龍生產(chǎn)。在一定程度上，幫助我國氧化鋁工業(yè)因受品位因素及礦石性質(zhì)影響產(chǎn)量低的問題。但當(dāng)時生產(chǎn)氧化鋁的方式只能以消耗大、投資高并且流程復(fù)雜的燒結(jié)法工藝為主。在70年代進(jìn)行了拜耳法的試驗，在鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁的研究中取得重大突破。但由于認(rèn)識和技術(shù)仍具有局限性，一直未能實現(xiàn)低品位鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁這一構(gòu)想。直到將“拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝”再次提上研究議程，總結(jié)出從原礦質(zhì)量問題入手。經(jīng)過選礦為氧化鋁廠提供高質(zhì)量的精礦，實現(xiàn)從選礦到冶煉一條龍生產(chǎn)。為目前采用串聯(lián)法和燒結(jié)法的氧化鋁廠的生產(chǎn)工藝及技術(shù)改造指明了發(fā)展方向。對于加快我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展，提高我國氧化鋁工業(yè)在國際競爭實力打造了扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的流程，第一步是對原礦的預(yù)處理，多數(shù)情況下指的就是對原礦進(jìn)行預(yù)熱處理。再來是將氧化鋁轉(zhuǎn)化為不可溶性的有機酸鋁鹽，并且對有機酸鋁鹽提純。有機酸鋁鹽的分解和氫氧化鋁的有機酸鹽。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的過程中，會產(chǎn)生氧化物與酸作用生成工業(yè)鹽。因此，拜耳法主要適用于處理低品位鋁礦。拜耳法生產(chǎn)產(chǎn)生的含酸工業(yè)鹽可回收再利用，廢渣可加工成建材、橡塑填充料等。燒結(jié)法生產(chǎn)不但會產(chǎn)生有害廢氣，而且伴隨大量蒸汽溢出，對大氣、地表、地下、人畜都會造成明顯污染，不符合環(huán)保要求。采用低品位鋁礦為原料，通過合理運用拜耳法或燒結(jié)法、串聯(lián)法直接生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁，既可以解決污染環(huán)境的問題，又可以解決鋁礦資源綜合利用問題。所生產(chǎn)的大量工業(yè)氧化鋁可以有效緩解我國工業(yè)氧化鋁資源不足的情況。

目前在生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁上，要在眾多鋁礦中精準(zhǔn)選用即耐酸又耐高溫的低品位鋁礦困難較多。因此，在選礦工藝上需要提高精準(zhǔn)度，不僅可以解決鋁礦破損、鋁礦生產(chǎn)氧化鋁比例低的問題，同時也減少生產(chǎn)過程中多余能量流失。為了追求氧化鋁生產(chǎn)的生產(chǎn)量達(dá)標(biāo)，就意味著對低品位礦石的需求越來越大。低品位礦石的數(shù)量將越來越少，如果無法在礦產(chǎn)資源上采取相應(yīng)的措施，不能保證低品位礦石的可持續(xù)發(fā)展，勢必會制約氧化鋁的生產(chǎn)。早在20世紀(jì)初期，國內(nèi)一些大型氧化鋁企業(yè)，已進(jìn)行了低品位礦石脫硅選礦的試驗，并開始應(yīng)用到低品位鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁材料生產(chǎn)中。在經(jīng)濟全球化的時代背景下，在原有礦山基礎(chǔ)上建一座選礦廠其收益大大高于建一個相同生產(chǎn)能力的礦山。不但所需的投資少，而且建造工期短。因此，憑借科技進(jìn)步，推廣選礦工藝，將是低品位礦山充分利用礦產(chǎn)資源直接生產(chǎn)氧化鋁材料制備最高技術(shù)，也是實現(xiàn)氧化鋁材料大量生產(chǎn)適應(yīng)市場發(fā)展的有效途徑。

3 結(jié)語

低品位鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁材料制備技術(shù)研究，為合理利用我國中低品位鋁土礦資源實現(xiàn)氧化鋁材料大量生產(chǎn)提供了技術(shù)保證。為改革我國氧化鋁生產(chǎn)一直采用傳統(tǒng)的燒結(jié)法、串聯(lián)法、拜耳法生產(chǎn)工藝開辟出新道路，對于提高我國氧化鋁工業(yè)國際市場上的競爭力具有重大現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。