高嶺石、伊利石、葉臘石等含硅礦物是鋁土礦中主要的脈石礦物，也是氧化鋁生產中最為有害的雜質。硅在溶出時與鋁生成鋁硅酸鈉（生產上稱為鈉硅渣）既引起鋁的損失，也增加堿耗，同時使得氧化鋁生產工藝復雜，生產成本高。
如何經濟有效地脫除礦石中的二氧化硅，提高鋁土礦的鋁硅比，為氧化鋁生產提供優質原料，從而降低生產成本，是合理利用我國鋁土礦資源及促進我國氧化鋁工業可持續發展的根本保證。
我國從20世紀50年代起就著手研究鋁土礦選礦脫硅技術，在研究工作中總結經驗，不斷技術創新，取得巨大的進展。為了進一步優化浮選工藝，強化粗粒富連生體的捕集，放粗入選細度和精礦細度，降低選礦成本，改善精礦脫水過濾性能，開發出優于鋁土礦選礦“九五”攻關成果的新工藝，為山東鋁業公司鋁土礦選礦廠建設設計提供依據。在深入分析研究鋁土礦的工藝礦物學特性的基礎上，吸收了階段磨礦一次選別工藝和分級-浮選工藝的優點，應用了選礦先進理論和技術，例如，閃速浮選技術等，新近開發的一種新工藝。創造性地把閃速浮選原理和粗細分選技術應用于鋁土礦選別過程，獲得理想結果。在山東鋁業公司大力支持下，于2001年7月28日順利地完成了三個方案（階段磨礦一次選別工藝、分級-浮選工藝及選擇性磨礦-粗細分選新工藝）的對比連選試驗，三個方案連續累計9個班試驗指標見表1。試驗結果表明，選擇性磨礦-粗細分選工藝，技術先進、經濟合理、易于實施。推薦采用該方案作為山東鋁業公司鋁土礦選礦廠設計依據，并建議在設計過程中考慮采用粗?？焖俑∵x技術及其配套裝備實現該工藝。
表1 三個方案的連選試驗結果/%
|
工藝技術
|
入選細度
/-75µm
|
產品名稱
|
產 率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
||||||
|
階段磨礦
一次選別
|
67.4
|
精礦
尾礦
原礦
|
81.40
18.60
100.0
|
69.05
36.20
62.94
|
5.78
10.78
|
11.94
5.84
|
89.30
10.70
100.0
|
|
分級-浮選
|
79.2
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.85
16.15
100.0
|
67.95
37.74
63.07
|
6.36
10.84
|
10.68
5.82
|
90.34
9.66
100.00
|
|
選擇性磨礦
-粗細分選
|
62.9
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.09
16.91
100.0
|
68.71
35.89
63.13
|
5.45
10.82
|
12.61
5.83
|
90.39
9.61
100.0
|
一、開發新工藝的研究
（一）新工藝的研究基礎
我國研究鋁土礦選礦脫硅技術，近年來取得巨大進步。具體表現如下：（1）創造性地把以一水硬鋁石富連生體作為捕集和回收對象的技術思路應用于鋁土礦選礦脫硅，解決了因一水硬鋁石型鋁土礦嵌布粒度細而導致的鋁精礦粒度和氧化鋁回收率之間的矛盾。（2）將鋁土礦入選細度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm，保證了選別指標和放粗精礦粒度，為后續脫水過濾、拜耳法溶出赤泥沉降提供了條件。（3）開發了復合高效分散劑，實現礦漿的有效分散，選用高效組合捕收劑強化捕收一水硬鋁石及富連生體，實現有效脫硅及最大限度地回收目的礦物。（4）選精礦指標從A/S9左右、Al2O3回收率70%，到選精礦A/S11以上、Al2O3回收率89%左右。“九五”期間，鋁土礦選礦脫硅研究工作進展加快。北京礦冶研究總院及兄弟單位針對我國中低品位一水硬鋁石型鋁土礦固有的工藝礦物學特征，做了大量的鋁土礦選礦脫硅基礎理論研究及扎實、詳細的試驗工作。在國內外首次完成了鋁土礦選礦脫硅-拜耳法生產氧化鋁新工藝的工業試驗，取得較好的技術經濟指標，不僅突破了多年來我國鋁土礦選礦脫硅氧化鋁回收率偏低的困難局面，而且極大地推動了我國鋁土礦選礦脫硅產業化進程，為進一步優化工藝技術條件及流程結構打下了堅實的基礎。
（二）開發新工藝的理論背景
提出選擇性磨礦－粗細分選工藝理論的背景是由于粗粒浮選性質存在明顯的差異，表現在粗粒和細粒的比表面能不同，因而吸附藥劑的量和速度不同；粗粒和細粒要求的攪拌強度不同；粗粒和細粒浮選要求的礦漿濃度不同；粗粒要求較短的礦化起泡浮升路程；細粒易互凝。因此，窄粒級化、粗細分選、營造分別適應粗粒和細粒浮選過程環境是提高粗粒一水硬鋁石富連生體或單體的捕收率、改善微細粒分選效率、避免礦泥惡化浮選過程、降低藥劑成本等的根本保證，從而實現在提高精礦鋁硅比的同時，經濟有效地回收有用礦物的目的。
（三）新工藝的特點
選擇性磨礦-粗細分選新工藝，吸收了階段磨礦一次選別工藝和分級－浮選工藝的優點，應用了選礦先進理論和技術，例如，閃速浮選技術等，創造性地把閃速浮選原理和粗細分選技術應用于鋁土礦選礦過程。其實質是在磨礦分級回路中，采用粗?？焖俑∵x技術，選用粗粒浮選機和高效捕收劑快速捕集分級返砂中的粗粒一水硬鋁石單體及富連生體，獲得最終精礦產品（稱為精礦1），細粒（分級溢流）進入常規浮選回路選別，產出精礦（稱為精礦2）和尾礦?？朔舜至：图毩；爝x時同時上浮對浮選環境的特殊要求，粗粒快速浮出，縮短了浮選時間，提高了粗粒捕收劑效果，改善了細粒級分選效率，減少細粒脈石進入精礦，使精礦脫水性能提高，并降低捕收劑總用量，從而節約選別成本。
二、新工藝連選試驗
（一）試驗礦樣
連選試驗礦樣的采樣設計、組織實施及采樣說明書編制由山東鋁業公司負責完成。礦樣于2001年4月份運達北京礦冶研究總院，大約20t。對礦樣進行粗、中碎及閉路細碎，將礦石加工至－3mm，混勻，取樣分析，保存備用。其礦物組成見表2。原礦中主要礦物為一水硬鋁石，少量的一水軟鋁石。含硅脈石礦物為伊利石、高嶺石、葉臘石、綠泥石等。其它礦物為銳鈦礦、金紅石、板鈦礦、針鐵礦、水針鐵礦等。此外還有微量的蒙脫石、水白云母、鋯石、電氣石、石英等。原礦多元素分析結果見表3。
表2 原礦的礦物組成及含量/%
|
礦 物
|
含 量
|
礦 物
|
含 量
|
|
一水硬鋁石
一水軟鋁石
|
64.63
|
銳鈦礦
金紅石
板鐵礦
|
3.18
|
|
伊利石
|
21.83
|
|
|
|
高嶺石
綠泥石
葉臘石
蒙脫石
|
2.14
|
針鐵礦
水針鐵礦
赤鐵礦
|
6.23
|
|
石英
|
微
|
鋯石
|
微
|
|
電氣石
|
微
|
其它礦物
|
1.99
|
表3 原礦主要化學成分分析結果/%
|
元素
|
Al2O3
|
SiO2
|
Fe2O3
|
TiO2
|
K2O
|
Na2O
|
CaO
|
MgO
|
灼堿
|
A/S
|
|
含量
|
62.73
|
10.81
|
6.41
|
3.10
|
2.06
|
0.054
|
0.042
|
0.25
|
12.72
|
5.80
|
（二）小型試驗
選擇磨礦－粗細分選工藝小型試驗開展的主要研究工作是，開發粗?？焖俑∵x強力組合捕收劑，優選細粒浮選高效分散劑，確定適宜人選細度。在條件試驗基礎上，進行閉路試驗，試驗流程如圖1，試驗結果見表4。
圖1 選擇性磨礦-粗細分選工藝小型閉路試驗流程及藥劑條件
表4 選擇性磨礦-粗細分選工藝的閉路試驗結果/%
|
新工藝技術
|
產品名稱
|
產率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
|||||
|
選擇性磨礦
-粗細分選
|
精礦1
精礦2
精礦
(精礦1+精礦2)
尾礦
原礦
|
27.91
54.89
82.80
17.20
100.0
|
68.21
70.20
69.53
35.54
63.68
|
7.20
5.05
5.78
34.46
10.71
|
9.47
13.90
12.03
1.03
5.94
|
29.89
60.51
90.40
9.60
100.0
|
（三）連選試驗
以小型試驗工藝流程為依據，適當地調整藥劑用量、確定合適的磨礦細度及浮選濃度，采用磨礦分級閉路循環，溢流再次分級，分級返砂經粗粒快速浮選，閃速選出精礦（稱精礦1），細粒（分級溢流）進常規浮選回路，經一次粗選、一次掃選、三次精選后獲得精礦（稱精礦2），工藝流程與圖1基本相同。以50kg/h，即日處理量1.2t的連選規模進行試驗。同時還進行了階段磨礦一次選別工藝（采用磨礦分級閉路循環、一次粗選、一次掃選、掃選尾礦經分級機分級后，分級粗粒返回磨機再磨再選，分級溢流為最終尾礦，粗精礦經二次精選獲得精礦）及分級-浮選工藝（采用磨礦分級閉路循環，分級溢流再次分級，返砂直接作為精礦產出，溢流進常規浮選回路，經一次粗選、一次掃選、掃選尾礦送分級機分級后粗粒返回磨機再磨再選，分級溢流為最終尾礦，粗精礦經二次精選后，獲得精礦）的連選對比試驗，三個方案連續9個班累計試驗結果見表5。
表5 三個方案的連選試驗結果/%
|
工藝技術
|
產品名稱
|
產 率
|
品 位
|
A/S
|
Al2O3回收率
|
|
|
Al2O3
|
SiO2
|
|||||
|
I：階段磨礦
一次選別
|
精礦
尾礦
原礦
|
81.40
18.60
100.0
|
69.05
36.20
62.94
|
5.78
10.78
|
11.94
5.84
|
89.30
10.70
100.0
|
|
Ⅱ：分級－浮選
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.85
16.15
100.0
|
67.95
37.74
63.07
|
6.36
10.84
|
10.68
5.82
|
90.34
9.66
100.0
|
|
Ⅲ：選擇性磨礦
－粗細分選
|
精礦
尾礦
原礦
|
83.09
16.91
100.0
|
68.71
35.89
63.13
|
5.45
10.82
|
12.61
5.83
|
90.39
9.61
100.0
|
（四）三個方案對比
以本次連選試驗結果為依據，按日處理原礦1500t規模計，參照沈陽鋁鎂設計研究院提交的《選礦－拜耳法生產氧化鋁新工藝工業試驗技術經濟論證報告》、1999年鋁土礦選礦脫硅工業試驗數據及我國大型鋁礦山選礦生產實踐，進行了三個方案的成本估算及連選試驗主要技術經濟指標對比，結果見表6。
表6 三個方案連選試驗的主要技術經濟指標對比
|
方案
|
I：階段磨礦
一次選別
|
Ⅱ：分級
－浮選
|
Ⅲ：選擇性磨礦
－粗細分選
|
|
精礦產率/%
精礦鋁硅比
精礦回收率/%
入選細度/%-75µm
精礦細度/%-75µm
選礦藥劑成本
/(元·t-1)
選礦加工成本
/(元·t-1干精礦)
|
81.40
11.94
89.30
67.4
75.80
15.35
67.68
|
83.85
10.68
90.34
79.2
77.70
14.01
62.50
|
83.09
12.61
90.39
62.9
73.86
13.15
55.89
|
從表6可見，無論是技術指標，還是經濟指標，方案Ⅲ均較為優越。與方案I相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上，而且精礦產率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節省了6元左右。
三、選擇性磨礦－粗細分選新工藝評述
方案Ⅰ在1998年河南鋁土礦選礦脫硅連選試驗和1999年河南鋁土礦選礦脫硅工業試驗流程與藥劑制度的基礎上，沿用原磨浮流程，即“階段磨礦一次選別”流程（原礦粗磨入選，粗粒級中礦返回磨機再磨，合并選別），在藥劑制度上開展深入的研究工作后，本次獲得的技術指標與1998年連選指標和1999年工業試驗指標相近，但藥劑用量下降，藥劑成本有所降低。
方案Ⅱ是在1998年連選試驗提出的“分級-浮選”工藝和1999年“階段磨礦一次選別”流程工業試驗和2001年完成的中州鋁土礦“分級－浮選”工藝工業試生產的基礎上開發的一種技術方案。原磨礦細至75%～80%－75µm后，經分選機分級，粗粒級產品直接作為精礦產出，產率約15%～20%，細粒級進入浮選回路選別，獲得精礦2和尾礦。與方案Ⅰ比較，其優點在于進入浮選作業的礦量將減少30%左右，藥劑耗量和浮選礦漿也將減少，可降低選礦成本；其缺點為，以分級方式產出精礦，波動大，難以控制，在原礦鋁硅比波動大時，尤其偏低時，難以保證精礦的鋁硅比。
方案Ⅲ“選擇性磨礦－粗細分選”工藝為根據我國鋁土礦的工藝礦物學特征，在總結已有工作的基礎上，應用選礦領域先進理論和技術，新近開發的一種新工藝，是繼1998年將鋁土礦入選細度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm之后的新的實質性進步；“粗細分選”技術創造性地運用在鋁土礦分選上，是鋁土礦選礦工藝有以新的創舉。由于粗粒與細粒浮選性質存在明顯的差異，因此窄粒級化，粗細分選，營造分別適應粗粒和細粒浮選過程浮選環境，是提高粗粒一水硬鋁石富連生體或單體的捕收率、改善微細粒分選效率、避免礦泥惡化浮選條件及降低藥劑成本的根本保證。本次連選試驗結果充分證明，方案Ⅲ技術上的先進性和經濟上的合理性。與方案Ⅰ相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上（其中藥劑節省了2.2元），而且精礦產率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節省了6.61元（其中藥劑節省了0.86元）。其優點為入選粒度粗（磨礦細度為60%～65%－75µm），大部分的粗粒在磨礦分級回路中快速選出，改善了磨礦分級條件，避免了目的礦物過磨；細粒進入常規浮選，礦量少，且無浮選尾礦分級作業和中礦返回磨機的大循環，藥劑消耗，球耗和能耗將大為減少。
四、結語
（一）“選擇性磨礦－粗細分選”工藝是根據我國鋁土礦的工藝礦物學特征，以一水硬鋁石富連生體及中等品位連聲體為捕集和回收目標，實施選擇性碎磨，進一步放粗入選細度（60%～65%－75µm），是繼1998年將鋁土礦入選細度從95%以上－75µm放粗至70%～75%－75µm之后的新的實質性進步。“粗細分選”技術創造性地運用在鋁土礦分選上，是鋁土礦選礦工藝又一新的創舉。
（二）開發了“選擇性磨礦-粗細分選”新技術，并完成了小型試驗和連選試驗。原礦鋁硅比5.83時，獲得了精礦產率83.09%，精礦鋁硅比12.61，三氧化二鋁回收率90.39%。
（三）本次連選試驗結果充分證明，新工藝技術上的先進性和經濟上的合理性。與方案Ⅰ相比，不僅噸精礦加工成本減少11元以上（其中藥劑節省了2.2元），而且精礦產率高1.69%、精礦鋁硅比高0.67、精礦回收率高1.09%；與方案Ⅱ相比，精礦回收率及產率相近，但精礦鋁硅比高1.93，噸精礦加工成本節省了6元左右（其中藥劑節省了0.86元）。
（四）本次連選試驗技術指標穩定、可靠，工藝流程和藥劑制度簡單易行。
