廣西那坡縣龍合地區(qū)鋁土礦加工選冶技術(shù)試驗(yàn)研究

摘 要：廣西那坡縣龍合地區(qū)巖溶堆積型鋁土礦，礦床規(guī)模大，礦石質(zhì)量差異較大，其礦石加工選冶技術(shù)試驗(yàn)研究具有重要意義。通過(guò)采用較先進(jìn)的技術(shù)方法對(duì)鋁土礦石的選礦、抗壓強(qiáng)度、氧化鋁溶出、赤泥沉降等試驗(yàn)研究，認(rèn)為該區(qū)鋁土礦石加工選冶技術(shù)性能良好，其研究成果和工藝技術(shù)對(duì)同類型礦床礦石選冶試驗(yàn)研究有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床；地球化學(xué)特征；成礦模式

廣西那坡縣龍合地區(qū)是我國(guó)重要的鋁土礦資源基地之一——桂西鋁土礦的組成部分，探明的資源儲(chǔ)量相當(dāng)于兩個(gè)大型鋁土礦床規(guī)模。其中龍合地區(qū)中心地段以中鋁低硅優(yōu)質(zhì)鋁土礦石為主，周邊以低鋁高硅劣質(zhì)鋁土礦石為主，礦石質(zhì)量差異較大，值得進(jìn)行礦石加工選冶技術(shù)試驗(yàn)研究。其研究成果和工藝技術(shù)具有一定的代表性，對(duì)同類型礦床的鋁土礦石加工選冶試驗(yàn)研究有參考價(jià)值。

1 地質(zhì)特征

該地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置處于上揚(yáng)子陸塊富寧-那坡被動(dòng)邊緣盆地那坡褶斷帶的東部，屬平果-靖西鋁土礦成礦帶的西段，鋁土礦礦層、礦體的產(chǎn)出受背斜、向斜等褶皺構(gòu)造嚴(yán)格控制，沉積鋁土礦一般出露于向斜翼部，堆積鋁土礦分布于背斜內(nèi)側(cè)或向斜外側(cè)。區(qū)內(nèi)出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系，除下泥盆統(tǒng)下部、中三疊統(tǒng)百蓬組為海相陸源碎屑巖沉積和第四系為陸相沉積外，其余地層均為海相碳酸鹽巖沉積。其中上二疊統(tǒng)底部產(chǎn)沉積型鋁土礦（出露地表部分為殘積型鋁土礦），該沉積型鋁土礦經(jīng)風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)至就近的巖溶洼地、緩坡坡地之第四系更新統(tǒng)紅土堆積層中，與紅土混雜堆積，形成堆積型鋁土礦。堆積鋁土礦體受巖溶地貌的控制，主要分布于強(qiáng)巖溶化峰叢洼地及其坡地地貌。

1.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)堆積型鋁土礦礦體賦存于巖溶洼地及其坡地的第四系更新統(tǒng)巖溶堆積紅土層，共圈定礦體252個(gè)。礦體形態(tài)表現(xiàn)為：平面上較復(fù)雜，一般呈不規(guī)則狀、枝狀、短軸狀、條帶狀、長(zhǎng)軸狀；剖面上較簡(jiǎn)單，多為單層礦，常呈似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睢５V體產(chǎn)狀主要受基底形態(tài)制約，隨基底的起伏而起伏，底面凹凸不平，總體產(chǎn)狀較為平緩，一般傾角為0～15°，礦體邊部及坡地上產(chǎn)狀較陡，傾角為15～30°。礦體大小規(guī)模差異大，礦體長(zhǎng)100～2850m，寬10～1240m，厚0.5～20.50m，厚度變化系數(shù)57.49%。礦體含礦率為202～1969㎏/m3，一般為350～1200㎏/m3，含礦率變化系數(shù)40.88%。礦體大部分裸露地表，少部分表土覆蓋，蓋層厚0～15.40m。

1.2 礦石質(zhì)量

礦體原礦主要由粒度不一的鋁土礦石和粘土組成，偶含少量泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、褐鐵礦、錳質(zhì)結(jié)核、硅質(zhì)巖等碎塊，其占原礦重量鋁土礦石20～60%、粘土（粒級(jí)<1mm）40%～80%、其他0～2%。其中弱、中、強(qiáng)粘性原礦所占比例分別為95.74%、3.91%、0.35%。原礦經(jīng)清水沖洗即可獲得凈礦石（鋁土礦石），一般回收大于1mm粒級(jí)的鋁土礦粒塊。

鋁土礦石呈灰zhvv5Og5afgObRYitpg5Sg==、深灰、綠灰、棕紅、褐紅、灰黃色，礦石結(jié)構(gòu)以礫屑—砂屑、豆?！b粒和粒屑結(jié)構(gòu)為主，礦石構(gòu)造以塊狀構(gòu)造為主。礦石形態(tài)以次棱角狀為主，其次為次圓狀，少量為棱角狀。礦塊大小懸殊，一般為1～15㎝。礦塊在空間分布的一般規(guī)律為：沿水平方向，愈靠近沉積鋁土礦露頭帶，礦石塊度愈大，棱角愈明顯，反之則小而磨圓度較好；礦體垂向上，中上部礦石塊度較大，下部塊度較小且磨圓度較好。

礦石的礦物組成主要包括鋁礦物、鐵礦物、鈦礦物、粘土礦物。其中鋁礦物以硬水鋁石為主，其次為三水鋁石，鐵礦物以赤鐵礦和針鐵礦為主，粘土礦物以高嶺石、鮞綠泥石為主。殘積型鋁土礦中粘土礦物主要為鮞綠泥石，有少量高嶺石，X衍射半定量分析顯示粘土礦物總量為18.7%～43.2%，均值為32.8%；而堆積型鋁土礦中粘土礦物主要為高嶺石、伊利石以及少量的葉臘石，礦物含量為2.5%～29.6%，均值為13.9%。說(shuō)明堆積型鋁土礦在形成過(guò)程中，其礦石中的粘土礦物也發(fā)生了分解。

礦石主要化學(xué)組分：Al2O3 40.19%～66.27%，變化系數(shù)7.88%；SiO2 0.77%～18.97%，變化系數(shù)74.76%；Fe2O3 8.58%～36.85%，變化系數(shù)18.82%；灼失量9.48%～15.17%，變化系數(shù)7.83%；TiO2 2.79%～5.08%，變化系數(shù)17.62%；A/S 2.61～127.55，變化系數(shù)86.85%。礦石質(zhì)量差異大，礦石品級(jí)以Ⅱ品級(jí)和級(jí)外品為主，有少量的Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ品級(jí)礦石。礦石自然類型為一水硬鋁石型鋁土礦石。

2 礦石加工技術(shù)性能

廣西那坡縣龍合地區(qū)堆積型鋁土礦石的加工選冶技術(shù)性能主要包括原礦的可洗性能、礦石加工破碎性能、氧化鋁溶出性能以及赤泥沉降性能等，均進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究。

2.1 原礦可洗性

2.1.1 原礦樣品的野外洗樣試驗(yàn)

所有礦體的井探工程均采用全巷重量四分法采集并篩選基本分析樣品，所有樣品均經(jīng)野外人工洗樣。野外人工洗樣是采用高壓水槍沖洗，所獲得的凈礦樣品含泥率很低，達(dá)到洗樣精度要求。野外洗樣試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，弱粘性、含礦率高的原礦更易于洗礦，區(qū)內(nèi)原礦屬易洗礦石。

為了解洗礦泥漿水可重復(fù)利用程度，采集2個(gè)礦層粘土試樣（重3kg）進(jìn)行洗礦泥漿簡(jiǎn)易自然沉降試驗(yàn)。試驗(yàn)方法是試樣放入直徑26cm、高27cm的半透明塑料桶注滿水?dāng)噭蚝箪o放，泥漿澄清面的高度（讀至1mm）觀測(cè)記錄頻數(shù)為：前60min一次/10min、1到4小時(shí)一次/30min，4到7小時(shí)一次/小時(shí)，7小時(shí)以后間隔較長(zhǎng)，觀察時(shí)間32個(gè)小時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。泥漿澄清面沉降曲線圖（圖1）顯示，2個(gè)試樣的沉降曲線形態(tài)基本相似，澄清面高度相差較?。怀吻迕嫦陆邓俣扔煽於?，90分鐘后明顯變慢，7個(gè)小時(shí)后速度接近于零。泥漿水經(jīng)靜放90min和4個(gè)小時(shí)即可分別回收70%以上或80%以上的泥漿清水。由此可見(jiàn)，洗礦泥漿總體較易沉降，泥、水較易分離，洗礦泥漿水易于回收重復(fù)利用。

2.1.2 礦石可洗性試驗(yàn)研究

共采集有代表性的實(shí)驗(yàn)室試樣2個(gè)，分別為試樣1（那坡縣境內(nèi)，樣品重量1500kg）和試樣2（靖西縣境內(nèi)，樣品重量1600kg）。根據(jù)桂西堆積鋁土礦洗礦試驗(yàn)的研究成果，采用GKΦ800×600實(shí)驗(yàn)型圓筒洗礦機(jī)進(jìn)行試樣可洗性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

①洗礦時(shí)間條件試驗(yàn)

固定試驗(yàn)點(diǎn)給礦量為30kg，礦漿液固比為2：1，試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣1的洗礦時(shí)間≥18min時(shí)可基本保證凈礦含泥率<3%；試樣2的洗礦時(shí)間≥11min時(shí)可基本保證凈礦含泥率<3%。充分對(duì)比礦石的洗礦效果與洗礦時(shí)間的變化，確定較適宜的洗礦時(shí)間條件：試樣1為18min，試樣2為11min。

②礦漿液固比條件試驗(yàn)

固定試驗(yàn)點(diǎn)給礦量為30kg，洗礦時(shí)間試樣1為18min，試樣2為11min，試驗(yàn)結(jié)果表明，礦漿液固比（洗礦濃度）對(duì)洗礦效果的影響不如洗礦時(shí)間的影響明顯。當(dāng)洗礦時(shí)間試樣1為18min，試樣2為11min時(shí)，洗礦液固比為1.5：1時(shí)脫泥效果最好，故適宜的礦漿液固比條件為1.5：1。

③礦石可洗性驗(yàn)證試驗(yàn)

選擇條件試驗(yàn)所獲得的最佳洗礦條件進(jìn)行礦石可洗性驗(yàn)證試驗(yàn)，所獲得的精礦含泥率均<3%，精礦產(chǎn)品品位：試樣1為Al2O3 53.24%、A/S12.01，試樣2為Al2O3 52.15%、A/S6.02，達(dá)到了試驗(yàn)要求。驗(yàn)證試驗(yàn)最終確定試樣1的洗礦最佳條件為礦漿液固比1.5：1、洗礦時(shí)間18min，試樣2的洗礦最佳條件為礦漿液固比1.5：1、洗礦時(shí)間11min。

④礦樣晾干后的可洗性對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)樣經(jīng)自然晾干10天后，在礦漿液固比為1.5：1時(shí)，試樣1僅用10min、試樣2僅用5min的洗礦時(shí)間，就獲得凈礦含泥率均低于2%的洗礦效果。說(shuō)明礦樣晾干后其洗礦性能明顯得到改善，可大幅度縮短洗礦時(shí)間。原因是晾干后強(qiáng)粘性泥團(tuán)變得松脆、遇水浸泡后易散開(kāi)，礦石變得易洗。

⑤尾礦的沉降試驗(yàn)及環(huán)境污染分析

取洗礦試驗(yàn)的尾礦泥（-1.0mm）按10%、15%固體重量濃度進(jìn)行不添加絮凝劑的尾礦漿自然沉降試驗(yàn)，結(jié)果表明：a.低濃度尾礦比高濃度尾礦沉降速度快，其原因是前者屬自由沉降、后者屬干涉沉降；b.試樣1洗礦尾礦沉降速度較快，試樣2則相對(duì)要慢，其原因可能與比重、粒度組成及物料表面特性有關(guān)；c.所有物料1個(gè)小時(shí)內(nèi)沉降速度較快，其后變得極緩慢，24小時(shí)后趨于穩(wěn)定；d.尾礦經(jīng)沉降后澄清水已完全透明，可返回洗礦流程循環(huán)使用，不僅減少新水用量、降低能耗，而且對(duì)環(huán)境不造成污染。與野外試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

堆積鋁土礦洗礦工藝產(chǎn)出的可能污染物為廢水、尾礦泥。洗礦工藝過(guò)程不添加藥劑，礦石本身亦無(wú)易溶性有毒有害物質(zhì)或組分，洗礦含泥廢水其懸浮物主要是原礦篩洗出來(lái)的粘土和礦物細(xì)粒；含泥廢水經(jīng)高效濃密脫水后，上部澄清液可循環(huán)使用，濃縮底流（礦泥）排入排泥庫(kù)。澄清后的洗礦尾礦水經(jīng)化學(xué)分析，其有害有毒成分含量均低于《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可做到達(dá)標(biāo)排放。尾礦泥包括篩洗礦泥和手揀泥團(tuán)，經(jīng)X熒光半定量分析，其主要成分是泥質(zhì)土壤和含鋁、鐵、硅的礦物細(xì)粒，屬一般固體廢物。尾礦泥經(jīng)濃縮大部分可壓濾用于復(fù)墾，其余則泵送至排泥庫(kù)中堆存。

洗礦試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，區(qū)內(nèi)鋁土礦原礦屬易洗礦石，洗礦不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

2.2 礦石抗壓性測(cè)試

自然抗壓性能試驗(yàn)樣品采自各個(gè)礦段的主要礦體，共采集25塊規(guī)格大致為30×20×10cm、無(wú)明顯裂縫的鋁土礦塊。試樣加工成三個(gè)長(zhǎng)10cm、直徑5cm的標(biāo)樣后使用壓力試驗(yàn)機(jī)（WE-60）進(jìn)行自然抗壓測(cè)試，結(jié)果顯示，礦石的天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度為17.1～141.7Mpa，單樣平均為21.6～134.5Mpa，所有試樣平均為70.1Mpa，礦石抗壓強(qiáng)度較德保鋁土礦、平果鋁土礦稍低，可采用鄂式破碎機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)和短頭圓錐破碎機(jī)聯(lián)合破碎工藝進(jìn)行大批量破碎礦石，破碎工藝簡(jiǎn)單。本區(qū)堆積鋁土礦石屬易破碎加工礦石。

2.3 礦石溶出性能試驗(yàn)研究

共采集具代表性的15個(gè)礦石樣和3個(gè)組合樣共計(jì)18個(gè)試樣進(jìn)行礦石溶出性能實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。試驗(yàn)由中南大學(xué)承擔(dān)，試驗(yàn)方法為高壓拜耳法溶出試驗(yàn)，試驗(yàn)環(huán)境為鹽浴間接加熱高壓釜內(nèi)。試驗(yàn)直接利用近幾年桂西地區(qū)堆積鋁土礦的最佳試驗(yàn)條件，即：溫度260℃，溶出時(shí)間1.5小時(shí)，溶出母液：Na2Ok 228.85g/l，ak為3.03，石灰加入量為礦樣重量的7%。試樣磨至細(xì)度-160～-200目。試樣中A/S值最高為42.65，最低為1.97。以試樣品位計(jì)算其理論溶出率，以實(shí)際溶出數(shù)據(jù)采用Fe內(nèi)標(biāo)法、A/S法、渣重法等三種方法計(jì)算實(shí)際溶出率，再用實(shí)際溶出率與理論溶出率的比值計(jì)算相對(duì)溶出率。

試樣溶出結(jié)果（見(jiàn)表1）顯示：?jiǎn)螛覣l2O3的實(shí)際溶出率為38.67%～93.43%（三種計(jì)算方法的均值），其中礦樣為69.92%～93.43%，17個(gè)礦樣的平均值為81.5%，非礦樣為38.67%；單樣Al2O3的相對(duì)溶出率為76.86%～98.97%（均值），其中17個(gè)礦樣的平均值為92.64%，非礦樣為78.59%，相對(duì)溶出率較高。

表1中還顯示，相對(duì)溶出率最高的不是A/S最高的試樣，與在同一溶出條件下溶出率的高低與礦石的A/S成正相關(guān)的規(guī)律不一致。其原因是，形成方鈉石過(guò)程中，每份SiO2造成等量的Al2O3損失，其SiO2主要不是來(lái)自石英、蛋白石，而是鋁硅酸鹽礦物。由于高嶺石（分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O）普遍存在，當(dāng)它變成方鈉石時(shí)，本身含有Al2O3，只需從溶液中攝取少量的Al2O3補(bǔ)充不足部分，并不會(huì)造成與SiO2等量的損失，使得鋁硅酸鹽礦物含量多的其相對(duì)溶出率無(wú)疑升高一些。

礦石溶出試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)樣品A/S≥7時(shí)，相對(duì)溶出率平均值為94.23%；當(dāng)樣品A/S<7時(shí)，相對(duì)溶出率平均值高達(dá)92.38%；非礦樣品（A/S僅為1.97）的相對(duì)溶出率還達(dá)到78.59%。礦樣溶出試驗(yàn)效果理想，本區(qū)鋁土礦石用拜耳法進(jìn)行生產(chǎn)氧化鋁是可行的。

2.4 赤泥沉降性能試驗(yàn)

赤泥沉降性能試驗(yàn)是在溶出性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。溶出漿液試樣選擇溶出效果較好的溶H1、溶H5、溶H6及組合H3共4個(gè)試樣。絮凝劑選擇了目前氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)常用的3種絮凝劑，分別是絮凝劑1#（中鋁廣西分公司提供的聚丙烯酰胺）、絮凝劑2#（中鋁河南分公司提供的聚丙烯酸鈉）、絮凝劑3#（與絮凝劑1#成分相同，配制方式不同）。試驗(yàn)操作為，將試樣稀釋至Al2O3 150～160g/l，攪勻后移入沉降管（管高約25cm、體積190～200ml），沉降管置于95℃恒溫水浴槽，每種試樣分裝四個(gè)沉降管，其中3個(gè)分別加入適量的絮凝劑1#、2#、3#，另1個(gè)不添加絮凝劑，用攪拌桿攪勻絮凝劑與漿液，然后靜置觀測(cè)。

試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）顯示，未添加絮凝劑的試樣，經(jīng)15～20分鐘仍未出現(xiàn)清液，1小時(shí)后底流液固比高達(dá)11.2～11.4，說(shuō)明其赤泥沉降分離作用微弱；添加絮凝劑（添加量為干赤泥重量的0.03‰）的試樣，前10min的赤泥沉降速度達(dá)到1.10～1.18m/h，1小時(shí)沉降后底流液固比為3.4左右，說(shuō)明其赤泥沉降分離作用加強(qiáng)、沉降速度顯著提高，3種不同絮凝劑對(duì)改善赤泥漿液的沉降性能基本一致。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，赤泥漿液自然沉降性能差；添加適量絮凝劑可加速赤泥的沉降速度，四個(gè)試樣溶出漿液的沉降性能相近，均適應(yīng)于規(guī)模生產(chǎn)作業(yè)。

3 結(jié)論

基本分析樣的野外洗樣結(jié)果表明，本區(qū)堆積型鋁土礦原礦是可洗的；實(shí)驗(yàn)室采用圓筒洗礦機(jī)進(jìn)行洗礦試驗(yàn)，按洗礦最佳條件——礦漿液固比1.5：1、洗礦時(shí)間11～18min、精礦粒度回收下限+1.0mm，可獲含泥率為1.87%～2.8%的凈礦，能滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工業(yè)原料要求。原礦經(jīng)自然晾干后洗礦效率更高。洗礦泥漿水經(jīng)靜放90min可回收70%以上加以循環(huán)利用，所產(chǎn)生的洗礦污水可做到達(dá)標(biāo)排放。

礦石平均抗壓強(qiáng)度為70.1Mpa，較之平果鋁的礦石抗壓強(qiáng)度低，可用鄂式破碎機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)和短頭圓錐破碎機(jī)進(jìn)行聯(lián)合破碎加工，加工破碎工藝簡(jiǎn)單。

礦石可溶性拜耳法試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在溫度260℃、溶出時(shí)間1.5小時(shí)、溶出母液Na2Ok 228.85g/l、ak為3.03、石灰加入量7%的條件下，礦石Al2O3實(shí)際溶出率為61.86%～94.25%、相對(duì)溶出率為76.86%～98.97%，溶出效果較為理想。值得注意的是，當(dāng)樣品A/S<7時(shí)，相對(duì)溶出率平均值高達(dá)92.38%，非礦樣（A/S僅為1.97）的相對(duì)溶出率達(dá)到78.59%，這說(shuō)明低A/S值的鋁土礦石也可采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。

在拜耳法溶出漿液中添加絮凝劑（添加量為干赤泥重量的0.03‰），可加快赤泥沉降速度，赤泥沉降性能良好。

以上所有的試驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明，那坡縣龍合地區(qū)鋁土礦石加工選冶技術(shù)性能良好。

結(jié)合十多年來(lái)參與桂西堆積鋁土礦勘查實(shí)踐與研究所獲得的知識(shí)，筆者認(rèn)為，桂西地區(qū)巖溶堆積型鋁土礦分布范圍大，不同的礦區(qū)不同的地段礦石質(zhì)量差異較大，但礦石的加工選冶技術(shù)性能差異較小。目前已有三家大公司在該區(qū)開(kāi)發(fā)，礦石加工選冶工藝技術(shù)非常成熟，所利用的礦山設(shè)備和工藝流程大同小異。由此推斷，同類型的鋁土礦床均可借鑒桂西鋁土礦礦石加工選冶工藝技術(shù)。推薦的工藝技術(shù)為：用圓筒洗礦機(jī)+雙螺旋擦洗機(jī)進(jìn)行洗礦，用鄂式破碎機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)和短頭圓錐破碎機(jī)聯(lián)合破碎工藝進(jìn)行碎礦，用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁。

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