礦石成分對氧化鋁生產(chǎn)的影響

湯志彩,王善濤

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

礦石的品位和成分對氧化鋁的生產(chǎn)有很大的影響，我國早期的氧化鋁企業(yè)多依賴當(dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)勢，通過開采附近的鋁土礦進(jìn)行生產(chǎn)，但是隨著我國氧化鋁行業(yè)的迅速發(fā)展，單純依靠國內(nèi)的礦石已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)要求，目前我國的氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過了七千萬的，占世界總產(chǎn)能的50%以上，但是我國的礦石超過80%為中低品位的鋁土礦，平均鋁硅比為5.6左右，導(dǎo)致氧化鋁生產(chǎn)堿耗和礦耗居高不下，生產(chǎn)成本不斷上揚，因此深入的研究分析礦石的成分和品位對生產(chǎn)氧化鋁的影響可以更好的發(fā)揮出不同礦石的的生產(chǎn)效益。

1 鋁土礦化學(xué)成分及礦物組成

不同品位的鋁土礦具有不同的成分構(gòu)成且化學(xué)變化大、組成復(fù)雜，用于生產(chǎn)氧化鋁的鋁土礦根據(jù)結(jié)晶水的不同可以分為一水鋁石和三水鋁石，這些鋁石中主要含有的主要成分是Al2O3和SiO2以及Fe2O3、TiO2、H2O和少量的S、CaO、MgO、K2O、Na2O以及微量的Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等鋁土礦中各種成分的含量與礦床的成因有很大的關(guān)系，我國的鋁土礦主要以一水硬鋁石為主，這種鋁石的硫和鐵的成分含量較低，鋁含量和硅含量都比較高因而礦石的鋁硅比不高，所以礦石質(zhì)量較差，生產(chǎn)難度較大。

2 礦石類型和生產(chǎn)方法

生產(chǎn)氧化鋁的總過程可以簡單概括為利用液堿浸泡礦石使其中的氧化鋁溶出并將礦石中的雜質(zhì)分離出去的過程，由于礦石具有不同的類型而且即便同一類型的礦石，產(chǎn)地不同其成分也有很大不同，其中的雜質(zhì)含量也有很大的差異，要合理利用這些礦石使其中的氧化鋁更經(jīng)濟(jì)更快速的分離出來，需要采用不同的生產(chǎn)方法。目前世界上最常用的拜耳法生產(chǎn)法更適合處理高鋁硅比的礦石，由于鋁土礦中的SiO2在溶出反應(yīng)時需要消耗更多的液堿才能生成鋁酸鈉溶液所以在處理低鋁硅比的礦石的效果并不理想， 因此我國的以國內(nèi)礦石為生產(chǎn)原料的氧化鋁企業(yè)有多采用燒結(jié)法生產(chǎn)，而在交通便利的山東地區(qū)采用進(jìn)口高品位鋁土礦的氧化鋁企業(yè)則主要采用拜耳法生產(chǎn)工藝。

3 礦石結(jié)構(gòu)對主要工序的影響

氧化鋁的生產(chǎn)主要工序有溶出和分解兩個主要環(huán)節(jié)，其中礦石的成分對氧化鋁的溶出工序的影響是最大的，目前的礦石主要有一水硬鋁石、一水軟鋁石以及三水軟鋁石三種，這三種鋁石有很大的差別，在就溶出工序而言最難溶出的是一水硬鋁石，這種礦石結(jié)構(gòu)致密，溶出性能差，要大幅度的提高溶出工序的溫度和堿液濃度，或者將礦石研磨的很細(xì)，這樣原先被礦石雜質(zhì)包裹的氧化鋁水合物就可以充分暴露出來，這在一定程度上增加了氧化鋁的溶出率，但是這樣也會使礦石中的有害物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)阻礙礦石中的氧化鋁充分溶出，并且會在高溫溶出的過程中形成結(jié)疤，這樣不僅降低了礦石的溶出率也增大了生產(chǎn)的汽耗，而相對容易溶出的三水鋁石礦石研磨的粒度達(dá)到16mm即可進(jìn)行溶出反應(yīng)，所以一水鋁石的溶出條件要比三水鋁石的溶出條件更苛刻。

4 礦石中氧化鋁含量的影響

一般情況下鋁土礦中含有的Al2O3越多，溶出工藝越簡單能耗和礦耗越低。我國的一水硬鋁石雖然含有60-70%的Al2O3但我國一水硬鋁石型鋁土礦比三水鋁石和一水軟鋁石的氧化鋁生產(chǎn)能耗高，這主要是因為我國的一水硬鋁石的礦石礦結(jié)構(gòu)相對更為的致密且一水硬鋁石與脈石礦物嵌布緊密，包裹程度相比其他礦石更大一些，所以礦石中的氧化鋁與堿液的接觸面積和接觸條件要比其他礦石差，所以這種礦石很難溶出。

5 礦石中SiO2的影響

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝中最主要的有害雜質(zhì)就是硅，由于硅的存在礦石在溶出工序制備為鋁酸鈉溶液的同時會引起溶液中鋁的損失也增加得了堿液的使用數(shù)量，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表明，拜耳法生產(chǎn)中鋁土礦中每增加1%的二氧化硅每噸礦石就要對消耗6公斤以上的氫氧化鈉和8公斤以上的氧化鋁，礦石中的二氧化硅在70至95℃時即可與液堿反應(yīng)并且反應(yīng)速度較快，生成鈉硅渣進(jìn)入到赤泥中，二氧化硅的含量越高造成氧化鋁流失量越大，產(chǎn)生的赤泥也就越多對后續(xù)的分離洗滌造成很壞的影響，并且容易產(chǎn)生結(jié)疤阻礙換熱，而殘留在鋁酸鈉溶液中的二氧化硅也會在后續(xù)的分解工序洗出影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以生產(chǎn)中要最大限度的控制并減少二氧化硅。

6 鋁土礦中雜質(zhì)TiO2的影響

鋁土礦中含有的鈦礦物會在礦石表面形成一層保護(hù)膜，這會組織液堿對礦石的浸泡滲透過程，使得礦石中的氧化鋁難以溶出，也使得生成的鋁酸鈉溶液的溶解過程惡化，從而降低了氧化鋁的溶出率。由于鋁酸鈉溶液中存在的鈦酸鈉有很大的自由面這會導(dǎo)致赤泥的沉降和洗滌性能惡化，要消除這種危害需要在鋁土礦礦漿的制備過程中添加適量的石灰，添加石灰可以有效的避免在礦石的表面生成鈦酸鈉保護(hù)膜，防止氧化鋁的溶出受阻，同時也可以降低Na2O的消耗。雖然添加石灰可以降低TiO2的影響，但是溶液中的鈦酸鈣會在容器壁上，尤其是溫度較高的容器壁上逐漸形成一層鈦結(jié)疤，這種能夠結(jié)疤具有非常高的硬度且給設(shè)備的正常換熱帶來很大的影響，需要對個工序的管道和壓力容器進(jìn)行定期的清理，避免因為換熱不足導(dǎo)致的蒸汽消耗量增多。

7 鋁土礦中雜質(zhì)Fe2O3的影響

鋁土礦中鐵主要以赤鐵礦形式存在，有時有少量的針鐵礦，在拜耳法溶出過程中，赤鐵礦不與苛性堿反應(yīng)，在300℃下仍是穩(wěn)定的，針鐵礦具有高分散性，不穩(wěn)定，與一水硬鋁石發(fā)生同晶置換，針鐵礦中Fe被Al取代，形成鋁針鐵礦，其中的Al2O3很難被溶出，造成氧化鋁和堿的損失，使赤泥的沉降和壓縮性能變壞，提高溫度和添加石灰可以促使針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，赤鐵礦被看作是一種有利的鐵礦物，而針鐵礦則是一種不利的化合物。

8 鋁土礦中含硫礦物的影響

鋁土礦中主要的含硫礦物是黃鐵礦、白鐵礦和膠黃鐵礦，山西鋁土礦硫含量較低。黃鐵礦在180℃開始被堿液分解，并隨溫度和堿液濃度的提高而加劇，造成Na2O的損失，當(dāng)溶液中硫含量由0.5g/l提高4.0g/l后，會使鋼材受到嚴(yán)重腐蝕，增加溶液中鐵含量，尤其是以Na2CO3.2Na2SO4復(fù)鹽析出，在蒸發(fā)器和溶出器內(nèi)結(jié)疤，降低傳熱系數(shù)。溶液中硫含量增加還能使礦漿的磨制和分級受到影響，赤泥沉降性能變差。鋁土礦中硫含量超過0.7%-0.8%，就能導(dǎo)致氧化鋁品位因鐵的污染而下降，因此拜耳法要求礦石中的硫含量低于0.7%。

9 結(jié)語

我國氧化鋁行業(yè)經(jīng)歷了迅速的發(fā)展產(chǎn)能也迅速擴(kuò)大，國產(chǎn)礦石和進(jìn)口礦石都得到廣泛應(yīng)用，但目前的行業(yè)發(fā)展和環(huán)保要求需要更低的能源和資源消耗，當(dāng)前各個氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭也日益激烈，個企業(yè)也在不斷的優(yōu)化生產(chǎn)工藝想方設(shè)法的降低生產(chǎn)成本，而分析礦石對氧化鋁生產(chǎn)的影響進(jìn)而根據(jù)礦石的不同結(jié)構(gòu)和成分采取相對應(yīng)的生產(chǎn)工藝和控制條件是未來發(fā)展的一個重要趨勢，所以深入的研究分析礦石的成分和品位對生產(chǎn)氧化鋁的影響可以更好的發(fā)揮出不同礦石的的生產(chǎn)效益。