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對(duì)我國(guó)耐火用高鋁礬土選礦提純的探討發(fā)布日期:2020-10-24 類別:公司新聞 瀏覽量: 3530 times 摘要:高品位的高鋁礬土日漸匱乏,有必要對(duì)中,低品位的高鋁礬土進(jìn)行選礦提純。選礦提純的方法比較多,根據(jù)礦石的特點(diǎn),在單一方法不能奏效的情況下,可采用各種方法聯(lián)合進(jìn)行選礦。選出的精礦可根據(jù)其質(zhì)量情況,再用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁,也可以合成各種牌號(hào)的高鋁耐火原料。再進(jìn)一步煅燒,或者電熔剛玉等耐火原料。尾礦用來合成莫來石。 關(guān)鍵詞:高鋁礬土;選礦提純;浮選;耐火原料,剛玉 我國(guó)高鋁礬土屬水鋁石-高嶺石型,有人稱為高鋁粘土,又稱鋁土礦。其特點(diǎn)是含Al2O3和SiO2高,含F(xiàn)e2O3低,不太適合工業(yè)氧化鋁生產(chǎn),比較適合耐火材料。自1953年唐鋼耐火車間利用本地高鋁礬土生產(chǎn)出Al2O3含量87.34%高鋁磚之后,1954年重鋼耐火車間利用貴陽高鋁礬土生產(chǎn)出Al2O3含量大于85%的高鋁磚之后,高鋁質(zhì)耐火材料得到快速發(fā)展。 如今我國(guó)已是耐火材料生產(chǎn)大國(guó),耐火材料產(chǎn)量占全球的65%以上(2011年產(chǎn)量2949萬t,近年稍有降低),其中高鋁耐火材料占65%以上,每年要用1500萬t高鋁礬土,經(jīng)過60多年的開采利用,高鋁礬土資源已趨匱乏。 耐火材料對(duì)高鋁礬土有嚴(yán)格的質(zhì)量要求(見表1)<1>,隨著高溫技術(shù)的發(fā)展,1982年后,特級(jí)、一級(jí)高鋁礬土熟料供不應(yīng)求,二級(jí)礬土熟料滯銷,三級(jí)品利用率也很低。因此對(duì)當(dāng)前大量的中低品位Al2O3含量較低的高鋁礬土,必須考慮選礦提純。 表1 高鋁礬土的基本分類
1、我國(guó)高鋁礬土選礦提純的必要性<2><3><4>: 1.1、我國(guó)高鋁礬土多為高硅低鋁原料,鋁硅比以4-6為主,礦石的Al2O3含量以40-60%為主,優(yōu)質(zhì)礦石很少,如陽泉礦,其特,一級(jí)品僅占14%,經(jīng)過多年的開采,已所剩無幾,因此需要選礦提純,提高Al2O3含量,除掉或減少SiO2,F(xiàn)e2O3,K2O、Na2O等雜質(zhì)成分。 1.2、由于高溫技術(shù)的進(jìn)步,耐火材料用戶對(duì)質(zhì)量要求越來越高,例如過去鋼鐵工業(yè)錠模澆鋼大量使用粘土質(zhì)耐火材料,而新的技術(shù),采用連鑄,爐外精煉等,大型鋼包襯是以剛玉為主的鋁鎂質(zhì)澆注料,中,小型鋼包襯也是以特等或一等高鋁熟料為主的澆注料等。新的高溫技術(shù),普遍要求高材質(zhì)高質(zhì)量的耐火材料。 1.3、提高資源利用率,保護(hù)環(huán)境。我國(guó)耐火用鋁礬土礦山,一般是人工分級(jí),礦石混級(jí)在30%以上(國(guó)家規(guī)定混級(jí)率不大于10%),改革開放以來,大部分礦山為民采,采富棄貧,亂采亂挖,資源破壞和浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重,加上煅燒設(shè)備限制只能用塊料,粉礦不用,資源損失率高達(dá)50-70%。采用機(jī)械化采礦,通過選礦提純,使資源利用率由20%提高到80%以上。 1.4、高鋁礬土礦屬沉積型礦床,由于礦床成因及賦存地質(zhì)條件的影響,往往同一礦層,同一區(qū)段,同一塊礦石的化學(xué)成分波動(dòng)很大,質(zhì)地很不均勻。通過選礦提純使礬土原料的化學(xué)成分達(dá)到穩(wěn)定。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)要求Al2O3含量波動(dòng)范圍控制在1-2%,而我國(guó)往往高達(dá)5-10%,相當(dāng)程度上制約了耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的提高,因此也造成出口國(guó)外的原料或產(chǎn)品,出現(xiàn)一等原料三等價(jià)錢的問題,因此應(yīng)該選礦提純。 1.5、早在1990年中國(guó)金屬學(xué)會(huì)就制定了“我國(guó)鋼鐵工業(yè)用耐火材料發(fā)展綱要設(shè)想,確立我國(guó)耐火材料的精料方針”。2006年中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)制定的‘‘耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政筞’(建議稿)中指出‘‘將根據(jù)資源分布情況,建設(shè)若干個(gè)供礦基地和選礦廠,以提高礦石品級(jí),合理充分利用資源’,F(xiàn)在應(yīng)該是去實(shí)現(xiàn)這些建議和要求的時(shí)侯了。國(guó)家對(duì)各行業(yè)提出轉(zhuǎn)型升級(jí),耐火原料礦山必須要走機(jī)械化開采,正確的選礦提純道路,改變現(xiàn)在的落后的開采方法,人工分級(jí)的情況。 2、高鋁礬土提純方法評(píng)述 在耐火材料界,20世紀(jì)70年代就提出高鋁礬土選礦提純的問題,俗稱‘‘減法’之說,而在金屬鋁業(yè)界也做了大量工作,20紀(jì)80-90年代一些科研院所對(duì)高鋁礬土選礦提純研究取得許多可喜的成果,近年來又做了深入細(xì)致的工作,F(xiàn)將與耐火原料有關(guān)系選礦做簡(jiǎn)單評(píng)述。其實(shí)耐火用高鋁礬土有嚴(yán)格的質(zhì)量要求,其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T5179-2005理化指標(biāo)見表2。還有以氧化鋁為原料的剛玉材料。 表2 高鋁礬土熟料牌號(hào)劃分及其指標(biāo)
天然高鋁礬土除含Al2O3外,還有SiO2,Fe2O3,TiO2,CaO,MgO,K2O,N2O等雜質(zhì),不同地區(qū)的礬土礦雜質(zhì)數(shù)量往往不同,選礦的目的就是除去其中的雜質(zhì),提高Al2O3含量,主要的選礦方法如下: 2.1、提取氧化鋁:從高鋁礬土或其他含鋁天然原料提取氧化鋁的方法較多。目前我國(guó)普遍采用選礦-拜耳法生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)金屬鋁的各大鋁業(yè)公司基本都生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁,耐火用氧化鋁大部分從鋁業(yè)公司購買,或者從國(guó)外進(jìn)口。 2.2、用氟化鋁除去高鋁礬土中的SiO2,TiO2,Fe2O3,制取板狀棕剛玉:將鋁礬土粉碎至小于0.175mm,與一定比例的AlF3充分混合,然后壓塊煅燒,產(chǎn)生的SiF4,TiF4,F(xiàn)eF3為白色氣態(tài)物,全部揮發(fā),Al2O3含量增大。有人用陽泉礬土試驗(yàn),煅燒1300℃,保溫30min,可脫除SiO2:95%,TiO2:99%,Fe2O3:13%,煅燒到1780℃可形成板狀剛玉。這種方法的生產(chǎn)成本較高,揮發(fā)物難以回收,污染環(huán)境<1>。 用氯化揮發(fā)法除鈦,鐵是可行的,小型試驗(yàn)原礦TiO2由3%降到0.62-0.65%,Fe2O3由0.87%降到0.29-0.31%,收得率在95%以上,成本增加不大,企業(yè)有利可圖。但注意揮發(fā)物回收,保護(hù)環(huán)境。 2.3、洗選:可采用附有振動(dòng)篩的擦洗機(jī),滾筒篩,緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌機(jī)等洗去礦石表面的附著物。此法是最簡(jiǎn)單的選礦方法,利用含硅礦物易碎,泥化的特點(diǎn),除去細(xì)粒級(jí)物質(zhì),提高鋁硅比<5>。 /2.4、浮選法:我國(guó)自20世紀(jì)70年代開始對(duì)浮選脫硅進(jìn)行諸多研究,是目前研究較多,也較為有效的方法之一。根據(jù)上浮礦物是否為目的礦物,可分為正浮選和反浮選。原礦磨細(xì)到200目占95%,以Na2CO3為調(diào)整劑,六偏磷酸鈉為抑制劑,氧化石蠟皂和塔尓油作捕收劑取得較好效果,礦石鋁硅比由5提高到8以上,正浮選分離或富集水鋁石。然后將浮選的精礦進(jìn)一步磨細(xì)通過325目篩進(jìn)行反浮選,除去含鐵與含鈦礦物。各礦區(qū)高鋁礬土半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果如表3。 表3 浮選前后礦石的Al2O3和SiO2含量
2004年中州鋁廠建成300kt/a選礦-拜耳法生產(chǎn)線,采用磨礦浮選工藝,選礦凈增加費(fèi)用相當(dāng)于原礦采購價(jià)的20%,這個(gè)成本在經(jīng)濟(jì)上是合適的。而進(jìn)一步生產(chǎn)氧化鋁的成本與傳統(tǒng)拜耳法基本持平,優(yōu)于燒結(jié)法<6><7>。 2.5、利用酸,堿與高鋁礬土雜質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)提高氧化鋁含量。將燒后礬土熟料磨細(xì)加鹽酸浸泡,可將鐵,鈣,鎂去掉,但廢酸難處理<9>。 將礬土焙燒,使高嶺石生成無定型SiO2,在較低溫度下與NaOH反應(yīng),溶解在稀堿溶液中,使礦石中的鋁,硅分離。此外,經(jīng)高溫處理,礦石中大部分碳酸鹽,硫,有機(jī)物及其他有害雜質(zhì)被除去。 2.6、磁選;強(qiáng)磁選能有效的除去鐵礦物,而且是經(jīng)濟(jì)的方法。例如某研究院將礬土磨至≤0.0744占93-96%,以六偏磷酸鈉為分散劑,采用高梯度磁選法選礦,使原礦Fe2O3含量1.86%和1.03%分別降至0.86%和0.7%,原礦TiO2含量2.81%和2.99%分別降至2.39,和1.77%<10>。 有人采用浮選法,用芐基砷酸為撲收劑,效果比磁選法好些,Fe2O3由1.25%降至0.76%,TiO2由2.91降至1.91%。 2.7生物選礦:利用微生物來分解硅酸鹽,鋁硅酸鹽礦物。一般是異養(yǎng)菌(主要是細(xì)菌及真菌),細(xì)菌可以將一個(gè)高嶺石分子破壞為Al2O3和SiO2,從而使SiO2轉(zhuǎn)化為可溶物,而Al2O3不溶,得以分解。這種方法生產(chǎn)成本低,消除環(huán)境污染,具有良好的前景<11>。 2.8、直接用拜耳法處理中,低品位鋁礬土礦石:利用原有拜耳法系統(tǒng),只需將石灰添加量提高,就可以直接處理中,低品位礦石。其基本原理是含硅礦物在一水硬鋁石溶出條件下,與溶液中的鋁酸鈉反應(yīng),生成水合鋁硅酸鈉進(jìn)入赤泥,多加石灰使鈣取代鈉生成水合鋁硅酸鈣脫除,可以降低堿耗和成本<12>。 2.9、電熔法:利用鋁對(duì)氧的親和力比鐵,硅,鈦等大的基本原理,通過控制還原劑(炭素)的數(shù)量,用還原冶煉的方法使鋁礬土中的主要雜質(zhì)還原,生成硅鐵合金與剛玉熔液分離,從而獲得結(jié)晶符合要求的剛玉材料。冶煉棕剛玉時(shí),一般要求鋁礬土的Al2O3含量大于76%,Al2O3含量愈高,對(duì)冶煉剛玉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)愈有利。 用高鋁礬土冶煉亞白剛玉,配加炭素材料要比冶煉棕剛玉大,其前,中期為還原冶煉期,后期為氧化精煉期,配加脫碳劑進(jìn)行脫碳處理,使亞白剛玉Al2O3含量大于98%或98.5%。冶煉亞白剛玉用鋁礬土熟料要求Al2O3含量≥85%<8>。 2.10、聯(lián)合流程選礦法,單一方法不能湊效的情況下,可采用各種方法聯(lián)合進(jìn)行。例如洗選-磁選-浮選等。高鋁礬土的選礦方法還有許多,而且在進(jìn)一步研究提高中。 3、新型耐火原料基地的探討 可在山西,河南,貴州,廣西等高鋁礬土儲(chǔ)量豐富的。▍^(qū)),建設(shè)年產(chǎn)40萬t以上礦石的大型礦山。礦山要有詳細(xì)的地質(zhì)勘探資料,作好礦山地質(zhì)工作,采用機(jī)械化開采,分級(jí),以經(jīng)濟(jì)為杠桿,效益為準(zhǔn)則,對(duì)礦石綜合利用。 3.1、在礦山境內(nèi)建有環(huán)保型機(jī)械化高溫豎窯,采用煤氣,天然氣或液化氣作燃料。建設(shè)選礦廠,目前比較合適的是浮選法,其次是根據(jù)當(dāng)?shù)氐V石的特點(diǎn),如磁選或某種化學(xué)法選礦。建設(shè)電弧爐冶煉車間,為電熔剛玉制造條件。 3.2、礦山開采的礦石經(jīng)分級(jí),化學(xué)成分符合做耐火原料的,直接入豎窯煅燒,如果是粉料,可預(yù)均化合成或直接成球入豎窯煅燒,其熟料可根品牌的質(zhì)量指標(biāo)出售。根據(jù)耐火材料的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),用這種原料生產(chǎn)的制品質(zhì)量不差。鋁土礦直接燒成熟料,工藝簡(jiǎn)單,成本低。經(jīng)濟(jì)效益顯著,也容易被用戶接受。 3.3、低品位鋁土礦石,特別是不符合耐火原料要求的鋁礬土,要運(yùn)到選礦廠進(jìn)行選礦提純。鋁礬土礦的混合原礦,采用浮選,磁選工藝流程實(shí)現(xiàn)分級(jí)與提純,工藝簡(jiǎn)單,指標(biāo)可靠。所用設(shè)備均為國(guó)產(chǎn),藥劑來源廣泛,易于建廠投產(chǎn)。 3.4、選礦后的精礦與尾礦處理,用以下的例子說明:例1,陽泉煤業(yè)集團(tuán)通過浮選,獲高鋁產(chǎn)品和低鋁產(chǎn)品,中間產(chǎn)品再通過強(qiáng)磁除鐵,浮選脫鈦工藝,最終獲得鋁硅比大于9的高鋁產(chǎn)品,做為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原料,鋁硅比約等于2.55的低鋁產(chǎn)品,作為合成莫來石的耐火原料。例2,山西孝義某鋁業(yè)公司對(duì)低品位高鋁礬土用無尾分離新技術(shù)進(jìn)行選礦,將當(dāng)?shù)卮罅糠e存的碎礦入選,產(chǎn)品以w(Al2O3)≥75%為主,用帶預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)高鋁均化料;另一種精礦鋁硅比大于8,供生產(chǎn)氧化鋁;尾礦用于合成莫來石,實(shí)現(xiàn)無尾礦生產(chǎn)。(特大型鋁礬土礦山可考慮引進(jìn)拜耳法生產(chǎn)氧化鋁設(shè)備) 2.4、利用高溫豎窯,將拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁煅燒成板狀剛玉。利用電弧爐,將拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁電熔成白剛玉,致密剛玉,將選后符合要求的精礦(Al2O3>76%,TiO2<5.5%,F(xiàn)e2O3<5%,CaO+MgO<1.2%)電熔棕剛玉;而用品位更高的精礦(Al2O3≥85%,TiO2≤4.5%,CaO+MgO≤0.5%)電熔亞白剛玉。也可以利用豎窯煅燒,將選出的精礦預(yù)合成各種牌號(hào)的高鋁耐火原料,尾礦用燒結(jié)法合成莫來石。 |
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