我国铝土矿资源特点及溶出技术发展趋势王一雍、张廷安、陈霞、王艳利（东北大学材料与冶金学院沈阳 110004 ）摘要：我国铝土矿多为一水硬铝石矿，资源丰富，且高硅高铝，但铝硅比低，氧化铝溶出性能差，碱耗、能耗高，生产成本高。
我国现行的氧化铝生产方法已愈益不适应目前的资源状况及日益竞争的国际环境。
本文对不同的强化溶出方法进行了技术上的分析，并针对我国一水硬铝石矿的特点，重点阐明了采用后加矿增溶溶出技术、微波加热技术、生物浸出技术进行强化溶出的优势所在及技术上的可行性了。
关键词：铝土矿；一水硬铝石；强化溶出；增溶溶出技术1.我国铝土矿资源特点及存在的问题我国铝土矿资源储量丰富，截止到2001年底,我国铝土矿储量5.06亿t,基础储量6.74亿t。
资源量18亿t，居世界第五位，其中广西、贵州、河南、广西、山东五省区占全国总储量的85.5%。
但我国铝土矿类型以一水硬铝石型为主，约占总储量的98%以上，而三水铝石型铝土矿仅在海南、广西、福建、台湾等省区有分布。
表1 中国主要铝土矿产地的矿石特征省份Al2O3含量(%)SiO2含量(%)Fe2O3含量(%)平均铝硅比(%)占全国总储量(%)广西58～60 5～6 15～17 9.9 12.8 贵州67～68 8.8～11.1 2.2～3.0 6.1～7.8 18.1 河南64～71 7.5～13.7 3.0～5.1 4.7～9.4 26.0 广东54～61 15～22 5～9 3.7～3.9 3.8 广西63～65 11～13 2～3 5.0～6.0 26.0由表1可以看出我国的铝土矿具有高硅、高铝、低铁的特点，铝硅比偏低，约在4～6之间,其中的主要含铝矿物为一水硬铝石，这是一种难浸出的矿物，用传统的拜耳法处理这类矿石时，要求溶出温度高，使用的碱液浓度也高，因而生产上采用的工艺条件比用三水铝石或一水软铝石为原料时苛刻。
这给拜耳法系统的溶出，分解、蒸发等重要工序的技术和装备带来了一系列困难。
随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工业的快速发展，我国铝土矿资源，特别是优质资源的短缺，已充分显现出来。
按目前的生产需求估算，我国每年需消耗的铝土矿多达1000多万ｔ，其中大多是优质矿或次优质矿。
目前优质铝土矿供需矛盾十分突出，矿山均不同程度出现了贫化趋势，特别是河南等地的高铝矿已濒临枯渴，众多用户争先采购有限的优质资源。
我国铝土矿资源基础储量中80%以上为中低品位矿，目前高品位优质铝土矿平均服务年限少于10年。
如果没有新的大规模的高品位铝土矿发现、探明并开发，我国北方地区氧化铝厂的拜耳法系统将在数年之后面临高铝矿资源严重短缺的局面。
这不但将增加单位产品耗矿量，而且将使生产成本大大增加。
面对国内供不应求的市场和国际氧化铝低成本的冲击，我国氧化铝生产显现出危机四伏、回天无力的局面。
中国加入世贸组织以后，受国外氧化铝工业的影响，我的氧化铝工业面临的形势更加严峻。
因此，根据我国铝土矿的特点，开发生产成本低的氧化铝生产工艺，发展我国氧化铝工业，提高我国氧化铝工业的国际竞争力，已迫在眉睫。
2.我国铝土矿的溶出技术的发展目前，管道化高温加热强化溶出技术、铝酸钠溶液高浓度分解技术、新型搅拌分解槽、间接加热的连续脱硅等技术正在推广使用，从国外引进的先进技术与设备已在发挥巨大的作用。
管道化溶出技术管道化溶出是拜耳法溶出工艺及装置的一种，该工艺又分为单管管道化和多管管道化两种,均采用管道进行矿浆的预热及溶出[1]。
前西德V AW于1960年即开始对管道化溶出的技术进行研究，于1966年在纳勃氧化铝厂建成世界上第一套年产60万t氧化铝的管道化溶出装置。
上世纪九十年代初,中铝从V AW引进一套Ra6管道化溶出装置,至九十年代末期成功的应用于氧化铝生产中,开创了管道化溶出用于处理一水硬铝石型铝土矿之先河。
中国长城铝业公司的侯用兴,李旺兴,吕子剑[2]在研制一水硬铝石管道化溶出技术方案时,针对河南一水硬铝石铝土矿可磨性差、硅矿物结构形态复杂、难溶等特点,设置了磨矿、化灰、原矿浆预脱硅、管道化溶出、熔盐加热、和酸洗等工序,使之成为了一个适合我国一水硬铝石的管道化溶出系统。
我国针对一水硬铝石矿物形态复杂、难溶、可磨性差的特性，通过研究一水硬铝石矿的溶出、硅矿物结疤及腐蚀等规律，并对引进的国外设备消化、吸收和创新,首次实现了国际上管道化溶出一水硬铝石的工业实践。
开发研制成功了处理一水硬铝石矿的管道化溶出成套工艺技术和装备。
此项技术在处理一水硬铝石矿技术方面，达到世界领先水平。
但一水硬铝石型铝土矿因其硬度高,对溶出装置的进料泵、管道、管件、阀的磨蚀严重，且其中硅矿物含量较高,还含有少量钛矿物，它们在溶出过程中易形成较多的硅、钛矿物的结疤。
为使管道化溶出装置更好地适应于溶出我国一水硬铝石型铝土矿,不宜采用单纯的管道化溶出装置。
管道预热+保温罐溶出技术我国第一套管道预热+保温停留罐溶出装置是1983年贵阳铝镁设计研究院为郑州轻金属研究院氧化铝中试厂设计的，1988年投产试车成功[3]。
上世纪90年代先后投产的山西铝厂和平果铝厂引进了法国彼施涅铝业公司的“管道预热-压煮器加热溶出”的间接加热溶出技术。
中国长城铝业公司的赵清杰等人[4]通过对目前世界上拜尔法强化溶出工艺的技术分析和对河南封登铝土矿的半工业试验研究,提出了适宜于河南登封铝土矿特点的改良管道预热—停留罐溶出新工艺,它既具有管道预热—停留罐溶出工艺的优点,即保证有良好的溶出效果和较低的能耗,又可避免在管道预热面产生结疤、使强化溶出工艺能长周期运转。
此项技术令矿浆在单管预热器中快速加热到溶出温度，再在停留罐中充分溶出。
它利用了管式反应器容易实现高温溶出及高压釜能保证较长溶出时间的特点，又克服了纯管道化溶出时间管道过长，使泵头压力升高，电耗大且结疤清洗困难的缺点，以及纯高压釜溶出时溶出温度不能超过260℃，机械搅拌密封和结疤清洗困难的缺点，适合于处理需要较长溶出时间的一水硬铝石型铝土矿。
停留罐中无搅拌和加热装置，结构简单，加工制造容易，维修方便，容易清洗结疤。
采用此项技术需要较长的溶出时间以及稍高的碱液浓度（N k150～160g/L）但溶出的热耗较低(约4.0GJ/t.Al2O3以下)与管道化溶出相当,但由于我国一水硬铝石矿含有较高的硅矿物, 为了避免在管道预热面产生结疤,因此要认真研究其在不同温度下的反应行为,以选择适宜的脱硅钛装置才能使此技术得到很好的应用。
单管预热——高压釜溶出技术我国已经引进该项技术并投入生产，其技术特点是器中预热到150℃左右，再在间接加热机械搅拌高压釜中加热、溶出。
溶出温度高260℃，溶出时间充分，达45～60min，矿浆流量450m3/h，相当于年产氧化铝330kt，是当前处理一水硬铝石型铝土矿的最大溶出器组。
此项技术的最大缺点是机械搅拌的高压、高温、高浓度碱的恶劣条件下工作，器内加热管束常被矿浆磨穿造成事故，设备维修频繁，同时还须采用高压蒸汽锅作为热源，热效率不高，这是它的不足之处。
虽然上述技术在一水硬铝石的强化溶出方面都有其显著的优势，但都存在流程长，能耗大的缺点。
只有从我国资源特点出发、开发流程短、能耗低、经济合理的新工艺，才是我们努力的根本方法。
下面分别对几种新兴技术进行介绍。
后加矿增溶溶出技术该技术在本世纪50年代美国首次使用,溶出液的αk为1.48。
随后该技术也在日本得到了应用,溶出液的αk为1 39。
澳大利亚的昆士兰氧化铝厂于1988年开始利用该技术以提高产出率,溶出温度255℃,在此条件下充分溶出Comalco公司的三水铝石——水软铝石矿,然后在180℃的自蒸发器内加入三水铝石矿使氧化铝浓度提高,溶出液的αk 为1.34。
昆士兰氧化铝厂利用此技术将年产量提高10%以上。
郑州轻金属研究所的吕子剑和尹中林[5]等对增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿的可行性进行了分析。
认为到目前为止，我国可用于氧化铝生产的铝土矿几乎全部为一水硬铝石矿，拜耳法溶出需要较高的碱浓度和溶出温度，如在N k200～220g/l，溶出温度为250～260℃的条件下需要60～90分钟才能获得较好的溶出指标，而三水铝石－一水软铝石矿在230℃的温度下只需5分钟即可达到溶出要求，三水铝石矿的溶出则更为容易。
因此，在我国开发利用该项技术具有明显优势。
此技术在无需在大量投资和现场改造的情况下，就可用于我国各拜耳法及联合法氧化铝厂实现增溶溶出，降低溶液出液的分子比。
而且此技术可用于我国氧化铝生产技术的任一发展阶段。
尹中林，周海龙等[6]通过实验证明有目的的提高河南铝土矿溶出配料αk，降低了河南矿的溶出温度，缩短河南矿的溶出时间。
而在溶出料浆自蒸发器中加入适当比例的韦帕矿来进行溶出，可以达到较低溶出液αk，较高溶出率的综合溶出效果，以达到降低能耗，增加产能以及降低赤泥铝硅比的目的。
近年来国内的学者还对采用一水硬铝石矿进行活化焙烧后作为后加矿进行增溶溶出技术以及增浓机理等作了大量研究。
中南工业大学的李小斌等[7～8]对活化焙烧一水硬铝石矿增溶溶出过程动力学作了研究，通过实验验证了当温度在230～240℃之间变化时，焙烧矿在增浓溶出过程中和苛性碱反应为一级反应，遵循推导的反应方程。
山西铝厂的梁春来和中南工业大学的李小斌、彭志宏[9，10，11]对增溶溶出的工艺进行了研究，在拜耳法溶出末期，温度在230℃以上添加焙烧矿相当于拜耳法溶出总配矿量的10～20%，焙烧矿部分氧化铝溶出率可以达到70%以上。
长城铝业公司的张瑜[12]等人利用氢氧化铝生产过程中产生的氢氧化铝结疤料作为后加矿进行增溶溶出实验。
发现拜尔法系统添加氢氧化铝结疤料进行增溶溶出，在技术上可行，流程简单，设备投资少，操作方便，与现有生产工艺流程衔接合理，对现有生产技术条件影响较小。
目前，国内对于采用国外的三水铝石矿和国内的焙烧精矿作为后加矿的增溶溶出工艺的研究比较多。
东北大学的张廷安，王艳利[13，14]等人以三水铝石矿作为后加矿，通过单因素实验推荐增溶溶出条件为：一段配料分子比范围在 1.55～1.60，增溶温度为195～200℃，增溶时间为15～20分钟，后加矿的加矿量为一段溶出时加入一水硬铝石矿的20%左右。
在此条件下，铝土矿的溶出率可以达到88.5%，溶出液的分子比可以降至1.38。
且增溶溶出后矿浆的沉降性能得到很大的改善。
国内的铝土矿中三水铝石只占1%多，而作为后加矿的加入量应占矿石量的10%左右，所以采用三水铝石矿作为后加矿的话，势必要大量进口国外的三水铝石矿，但是国外优质的三水铝石矿价格昂贵并且受多种因素影响。
采用焙烧精矿作为后加矿进行增溶溶出在技术上和工艺上是可行的，但是高温焙烧精矿要增加能耗。
还可以将目前我国联合法工艺中的烧结法粗液直接进行深度碳酸化分解所得到的粗氢氧化铝作为后加矿进行增溶溶出，但关于这方面的研究成果未见更多文字报导。