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1、石灰拜耳法处理中低品位铝土矿的某些现象或规律石灰拜耳法处理中低品位铝土矿的某些现象或规律 摘要：在石灰拜耳法处理中低品位铝土矿生产氧化铝的实践与探索中，发现许多实际问题无 法用理论来辩证解决。本文揭示中低品位铝土矿在碎矿与磨矿、脱硅历程与进度、管道结疤 与磨蚀等方面存在的某些现象或规律。 关键词：中低品位铝土矿；磨矿细度； 二次脱硅； 结疤； 磨蚀 分类号：TF821 1 中低品位铝土矿的碎矿与磨矿 1.1配矿准确度取决于均化程度 铝硅比A/S仅为表示铝土矿质量的一个概念。用于生产的中低品位（4.5A/S6.0）铝土矿的Al2O3含量在57-63%，SiO2在10.5-12.7%，上下波动不大
2、，其配矿准确度取决于均化程度；均化程度高，配矿准确度自然而然也高。 不同配矿方法取样标准差的对比，验证了这种无须计算的“配不准原则”的模糊配矿方法简单易行有效；均化重于配矿。 1.2 硬度大的矿石不一定难以破碎 “硬度稍小而韧性稍大的矿石，比硬度稍大而韧性稍小的矿石，更难破碎”【1】。矿石破碎难易度不仅与矿石硬度有关，更主要还是矿石强度。 矿石形态与结构，矿石致密度、原始粒度、硬度与密度，矿石韧性与塑性，矿石含水率与孔隙率等，是矿石强度的综合组成。 1.3磨矿细度只与矿物硬度有关 1.3.1 “多碎少磨”的实际意义 碎矿与磨矿理论指出，矿石从原始粒度碎磨到指定产品粒度，功耗是恒定的。由于磨机自
3、重150吨-200吨，消耗了大量功率，有效磨矿功率只有10-15%；而破碎机有效破碎功率可达55-60%；实现可磨度较大的中低品位一水硬铝石的“多碎少磨”，是个研究的方向。【3】 1.3.2矿物硬度与矿石强度的不同概念 矿石研磨至一定程度的矿物单体解离，磨矿不再遵循磨矿功耗理论，此后矿物可磨度只与矿物硬度有关。 矿物单体构造、矿物之间胶结程度与集合体形态、矿物成熟度与氧化度，矿物晶体粒度等，是矿物硬度的综合组成。矿物硬度与矿石强度是不同的两个概念。铝土矿的矿物硬度是 筛分概率“难免粒子”论：在破碎系统的筛分过程，必有10-15%的大于筛网尺寸的矿石成为筛下物；在磨矿系统的分级过程，必有5-10
4、%的不合格颗粒进入合格矿浆中。 由于难免粒子的存在，常使磨矿细度的测试不确实；生产发现，测试细度+250#，%40时，矿浆不一定跑粗；而实际细度+250#，%30时，常常跑粗。 矿浆实际细度过大是脱硅率低、溶出率低、管道磨蚀的主要因素。须以D85或D90粒度概念修正破碎产品的测试粒度，以D90或D95细度概念修正磨矿产品的测试细度，才能正确判断破碎产品实际粒度和矿浆实际细度。磨矿实际细度应为测试细度的0.90-0.95. 1.4 磨矿非常规控制 1.4.1物料级别变化破坏常规磨矿【5】 磨矿介质级配依据是物料级别；当物料级别与介质级配不一致时，常规磨矿规律被破坏。大量粒度级别与介质级配不一致的
5、细粒物料，比级别与级配一致的粗粒物料，更难磨细。磨矿过程关注物料性质变化，重于对其它影响因素的固执误判。 1.4.2 石英也不是最难磨的含硅矿物【6】 不能认为中低品位铝土矿因含SiO2偏高而难磨。铝土矿中的含硅矿物主要是伊利石和高岭石，硬度和密度都较小，开路磨矿就能得到选择性碎解。尽管石英是含硅矿物的最高形态，矿物成熟度最高，也不是最难磨。矿石结构致密、矿物集合紧密、强度较大的某些一水硬铝石最难磨，比如铝土矿中的主要含硫矿物黄铁矿（FeS2），呈粒状、?状集合体构造，被Al2O3、SiO2紧密包裹，在难磨中不能完全解离；测试跑粗的矿浆细度，证实了含硫矿物影响磨矿。 1.4.3 段闭路磨矿改为
6、段开路的可行性 现行的段开路段闭路碎矿与磨矿系统，流程复杂，段闭路负荷是开路的两倍左右；坚持段开路段闭路碎矿“多碎少磨”原则，控制碎矿产品粒度15mm，1.5 增大石灰添加量有助于预脱硫【7】 贵州大学石灰拜耳法脱硫研究，试验了矿浆制备、稀释脱硅与深度脱硅过程的脱硫行为，为石灰脱硫提供了依据；脱硫产物是3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O. 研究认为，在矿浆制备过程，矿浆槽保持一定的高液位，矿浆温度在70-75，时间50-60分钟，预脱硫效果最好。 由于矿石和石灰质量的波动，应以钙硅比C/S、钙钛比C/T、钙硫比C/S、钠硅比N/S、钙铝比C/A的最佳工艺指标组合，准确计算石灰添加量，
7、满足预脱硫的需要。 2 中低品位铝土矿的脱硅进程与进度【8】 2.1矿浆冲淡与预脱硅率关系最大 业已确认，高硫（S0.8%）促进预脱硅，中硫（0.3%S0.8%）抑制预脱硅，低硫（0.1%S0.3%）或无硫（S0.1%）正常脱硅；预脱硅消耗了循环母液苛性钠；在预脱硅被抑制时，矿浆冲淡最小。 矿浆冲淡不仅是矿石含水率或流程进水的原因。高硫促进预脱硅过程，矿浆冲淡最大；其次是段磨矿过程，劣质石灰引起矿浆冲淡；伊利石型一水硬铝石，几乎不进行预脱硅，矿浆冲淡较小。 低品位矿石因杂质含量高，矿浆冲淡较大。矿浆冲淡的计算：以循环母液苛性钠浓度减去预脱硅后矿浆苛性钠浓度，比减去二次矿浆苛性钠浓度，更为合理。
8、 2.2 低品位矿石中的SiO2在溶出过程并未全部溶解 通过模拟试验，高低品位铝土矿的溶出行为存在差异。A/S为5.5的原矿，与极高极低品位配到5.5的混矿，在同等条件下溶出速度不同。A/S7.5的铝土矿石，在溶出过程Al2O3和SiO2基本上全部溶解；极低品位的矿石，溶出率较低，在溶出结束时，矿石中的SiO2并未全部溶出，在稀释过程将得到释放而扩散到溶液中。 石灰乳（Ca（OH）2）微溶于水中。在110以上的浓度较高的铝酸钠溶液中，石灰乳溶解度很低，且铝酸钠溶液浓度越高，石灰乳溶解度越小。 溶出矿浆经稀释，直至赤泥洗涤，石灰乳的溶解度增大，有助于二次脱硅。 2.3 稀释后矿浆同时进行固相二次
9、脱硅与液相深度脱硅 二次脱硅即在溶出过程中未能及时从矿浆固相中溶出的SiO2，在稀释后扩散到溶液中。但由于溶出矿浆被稀释，铝酸钠溶液中SiO2浓度不能很快达到过饱和，因此稀释过程的深度脱硅进度很慢；稀释以二次脱硅为主。二次脱硅以扩散控制为主要行为过程，某些文献认为稀释脱硅是溶液深度脱硅的过程，对处理中品位铝土矿而言，实际违背稀释定律。【9】 因此，深度脱硅主要在铝酸钠粗精液中进行。深度脱硅以化学控制为主要行为过程，过量的加入石灰乳，进行深度脱硅，过滤净化了铝酸钠溶液，但造成外排赤泥氧化铝的损失。 外排赤泥氧化铝损失的另一主要原因是赤泥洗涤，而不是铝酸钠溶液的水解；在洗涤过程，化学损失远小于洗涤
10、附损。合理洗涤工艺制度，提高洗涤效率，能减少附损。 以外排赤泥Al2O3含量（AwW）与溶出赤泥Al2O3含量（AR）可计算Al2O3的损失率。 3 中低品位铝土矿溶出管道结疤与磨蚀 3.1 矿浆跑粗是管道磨蚀的主要原因【10】 溶出管道磨漏造成非计划停车，每次管道磨漏之前，二次矿浆细度总是在+250#，%27.5，而且隔膜泵首先卡阀或刺料。 “铁，在高温的浓碱中，极易被腐蚀。”管道磨损与腐蚀的过程是：连续不断的被矿浆颗粒磨损出新鲜表面，又连续不断的被矿浆中的游离苛性钠或硫腐蚀。管道磨漏是先磨后蚀的过程。 3.2 硫不是管道磨损与腐蚀的主要因素 在一定浓度的循环母液中的硫以饱和的Na2SO4存
11、在，一旦过饱和，就会在蒸发器等内壁析出结疤，这使硫在母液中的富集成为不可能；黄铁矿（FeS2）在溶出温度180时才开始大量溶解，而管道磨蚀大部分发生在150低温预热段；对入磨矿石、溶出矿浆、粗精液以及外排赤泥中硫的跟踪取样与物料平衡计算，管道磨漏部位的黑绿色矿浆固相S0.05%；磨漏时矿浆液相S0.5g/l， 证明管道磨蚀不是硫引起。 3.3 轻度结疤可减缓或阻止管道磨蚀【11】 实践发现，结疤与腐蚀程度呈负线性关系。在溶出管道磨蚀的阶段，结疤结构脆弱，结疤厚度仅有1mm左右。石灰既是脱硫剂，也是良好的脱硅剂。过量石灰拜耳法的脱硅产物CASH比常规拜耳法的脱硅产物NASH更具稳定性。管道结疤因
12、脱硅而生成，适量增大石灰添加量，使管道结疤NASH更固定，能减缓或阻止管道磨蚀。 参考文献 【1】氧化铝生产工艺/梅剑珊编. 中国有色金属工业总公司.1985年5月第1版. 【2】铝土矿石强度试验/河南中美铝业化验中心. 2014年2月. 【3】陈勇铝矿石多碎少磨新工艺研究.轻金属.2001年第1期. 【4】普通化学/王明华修订. 5版. 北京：高等教育出版社.2002.9. 【5】选矿手册第2卷第1、2分册. 北京：冶金工业出版社.1997.7. 【6】矿物及岩石辞典/翁润生主编.北京：化学工业出版社.2007.7 【7】石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究/贵州大学硕士学位论文.2007.6. 【8】拜耳法生产氧化铝/毕诗文等编著.北京：冶金工业出版社.2007.11 【9】氧化铝制取工/郭万里主编. 太原：山西人民出版社.2006.6. 【10】2013年生产技术年报/河南中美铝业生产技术部.2014年2月. 【11】张晓敏 预脱硅效果及矿石中的SiO2在矿浆加热的行为研究.铝镁通讯.2008年No.3. 作者简介 钱超，男，中国矿大，工程师。 陈培育，男，江西理工，工程师；矿业及氧化铝生产工艺工作。-分享文档，传播知识，赠人以花，手自留香。