廣西某地區沉積型和堆積型鋁土礦溶出性能分析①

王明理，皮濺清，王一霖，趙志強，黃桂華

（1．杭州科創有色金屬研究有限公司，浙江 臨安311300；2．中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙410083；3．廣西田東錦鑫化工有限公司，廣西 百色533000）

廣西那坡、平果等地是我國鋁土礦的重要產地［1－6］，鋁土礦資源豐富，主要包括第四系堆積型鋁土礦和二疊系沉積型鋁土礦2種。其中沉積型鋁土礦賦存于二疊統合山組底部，未經風化，其物相組成復雜，開采利用較少［6－8］。堆積型鋁土礦是經過后期風化、破碎、堆積而形成的產物，礦石極易泥化，其物相組成簡單，是目前開發利用的主要對象［3－10］。

隨著鋁土礦資源減少，沉積型鋁土礦的開采利用呈必然趨勢，但目前對2種礦石的溶出和赤泥鐵分選行為差異尚不明確。本文以堆積型和沉積型鋁土礦為研究對象，主要研究鋁礦物的溶出性能及赤泥中鐵礦物的分選性能，并對其差異性進行分析。

1 實驗原料與方法

1．1 實驗原料

實驗用循環母液取自生產現場（Na2O和Al2O3濃度分別為245 g／L和129 g／L）；實驗用石灰有效鈣含量為92%。

實驗用礦石取自廣西地區，堆積型以那坡礦為代表，沉積型以田陽礦為代表?；瘜W成分如表1所示。

表1 鋁土礦成分（質量分數）／%

由表1可知，堆積型和沉積型鋁土礦中氧化鋁、氧化鐵及氧化鈦含量相當，但沉積型比堆積型中的二氧化硅含量高，會對沉積型鋁土礦中鋁礦物溶出產生不利影響。堆積型和沉積型鋁土礦中A／S分別為7．66和4．91（A／S為Al2O3與SiO2的質量分數比值）。

2種鋁土礦的X衍射圖譜如圖1所示。

圖1 鋁土礦XRD圖譜

由圖1可知，堆積型鋁土礦主要物相為一水硬鋁石、赤鐵礦和銳鈦礦，此外還有少量針鐵礦和鎂鈣硅石。沉積型鋁土礦主要物相為一水硬鋁石、磁綠泥石、含鎂綠泥石、氧化鐵和金紅石，此外還有少量菱鐵礦和伊利石。從礦石物相上看，沉積型鋁土礦物相比堆積型復雜。

1．2 實驗設備及儀器

實驗設備主要有：高壓反應群釜（DY－8／XYF－6，中南大學機械廠）、磁選管（XCGS50，磁場0～3 500 Gs可調，恒誠選礦設備制造廠）。分析設備主要有：X射線衍射分析儀（銅靶，D／MAX2500X，理學株式會社，日本）、掃描電鏡（JSM－6700LV和JSM－IT100，JEOL，日本）、X熒光儀（Axions，PANalytical，荷蘭）。

1．3 實驗方法

向不銹鋼鋼彈中加入100 mL循環母液、一定量礦石和石灰，密封后浸入到已加熱至設定溫度（270℃）的反應器中，持續轉動（轉速150 r／min）至設定反應時間后取出鋼彈并浸入冷水中使其冷卻至室溫，反應漿液過濾并用沸水洗滌濾餅，收集濾液并將濾餅放入85℃烘箱中烘干，用于選鐵及成分和物相分析。用磁選管對赤泥中鐵礦物進行一粗一精磁選，磁場強度分別為1．2 T和1．0 T，收集精礦，烘干后用于成分和物相分析。

2 實驗結果與討論

2．1 礦石中主要礦物的嵌布特征

對2種類型的礦石進行了掃描電鏡及能譜分析，結果分別見圖2和表2～3。

圖2 鋁土礦的EDS譜

表2 堆積型鋁土礦能譜分析結果（質量分數）／%

表3 沉積型鋁土礦能譜分析結果（質量分數）／%

堆積型鋁土礦掃描電鏡分析圖譜中，點1、2、3、4、5、7、8的主要元素是鐵，占比為70%～85%，含有少量鋁、硅、鈦、碳等元素。點6的主要元素為鋁，占比為82．69%，其次是鈦，為12．41%。點9的主要元素為鈦，其含量為52．75%，其次是鋁和鐵，分別為14．68%和13．23%，同時含有少量硅。鋁、鐵、硅、鈦等元素的分布呈現各自集中、相互分散的狀態，利于后期鋁礦物的溶出和赤泥中鐵礦物的分選。但同時也可以看出，部分鈦元素分散包圍在鋁元素周圍，這給鋁礦物的溶出帶來了一定困難。

沉積型鋁土礦圖譜中，點1、9、15的主要元素是鋁，占比為83．5%～100%，其主要物相為一水硬鋁石。點6、7、12、13的主要元素為鐵，占比為60%～82．12%，還含有少量硅、鈦、鋁等元素，其主要物相為赤鐵礦、針鐵礦或菱鐵礦。點2、3、5、8、10、11、14、17的主要元素為鐵、鋁、硅，還含有少量的鈦和碳等元素，其主要物相為綠泥石。鋁、鐵、硅、鈦等元素的分布高度彌散，不同元素之間的嵌布較為緊密，這對礦石中鋁礦物的溶出和赤泥中鐵礦物的分選不利。

2．2 礦石溶出性能差異分析

取2種礦石在相同條件下進行溶出實驗，結果如表4～5所示。分析表4和表5可知，2種鋁土礦溶出液相RP相近，堆積型和沉積型鋁土礦相對溶出率分別為93．58%和87．73%，沉積型鋁土礦鋁溶出率較低，分析發現，主要是沉積型鋁土礦中綠泥石比較穩定，其中的鋁礦物在現有溶出條件下難以從中剝離出來。

表4 礦石溶出后液相成分分析

表5 礦石溶出后固相成分

2．3 赤泥物相組成和分選性能

對2種類型鋁土礦溶出后的赤泥進行了X射線衍射分析，結果如圖3所示。由圖3可知，堆積型鋁土礦溶出赤泥的主要物相為氧化鐵、鈦酸鈣、鈉硅渣、鈣硅渣，還有少量針鐵礦、氫氧化鈣、一水硬鋁石和鋁酸三鈣，其中鐵主要以氧化鐵形式存在，這為后期的赤泥選鐵創造了較好的條件。可以看出，堆積型鋁土礦的溶出赤泥中，除了少量未溶出的一水硬鋁石外，沒有其他不溶性鋁礦物，因此鋁礦物溶出性能較好。

圖3 溶出赤泥XRD圖譜

沉積型鋁土礦溶出赤泥主要物相為磁綠泥石、含鎂綠泥石、鈣硅渣、鈦酸鈣，以及少量赤鐵礦和磁鐵礦。與溶出前相比，礦石中以一水硬鋁石物相存在的鋁礦物全部溶出，但以綠泥石物相存在的鋁礦物基本沒有溶出，因此沉積型鋁土礦中鋁礦物相對溶出率較低。鐵主要以綠泥石物相存在，少量以赤鐵礦和磁鐵礦物相存在，不利于后期赤泥的分選。

在相同磁選條件下，對堆積型和沉積型鋁土礦的溶出赤泥進行選鐵實驗，選出的鐵精粉成分和物相如表6和圖4所示。

表6 赤泥磁選出的鐵精粉成分（質量分數）／%

由表6可知，堆積型鋁土礦溶出赤泥選出的鐵精粉鐵品位較高，為55．71%，其中雜質較少，主要是鋁礦物，同時還含有少量鈣礦物、硅礦物和鈉礦物。沉積型鋁土礦溶出赤泥選出的鐵精粉品位只有31．63%，雜質較多，主要是鋁礦物和硅礦物，其次是鈣礦物和含鈉礦物。

由圖4可知，堆積型鋁土礦溶出赤泥選出的鐵精粉主要物相是氧化鐵，因此鐵精粉品位較高（含有少量綠泥石，是因為該鐵精粉選自生產現場，在溶出配礦時，配有約20%的沉積型鋁土礦）。沉積型礦溶出赤泥選出的鐵精粉中鐵主要以綠泥石、氧化鐵和四氧化三鐵形式存在，還有鈣硅渣和鈦酸鈣存在，該鐵精粉物相組成復雜，因此鐵精粉中鐵含量低。

圖4 鐵精粉XRD圖譜

3 結 論

1）堆積型鋁土礦主要物相為一水硬鋁石、赤鐵礦和銳鈦礦，此外還有少量針鐵礦和鎂鈣硅石，其中鋁、鐵、硅、鈦等元素的分布呈現各自集中、相互分散的狀態，有利于后期鋁礦物的溶出和赤泥中鐵礦物的分選。沉積型鋁土礦主要礦物為一水硬鋁石、磁綠泥石、含鎂綠泥石、氧化鐵和金紅石，此外還有少量菱鐵礦和伊利石，鋁、鐵、硅、鈦等元素的分布呈現高度彌散的狀態，不同元素之間嵌布較為緊密，不利于后期鋁礦物的溶出和赤泥中鐵礦物的分選。

2）在相同溶出條件下，堆積型和沉積型鋁土礦鋁的相對溶出率分別為93．58%和87．73%，沉積型鋁土礦溶出率較低，主要是因為在常規溶出條件下存在于綠泥石中的鋁無法溶出。

3）在相同磁選條件下，堆積型鋁土礦溶出赤泥選出的鐵精粉全鐵品位55．71%，鐵精粉中鐵礦物主要為赤鐵礦。沉積型鋁土礦溶出赤泥選出的鐵精粉全鐵品位31．63%，鐵精粉中鐵礦物主要是綠泥石。