高鐵低硫型鋁土礦的工藝礦物學研究

摘要：鋁土礦主要由鋁的氫氧化物、氧化物和硅酸鹽礦物組成，是生產金屬鋁的主要原料。以某高鐵低硫型鋁土礦為研究對象，采用元素分析、X射線衍射和掃描電鏡等方法，研究鋁土礦的化學組成、主要礦物的嵌布關系、礦物表面形貌等。結果表明，礦石中Al2O3含量為44.22%，SiO2含量為5.71%，二者的比值約為7.74。礦石中主要礦物為三水鋁石，褐鐵礦（水針鐵礦）和勃姆石含量較少。它既含有少量石英、高嶺石、綠泥石和鈦鐵礦，又含有微量鈉長石、方解石、磷灰石、一水硬鋁石、鐵素體和金紅石等。褐鐵礦中分散有微量鋁，大多數褐鐵礦和石英以極細粒夾雜物的形式包裹在鋁礦物集合體中。礦物粒度分析表明，鋁礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為92.50%，較集中于0.015～0.060 mm，嵌布粒度小于0.010 mm的含量為0.5%；鐵礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為34.45%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為43.44%；石英嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為40.15%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為39.86%。礦石中的大部分鋁以獨立礦物的形式存在。

關鍵詞：鋁土礦；高鐵低硫型；三水鋁石；工藝礦物學；褐鐵礦；嵌布粒度

中圖分類號：TD952 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-00-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.007

Research on Process Mineralogy of a High-Iron and Low-Sulfur Bauxite

HE Wenjie， ZHENG Chaozhen， LIU Sanping

（BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China）

Abstract： Bauxite is mainly composed of aluminum hydroxides， oxides， and silicate minerals， and it is the main raw material for producing metallic aluminum. Taking a certain high-iron and low-sulfur bauxite as the research object， this paper uses methods such as element analysis， X-ray diffraction， and scanning electron microscopy to study the chemical composition of bauxite， the embedding relationship of main minerals， and the surface morphology of minerals. The results show that the Al2O3 content in the ore is 44.22%， the SiO2 content is 5.71%， and the ratio of the two is about 7.74. The main mineral in the ore is trihydrate alumina， with relatively low content of limonite （goethite） and boehmite， it contains small amounts of quartz， kaolinite， chlorite， and ilmenite， as well as trace amounts of albite， calcite， apatite， diaspore， ferrite， and rutile. There are trace amounts of aluminum dispersed in limonite， and most limonite and quartz are encapsulated in aluminum mineral aggregates in the form of extremely fine inclusions. Mineral particle size analysis shows that the cumulative content of aluminum mineral aggregates with embedded particle size not less than 0.074 mm is 92.50%， which is more concentrated in the range of 0.015～0.060 mm， the content of aluminum mineral aggregates with embedded particle size less than 0.010 mm is 0.5%; the cumulative content of iron mineral aggregates with embedded particle size not less than 0.074 mm is 34.45%， while the content is higher with embedded particle size less than 0.010 mm， which is 43.44%; the cumulative content of quartz embedded with a particle size of no less than 0.074 mm is 40.15%， while the content of embedded with a particle size of less than 0.010 mm is higher， which is 39.86%. Most of the aluminum in the ore exists in the form of independent minerals.

Keywords： bauxite; high-iron and low-sulfur type; trihydrate alumina; process mineralogy; limonite; embedded

particle size

鋁和鋁合金是僅次于鋼的第二大金屬材料，是航空航天、建筑、化工、造船等行業的關鍵配套材料[1]。鋁土礦是生產金屬鋁的主要原料，全球鋁土資源儲量較大，但我國鋁土礦資源儲量較小，僅占全球儲量的3.5%。隨著工業化的加速，我國成為世界最大的鋁生產國和消費國，鋁土礦對外貿易依存度日益增加，鋁土礦已成為我國稀缺的大宗礦產之一[2-3]。

鋁土礦是一種富含鋁元素的礦石，主要由鋁的氫氧化物、氧化物和硅酸鹽礦物組成，如一水硬鋁石、一水軟鋁石和三水鋁石等，主要用于生產金屬鋁。我國的鋁土礦以高鋁、高硅和低鋁硅比為主要特征。SiO2及Fe2O3含量都低的礦石為優質礦石，Fe2O3含量大于10%的礦石為高鐵礦石[4]。堆積型鋁土礦伴有少量次生三水鋁石礦物，礦體的形態極為復雜，鋁硅比為2.1～2.6，且Fe2O3含量較高。紅土型鋁土礦的礦石呈塊礫狀，結構疏松，含有少量褐鐵礦、赤鐵礦與鈦磁鐵礦等脈石礦相。目前，鋁土礦的選礦方法主要分為物理法和化學法，而浮選法具有成本低、能耗低、操作簡便等優點，已成為從鋁土礦中提取Al2O3的主要方法。其中，正浮選工藝簡單且穩定，易于實現工業化，應用最為廣泛。正浮選的關鍵在于選擇高效的捕收劑。目前，工業生產主要應用陰離子捕收劑。本文以某高鐵低硫型鋁土礦為研究對象，對其進行工藝礦物學研究。

1 樣品來源與分析方法

原礦樣品取自該高鐵低硫型鋁土礦，經破碎、混勻和縮分后，用于制備各種分析樣品。原礦的主要元素和微量元素采用X射線熒光光譜儀和電感耦合等離子體質譜儀進行分析；礦物組成采用X射線衍射儀進行分析；利用掃描電鏡分析礦物嵌布特征，采用標準銅網篩進行濕式篩分，分析原料各個粒級的產率。

2 結果與討論

2.1 礦石的多元素分析

對礦石進行多元素分析，結果如表1所示。礦石中，Al2O3含量為44.22%，SiO2含量為5.71%，二者的比值約為7.74。礦石鐵含量較高，為16.63%，該鋁土礦屬于高鐵低硫型。

2.2 鋁的物相

采用粒度小于0.074 mm的樣品進行鋁的化學相分析，結果如表2所示。其中，勃姆石含有微量一水硬鋁石，褐鐵礦含少量硅酸鹽和微量鐵素體。鋁大部分出現在三水鋁石中，另一部分出現在勃姆石中，少數出現在褐鐵礦和硅酸鋁中。

2.3 礦石的礦物組成

2.3.1 礦石的X射線衍射分析

礦石的X射線衍射分析結果如圖1所示。根據分析可知，礦石中的礦物主要為三水鋁石、一水軟鋁石和水針鐵礦。

2.3.2 礦石的礦物組成及相對含量

礦石中，礦物主要為三水鋁石，其次為褐鐵礦（水針鐵礦）和一水軟鋁石。它不僅含有少量的石英和高嶺石，還含有微量的方解石、綠泥石、滑石、磷灰石、鐵尖晶石、一水硬鋁石、金紅石、鈉云母、伊利石、釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦等，主要礦物組成如表3所示。其中，一水軟鋁石含有微量一水硬鋁石，褐鐵礦含微量鐵素體。

2.4 礦石中重要礦物的嵌布特征

2.4.1 三水鋁石

礦石中，鋁礦物絕大部分為三水鋁石（Al（OH）3），其全部以基底形式與褐鐵礦、一水軟鋁石、高嶺石、釩鈦磁鐵礦和石英等礦物密切共生，礦物以粒狀、不規則狀等集合體形式嵌布，如圖2至圖5所示。將三水鋁石在掃描電鏡下放大2 300倍（見圖5），可見其中有較多的微細粒鐵礦物、石英等雜質礦物以包體形式嵌布，即使細磨，也較難與三水鋁石單體解離。為了后續更好地描述礦石中鋁礦物的嵌布粒度，將這些含有雜質的三水鋁石歸類為鋁礦物集合體。三水鋁石通常含有少量的SiO2、TiO2及Fe2O3等雜質組分，其掃描電鏡能譜分析結果如表4所示。

2.4.2 一水軟鋁石

礦石中的一水軟鋁石（AlO（OH））主要以微、細粒包裹于三水鋁石（見圖6），其次以粒狀、不規則狀與三水鋁石緊密嵌布（見圖7）。一水軟鋁石嵌布粒度一般為0.001～0.040 mm，較集中于0.005～0.020 mm。一水軟鋁石通常含有少量的SiO2、TiO2及Fe2O3等雜質組分，其X射線能譜分析結果如表5所示。

2.4.3 高嶺石

高嶺石（Al2Si2O5（OH）4）含量不高，其多以不規則狀、細粒狀嵌布于三水鋁石，如圖8所示。高嶺石的嵌布粒度較細，一般為0.001～0.030 mm，較集中于0.005～0.020 mm。高嶺石的掃描電鏡能譜分析結果如表6所示。

2.4.4 褐鐵礦

褐鐵礦（Fe2O3·nH2O）主要以微、細粒包體形式嵌布于三水鋁石，其次以粒狀、不規則狀、環帶狀和多孔狀嵌布，如圖9所示。微量褐鐵礦以鑲邊結構包裹三水鋁石、石英等。褐鐵礦的嵌布粒度兩極分化較為明顯，粗粒褐鐵礦嵌布粒度較集中于0.15～0.40 mm，細粒褐鐵礦嵌布粒度較集中于0.00～0.04 mm。

2.4.5 石英

石英（SiO2）主要以細粒狀、不規則狀嵌布于三水鋁石（見圖10），其次以粗粒狀嵌布（見圖11）。

石英的嵌布粒度較集中于0.1～0.3 mm，細粒石英占比也較高。

2.5 礦石中重要礦物的嵌布粒度

為了更好地表征礦石中鋁礦物的嵌布粒度，將三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石、高嶺石、鐵礦物和石英等礦物當作集合體，進行系統的粒度測定。另外，對礦石中鐵礦物集合體（絕大部分為褐鐵礦，少量為赤鐵礦、磁鐵礦和釩鈦磁鐵礦）、石英的嵌布粒度進行測定。由表7測定結果可知，鋁礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為92.50%，較集中于0.015～0.060 mm，嵌布粒度小于0.010 mm的含量為0.5%；鐵礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為34.45%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為43.44%；石英嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為40.15%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為39.86%。

2.6 礦石中鋁、鐵和硅的賦存狀態

礦石中，鋁絕大部分以獨立礦物的形式存在，其主要為三水鋁石，少量為一水軟鋁石和高嶺石，微量為鐵尖晶石和一水硬鋁石。另外，礦石中，微量鋁以分散狀態存在于褐鐵礦中。鋁在不同礦物中的元素平衡計算結果如表8所示。

3 結論

鋁土礦的礦石中，Al2O3含量為44.22%，SiO2含量為5.71%，二者的比值約為7.74。礦石中主要礦物為三水鋁石，褐鐵礦（水針鐵礦）和勃姆石含量較少，少量為石英、高嶺石、綠泥石和鈦鐵礦，微量為鈉長石、方解石、磷灰石、一水硬鋁石、鐵素體和金紅石等。鋁礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為92.50%，較集中于0.015～0.060 mm，嵌布粒度小于0.010 mm的含量為0.5%；鐵礦物集合體嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為34.45%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為43.44%；石英嵌布粒度不小于0.074 mm的累計含量為40.15%，嵌布粒度小于0.010 mm的含量較高，為39.86%。礦石中，大部分鋁以獨立礦物的形式存在。這些鋁礦物主要為三水鋁石，流動的勃姆石和高嶺石較少，還含有微量鈉長石、白云母、綠泥石和一水硬鋁石等。此外，褐鐵礦中還分散有微量鋁。大多數褐鐵礦和石英以極細粒夾雜物的形式包裹在鋁礦物集合體中，因此即使經過精細研磨，它們也很難與鋁礦物集合體一起釋放。需要注意，三水鋁石、褐鐵礦、勃姆石、高嶺石和綠泥石等礦物在細磨過程中易發生泥化，難以通過選礦過程脫鈣，最好采用冶金方法處理。

參考文獻

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2 楊卉芃，張 亮，馮安生，等.全球鋁土礦資源概況及供需分析[J].礦產保護與利用，2016（6）：64-70.

3 卯 松，李先海，張 覃.貴州某高硫鋁土礦工藝礦物學研究[J].礦產保護與利用，2022（3）：146-150.

4 李明學.某堆積型鋁土礦工藝礦物學與鋁回收技術研究[J].礦物學報，2022（2）：785-792.