我国数亿吨低品位铝土矿将高效利用
“像鸡肋一样，食之无味，弃之可惜。”一提到铝硅比为5以下的低品位铝土矿，业内人士就会不由自主地发出这样的感慨。
而如今，随着中国地质科学院矿产资源综合利用研究所（以下简称成都综合所）对重庆地区中低品位铝土矿扩大连续试验的成功，以及“黔渝地区中低品位铝土矿铁矿可利用性评价”项目顺利通过专家组的评审验收，这些过去几乎等同于废石的低品位铝土矿将成为“香饽饽”了。
“我们对重庆地区中低品位铝土矿的选矿工艺研究，已进行了扩大连续试验，结果十分理想，得到了中国铝业公司的高度肯定。”成都综合所所长刘亚川十分兴奋地说，“我国铝土矿的平均品位（铝硅比）在4~5左右，如果这一成果得以推广应用，将使我国数亿吨低品位铝土矿彻底‘翻身’。”
“鸡肋”遍地“食无味”
我国铝土矿资源相对比较丰富。根据国土资源部公布的资料，截至2008年底，全国查明铝土矿产地425处，保有资源储量为32.23亿吨，分布于20个省（区），主要集中地为：山西9.95亿吨（基础储量1.15亿吨）、广西5.10亿吨（基础储量1.35亿吨）、贵州5.10亿吨（基础储量2.05亿吨）和河南6.96亿吨（基础储量2.03亿吨），这4省区合计查明铝土矿资源储量27.11亿吨（基础储量6.58亿吨），约占全国查明铝土矿资源储量的86.6%，基础储量的89.5%。
“尽管我国的铝土矿资源相对丰富，但特殊的矿石性质和占多数的中低品位矿石，直接决定了其开发利用难度的增加，所以，实际上适合经济开采和利用的铝土矿资源量比较少。”刘亚川介绍，我国铝土矿主要以高岭石-一水硬铝石型为主，约占总储量的98%，属于高铝高硅低铁难溶性矿石，铝硅比偏低，约在4～6之间，溶出性能差。高铝硅比(A/S≥8)的矿石很少，铝硅比大于9的矿石仅占18.5%，其余80%以上的铝土矿均为中低品位。铝土矿矿石中氧化铝平均含量为40%～60%，矿石中主要矿物嵌布粒度细小，嵌镶关系密切，洗选困难。
我国铝土矿资源品位（铝硅比）较低，这不仅造成了洗选利用困难，还造成了氧化铝生产工艺复杂，增加了氧化铝生产的难度和生产成本。据了解，由于我国大部分铝土矿属中低品位矿，如果直接用单纯的拜耳法处理，将造成碱耗高、溶出率差、成本急剧升高，特别是我国铝土矿中还含有伊利石等硅矿物，不能通过简单的预脱硅予以去除，这些矿物在矿浆升温预热过程中易于发生反应，在换热面上析出钠硅渣，成为结疤，使传热系数迅速下降。
“根据我国铝土矿资源的特点，一些科研单位和矿山企业相应开发出了烧结法和混联法等技术以降低碱耗、提高氧化铝的回收率，从而形成了我国2005年以前90%的氧化铝生产能力。但是这两种方法均需采用烧结法，这造成生产系统复杂庞大、基建投资增加、能耗高、难于控制、产品质量较差等一系列问题，其经济性不佳。”成都综合所副研究员闫武介绍说。
值得一提的是，我国的铝土矿共（伴）生组分多，主要共生矿产有耐火黏土、石灰岩、铁矿等，伴生组分有镓、钒、锂、钛及稀土元素等，这无疑对如何使其综合开发利用提出了新的课题。
“铝工业是我国的基础产业，经济建设对铝土矿的需求量很大，而我国又大多数是中低品位的铝土矿。随着铝土矿供矿品位下降的趋势日益加剧，烧结法的比例上升，矿石消耗、碱耗、能耗增加，循环效率和产出率降低，技术经济指标恶化，生产成本将明显上升，这将对我国氧化铝工业的生产成本和竞争力产生严重的影响。”刘亚川说，“更重要的是，我国许多铝土矿资源因品位低难以利用，不得不从国外大量进口铝土矿。如何有效利用铝硅比5以下的中低品位铝土矿，解决我国铝土矿资源相对不足的难题，已成为当务之急。”
科技攻关“贫”变“富”
立足国家整体战略，加强对中低品位铝土矿开发利用技术的研究，是公益性地质单位义不容辞的责任。成都综合所在2009年底就开始谋划此项工作，并在2010年初在中国地质调查局的支持下，开展了地质矿产调查评价工作项目。
该项目的主要任务是：以黔渝地区中低品位铝土矿、高磷难选铁矿为研究对象，开展矿石工艺矿物学研究，查清矿石的物质组成、有用矿物的赋存状态和嵌布特征；采用先进的选冶技术、工艺和设备，开发适合该类型矿石性质的选冶新工艺、新药剂；对该地区中低品位铁、铝矿石进行可利用性评价研究，研发适应该类矿石的加工工艺、合理流程，确定技术经济指标，使该地区同类中低品位铝土矿、难选铁矿得到合理利用，增加国家铝铁资源储量，为同类矿石的开发利用提供技术支撑。
据记者了解，之所以选择重庆的中低品位铝土矿进行研究，不仅因为重庆地区铝土矿储量大，矿石以低品位矿石为主，还在于重庆有中铝公司重庆分公司、博赛矿业等矿业公司，当地的铝工业发展亟需一种中低品位铝土矿高效利用技术。
“当时，重庆市委、市政府提出打造‘千亿元铝产业链’的战略部署，如何解决重庆铝土矿铝硅比低、矿石难选而带来的生产成本高、企业效益差的问题，已成为重庆实施‘千亿元铝产业链’的关键。”刘亚川说。
凭心而论，对中低品位铝土矿的利用研究，成都综合所并不占优势，而且以前许多科研单位多次对重庆地区的中低品位铝土矿进行过研究，效果均不理想。在一些科研人员顾虑的眼光中，刘亚川和主管科研的副所长陈炳炎力排众议，抱着为国家战略全局考虑的思想，毅然决定实施此项目。
项目确定后，该所选派精兵强将，指派年轻有为的70后副研究员闫武具体负责该项目。1977年出生、中南大学选矿专业毕业的闫武2001年分配来到该所，此前一直在做钒钛磁铁矿的科研工作，对铝土矿并不熟悉。但之后的实践证明，正因为闫武对铝土矿不熟悉，反而使其有了“初生牛犊不怕虎”的锐气，少了几分掣肘，更容易跳出传统思想的“框框”。
闫武跟项目组人员一起，通过对重庆地区中低品位铝土矿进行研究分析后认为，该地区的铝土矿含硫含硅高，脱硅十分困难。针对这一难点，他们围绕脱硅这一关键环节，确定了浮选脱硅工艺流程。
浮选脱硅关键是药剂的选择。为了研发合适的药剂，闫武在两眼一抹黑的情况下，凭经验看现象，在一次次试验、一次次失败中不断积累着经验。有时他正在外面忙其他事情，脑子里忽然闪出一个新的想法，马上就赶到试验室进行试验。功夫不负有心人，在先后进行了四五十次试验后，最后终于成功研发出了合适的药剂。
“浮选与重选相比更高效，而浮选的核心是药剂的研发。如果药剂过关了，设备、工艺就可以简单，利于成本下降。”闫武说，“现在对药剂的要求很严格，要求无毒，对环境不产生污染，同时还要从经济角度考虑，想法选用大宗原材料，以降低药剂生产成本，确实很难。”
其实，在项目刚开始时，闫武仅用了半年时间就研发出了新的药剂，各项技术指标也基本符合要求，但这一药剂应用在低硫的中低品位铝土矿可以，而对高硫的中低品位铝土矿效果却并不太理想。对科研工作精益求精、追求完美的闫武最后还是忍痛放弃了这种药剂。
“浪费了大半年心血才研发出的药剂，说抛弃就抛弃了，当时还真舍不得。”现在回想起来，闫武还有点痛心，“不过，我们最终研发出的药剂效果更好，适用范围更广，不论高硫还是低硫的中低品位铝土矿，都很适用。”
闫武他们最终成功了，最后确定的“选矿-拜耳法”工艺，使黔渝地区中低品位铝土矿利用问题彻底得到了解决。
实际上，闫武项目组之所以能成功，还得益于该所领导的支持。闫武在基本完成了该项目的研发工作后，通过查询才知道，类似的项目在许多科研单位已进行了多年，但一直没有突破。
“许多科研单位对中低品位铝土矿利用进行过多年研究，但都没有实质性突破，所确定的工艺流程往往能耗大、成本高，使企业处于亏损状态。但是因为相关资料缺乏，我当时根本不知道这一情况。”现在回想起来，闫武笑笑说，“如果当时我知道这些情况，也许就不敢承担这个项目了。”
该项目的成功，对成都综合所及闫武本人来说都是一个极大的鼓舞。在此基础上，成都综合所又继续扩大科研工作，于2012年9月实施了“滇渝地区中低品位铝土矿及其伴生资源合理利用技术研究”项目，以加强对中低品位铝土矿及其伴生资源的综合利用研究。
“废石成金”产业兴实际上，成都综合所刚开始启动此项目时，许多科研单位包括矿山企业并不看好。而在2011年该项目取得突破后，立即引起了中铝重庆分公司乃至总部的高度重视，他们派人全程参与了该项目的后期试验工作。
对中铝重庆分公司来说，该项目的成功无疑是久旱逢甘霖。因原先的工艺成本太高而导致亏损，他们只能守着上亿吨的中低品位铝土矿而无所适从。所以，当他们得到该项目的初试结果后，激动不已，主动上门与成都综合所沟通。就在记者采访闫武时，该公司又主动打电话过来，邀请他到公司就铝土矿的选矿工艺流程进行商谈。
在今年9月份该所进行的扩大连续性试验过程中，中铝重庆分公司从取样到试验，全过程派人参加。试验研究结果为：对铝硅比为5左右的铝土矿，精矿铝硅比大于10、氧化铝回收率80%～87%；对铝硅比为4.5左右的铝土矿，精矿铝硅比大于9、氧化铝回收率大于75%；对铝硅比为3左右的铝土矿，精矿铝硅比大于7、氧化铝回收率60%～73%；对铝硅比为1.9的极低品位铝土矿，精矿铝硅比大于7、氧化铝回收率大于60%；铝精矿在不加任何絮凝剂的条件下，过滤快速，滤饼含水量低，解决了铝精矿过滤难题。
“研究结果表明，重庆大部分低品位、难利用铝土矿是可以通过‘选矿-拜耳法’工艺得到经济利用的。”闫武说，“试验研制了高效浮选药剂，使选矿取得了较好的技术指标，完善了低品位铝土矿利用工艺，达到了研究目标，为我国数亿吨低品位铝土矿经济、高效利用奠定了技术基础。我们下一步还要继续优化药剂配方，争取早日实现工业化。”
既能高效利用中低品位铝土矿，又经济环保。这项成果的研发成功，为中铝重庆分公司今后的发展奠定了坚实的资源基础。据了解，目前该公司正准备按照成都综合所的这一成果上马年产80万吨氧化铝的生产线。而对重庆市委、市政府提出的打造“千亿元铝产业链”战略部署来说，这更是个好消息，将从根本上解决重庆地区铝土矿资源保障问题。
“更重要的是，这项成果还可以辐射推广到全国，有效盘活我国近3亿吨的中低品位铝土矿，对提高我国的铝土矿资源保障能力、促进铝工业健康持续发展、保证国家战略安全等都有着十分重要的意义。”刘亚川最后说。
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