1第七章鋁冶金21855年的巴黎國際博覽會，我們發(fā)現(xiàn)有一樣標著“來自粘土的白銀”的展品，與當時最珍貴的珠寶并排而列。若是現(xiàn)代人有機會去觀光的話，怕是會驚訝地尖叫：竟然是鋁！是的，它的學名叫鋁。3主要內(nèi)容1緒論2鋁土礦的選礦3氧化鋁生產(chǎn)4金屬鋁生產(chǎn)47.1.1.1物理性質(zhì)

鋁是銀白色的金屬。在室溫下，鋁的導熱系數(shù)大約是銅的1.5倍，鋁線的導電系數(shù)大約是銅線的60%。鋁具有良好的延展性，可以拉成鋁線，壓成鋁板和鋁箔。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途57.1.1.2化學性質(zhì)

鋁是元素周期表中第3周期ⅢA族元素，元素符號Al，原于序數(shù)13，相對原子質(zhì)量26.98154。鉛原子的外電子構(gòu)型為[Ne]3s23p1，鋁在常溫下的氧化態(tài)為+3價，在高溫下有穩(wěn)定的+1價化合物。鋁的化學活性很強，具有與氧強烈反應的傾向。在空氣中鋁的表面生成一層連續(xù)而致密的氧化鋁薄膜，這層薄膜能起到使鋁不再繼續(xù)氧化的保護作用，這就是鋁具有良好抗腐蝕能力的原因。鋁粉或鋁箔在空氣中強烈加熱即燃燒生成氧化鋁。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途6鋁可溶于鹽酸、硫酸和堿溶液，但對冷硝酸和有機酸在化學上是穩(wěn)定的。熱硝酸與鋁發(fā)生強烈反應。鋁與鹵素、硫、碳都能化合，生成相應鹵化物（如AlCl3、AlF3）、硫化物（Al2S3）、碳化物（Al4C3）。此外，鋁還有多種低價化合物，如AlF、AlCl、Al2S等。氧化鋁是一種白色粉末，熔點2323K，真密度為3.5~3.6g/cm3。已知無水氧化鋁有幾個同素異晶體，其中α-Al2O3和γ-Al2O3對于煉鋁有重要意義。α-Al2O3可長期保存不吸收水分，γ-Al2O3則相反。工業(yè)氧化鋁中通常含有Al2O399％左右。

氧化鋁和堿金屬氟化物（MeFx）生成鋁氟酸鹽，其中冰晶石型的鈉冰晶石（Na3AlF6）在氧化鋁電解制鋁中用作熔劑，通常稱為冰晶石。7.1.1.2化學性質(zhì)77.1.1.3鋁的用途

由于鋁具有密度小，導熱性、導電性、抗蝕性良好等突出優(yōu)點，又能與許多金屬形成優(yōu)質(zhì)鋁基輕合金，所以鋁在現(xiàn)代工業(yè)技術上應用極為廣泛。鋁的應用有兩種形式：純鋁和鋁合金。純鋁在電氣工業(yè)上用作高壓輸電線、電纜殼、導電板以及各種電工制品。鋁合金在交通運輸以及軍事工業(yè)上用作汽車、裝甲車、坦克、飛機以及艦艇的部件。此外，鋁合金還用于建筑工業(yè)制作構(gòu)架等，輕工業(yè)中用純鋁和鋁合金制作包裝品、生活用品和家具。7.1.1鋁的性質(zhì)和用途8氫氧化鋁：是“胃舒平”的主要成分，它有中和胃酸和治療潰瘍的作用。明礬：一種重要的凈水劑、染媒劑，醫(yī)藥上還用作收斂劑。硫糖鋁：胃潰寧。它能和胃蛋白酶絡合，直接抑制蛋白分解活性，形成一種保護膜，故而對胃粘膜有較強的保護作用和制酸作用。他又能幫助粘膜再生，促進潰瘍愈合，毒性低，是一種良好的胃腸道潰瘍治療劑。剛玉：學名是α-氧化鋁，硬度僅次于金剛石。若是含有不同的雜質(zhì)則呈現(xiàn)不同的顏色，如含微量三價鉻則呈紅色，稱為紅寶石；含有微量的二價鐵或四價鈦則稱為藍寶石。9鋁在地殼中的含量約為8.8％，地殼中的含鋁礦物約有250種，但煉鋁最主要的礦石資源是鋁土礦，世界上95%以上的氧化鋁是用鋁土礦生產(chǎn)的。鋁土礦中主要含鋁礦物為三水鋁石（Al2O3·3H2O）、一水軟鋁石(AlOOH)和一水硬鋁石(AlOOH)，因此按礦物的存在形態(tài)不同，鋁土礦分為三水鋁石型、一水軟鋁石型、一水硬鋁石型和混合型等多種類型。7.1.2煉鋁原料10鋁土礦中含Al2O3量一般為40%-70%。對于生產(chǎn)氧化鋁來說，衡量鋁土礦質(zhì)量標準還有鋁硅比（礦石中全部Al2O3含量與SiO2含量的質(zhì)量比）。目前工業(yè)生產(chǎn)上要求鋁土礦的鋁硅比不低于3-3.5。鋁土礦類型對拜耳法生產(chǎn)也很重要。除鋁土礦外，可以用于生產(chǎn)氧化鋁的其他原料還有：明礬石((Na,K)2SO4·Al(SO4)2·4Al(OH)2)、霞石((Na,K)2O·Al2O3·2SiO2)、高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等。7.1.2煉鋁原料11

自從1886年在冰晶石熔體中電解氧化鋁的方法試驗成功后，此法一直是生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法。它包括從鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個主要過程。現(xiàn)代生產(chǎn)鋁的原則流程如圖7-1所示。（P145）7.1.3鋁的生產(chǎn)方法

127.2鋁土礦的選礦

隨著鋁工業(yè)的發(fā)展及礦石資源的貧乏，鋁土礦選礦逐漸引起人們的關注。為了充分利用低質(zhì)鋁土礦資源，國內(nèi)外近幾十年做了許多研究工作，在洗選、篩選、浮選、反浮選、磁選、選擇性絮凝、細菌選礦、化學選礦、磁過濾、載體浮選以及光電揀選等技術方面都取得了進展。其中洗、篩分選和反浮選已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，對處理風化型礦床含泥三水軟鋁石的脫硅很有效。

137.2鋁土礦的選礦

7.2.1國內(nèi)外幾種類型鋁土礦的選礦7.2.1.1高嶺石-三水鋁石型鋁土礦主要礦物為三水鋁石、高嶺石、赤鐵礦、針鐵礦等。方法：對于低品位的三水鋁石的鋁土礦，一般認為浮選都是比較有效的，有主張正浮選三水鋁石，也有主張反浮選含硅礦物，藥方與一般氧化礦浮選基本相同。認為加入硫化鈉和輔助捕收劑（煤油、機油）可以強化浮選，浮選流程方向注意泥砂分選及分支浮選等。14實例：

某高嶺石-三水鋁石型鋁土礦采用泥、砂分選，粗級別磨礦后用磁選除鐵，礦泥磨礦后浮選。選別后得三種產(chǎn)品，鋁土精礦用于生產(chǎn)電爐剛玉或拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，高嶺石產(chǎn)品用燒結(jié)法回收，含鐵產(chǎn)品生產(chǎn)鐵精礦。從而使鋁土礦得到綜合回收。磁選磁場強度為3000-3500Oe。浮選捕收劑為油酸:塔爾油:機油=1:1:1，其總用量為300g/t。其選別結(jié)果如表7-2所示。可見鋁土礦精含49.8%Al2O3，回收率為58.8%，鋁硅比從4.7提高到8.4，取得了一定分選效果。157.2.1.2高嶺石-一水軟鋁石型鋁土礦

常規(guī)浮選法：優(yōu)點：這種類型礦石微細分散，用常規(guī)浮選法有可能獲得高鋁硅比（6~8.9）的鋁土礦精礦。缺點：但鋁土礦精礦產(chǎn)率僅有20％-30％。原因是由于經(jīng)磨礦的礦漿中小于5μm粒級含量很高所致，不同類型鋁土礦小于5μm粒級產(chǎn)率為50％-80％。和其他礦石浮選一樣，細粒鋁土礦可浮性低，是由于其顆粒表面積增大，實現(xiàn)基本浮選行為或然率小以及其他因素所造成。167.2.1.2高嶺石—一水軟鋁石型鋁土礦解決常規(guī)浮選法產(chǎn)率低方法：

預先將細粒礦物選擇性絮凝是提高浮選效率最有前途的方法之一。無論是研究具有高效能絮凝作用的捕收劑，或是尋找選擇性聚合絮凝劑均可達到選擇性絮凝的目的。當處理鋁土礦懸浮體所含需分離礦物量較高時，要把選擇性絮凝作為一獨立選礦作業(yè)來合理應用。選擇性絮凝過程包括：1）用物理-化學方法分散和穩(wěn)定礦漿；2）用聚合物選擇性絮凝礦漿；3）按一定粒級將物料分級，獲得絮凝沉淀物和溢流兩種產(chǎn)品，溢流為分散狀態(tài)下的礦漿分出物。177.2.1.2高嶺石—一水軟鋁石型鋁土礦

實例：某高嶺石-一水軟鋁石型鋁土礦，采用粗粒機械碎解—細粒選擇性絮凝流程處理。其選別結(jié)果如表7-3所示。從表中可見，原礦含Al2O353.5%，SiO217.5%，鋁土礦精礦含Al2O362.4%，SiO210.2%，鋁回收率58.1%、鋁硅比從3.1提高到6.2，取得了一定分選效果。

礦石的特點是微細赤鐵礦和鮞綠泥石與一水軟鋁石緊密結(jié)合，部分富集一水軟鋁廠的鋁土巖在破碎時容易解離，而鐵礦物在細級別中細粒分散。18

7.2.2強化鋁土礦脫硫和除鐵7.2.2.1高硫鋁土礦的選別

（1）浮選法：前蘇聯(lián)南烏拉爾鋁土礦采用浮選法脫除硫化礦物和碳酸鹽的工業(yè)試驗取得成功。該礦石中一水軟鋁石和一水硬鋁石占46%，方解石占19.0%，赤鐵礦占12%，高嶺石占6.6%和黃鐵礦占4%。礦石經(jīng)三段碎礦、三段磨礦，最終磨礦粒度為-0.074mm占94%。

浮選流程：硫化物經(jīng)一次粗選、二次精選、二次掃選，分別得硫化物精礦和尾礦；其尾礦再浮選碳酸鹽，經(jīng)二次精選和二次掃選，分別可得到碳酸鹽精礦和鋁土礦精礦。鋁土礦精礦供拜耳法生產(chǎn)鋁，碳酸鹽精礦供燒結(jié)法煉鋁，硫精礦作為氧化鎳礦熔煉的硫化劑，礦石得到充分綜合利用。197.2.2.1高硫鋁土礦的選別（2）篩分-光電揀選-浮選聯(lián)合：北烏拉爾鋁土礦采用篩分-光電揀選-浮選聯(lián)合流程的工業(yè)試驗也取得成功，其原礦鋁土礦主要為一水硬鋁石，鋁硅比高達15，但硫和碳酸鹽等有害雜質(zhì)含量較高，分別為1.5%S和3.5%~3.6%CO2。硫主要分布于黃鐵礦類型礦石，CO2則集中于碳酸鹽礦石中。碎礦后硫和碳酸鹽的雜質(zhì)含量較低，可供拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。粗粒級進行光電選礦和浮選，光電揀選的精礦供拜耳法煉鋁原料，尾礦用浮選脫硫，硫精礦作氧化鎳熔煉的硫化劑；浮選尾礦燒結(jié)法煉鋁。該流程特點是利用硫化物和碳酸鹽在礦石中的不均勻性和光學性上的差異采用簡單的篩選和光電選別。為此，在20世紀80年代初建成日處理能力為250~300t貝斯明克斯鋁土礦選礦廠，主要處理南烏拉爾和北烏拉爾鋁土礦，脫除硫化物和碳酸鹽等有害雜質(zhì)。該廠從碎礦、預選、磨礦、分級和浮選、脫水過濾等均進行了系統(tǒng)的工業(yè)試驗，并取得了良好可靠的技術經(jīng)濟指標。207.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦磁選除鐵方法焙燒磁選浮磁過濾、、、載流浮選根據(jù)鐵礦含量及種類或嵌布特點，其除鐵方法也不相同217.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦國外某鋁土礦，原礦含38.5%Al2O3，8.5%SiO2，

24.4%Fe2O3，鋁硅比為4.5。采用洗礦-磁選-浮選聯(lián)合流程選別可獲得滿意結(jié)果。其鋁土礦精礦含51.2%Al2O3，5.7%SiO2，鋁硅比達9.0，鋁回收率為48.9％，該物料可適于拜耳法生產(chǎn)的原料，尚可獲得含37%Al2O3，13.6%SiO2，鋁回收率36.9%的次精礦。而磁性部分經(jīng)磁選可獲得含鐵50.1％的鐵精礦。實例1227.2.2.2高鐵鋁土礦的選礦陽泉鋁礬土是我國高鋁礬土基地之一，所產(chǎn)礦石為一水硬鋁石-高嶺石型。原礦含63%~65%Al2O3，15%~16%SiO2，1.37%~1.44%Fe2O3，2.82%TiO2。采用浮-磁聯(lián)合流程進行了小型和半工業(yè)試驗，取得了較好結(jié)果。其精礦含74-75%Al2O3(折合熟料為86.5％),含F(xiàn)e2O3<1％，含雜質(zhì)及Al2O3品位均達到了原冶金部的標準，適用于寶鋼對高鋁礬土的產(chǎn)品要求。而選別后的尾礦仍可作為二級品鋁礬土的原料。實例223

7.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.1浮選法脫硅

浮選法脫除硅是目前國內(nèi)外提高鋁土礦質(zhì)量的有效方法之一，也是用得較多的方法。大量的研究工作表明：浮選鋁礦物的有效捕收劑有脂肪酸和磺酸鹽類；調(diào)整劑有六偏磷酸鈉、丹寧酸、焦磷酸鈉、蘇打、碳酸鈉等。24

7.2.3高硅鋁土礦選礦7.2.3.1浮選法脫硅

我國山東、山西、河南等地高嶺石-一水硬鋁石型鋁土礦的試驗研究表明：當?shù)V石磨至-200目占97％（或-300目占90％），以碳酸鈉和硫化鈉為調(diào)整劑，六偏磷酸鈉為抑制劑，用氧化石蠟皂和塔爾油（或癸二酸下腳料的脂肪酸）為捕收劑，浮選脫硅效果較好。用常規(guī)浮選法能使鋁礦石的鋁硅比由5左右提高到8以上。此外，對遼寧小市等低鋁硅比礦石（鋁硅比為2~2.6），小型試驗結(jié)果也證明，精礦鋁硅比可提高到3.5~4.0，Al2O3的回收率可達50%~70%，這樣就使這些原來不能利用的低質(zhì)鋁土礦，可作為燒結(jié)法煉鋁原料。257.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.2絮凝脫硅

對于細粒嵌布的一水硬鋁石型鋁土礦，含泥較多時可用選擇性絮凝法脫硅。對該種礦石首先將其細磨至-5μm占30%-40%，然后添加調(diào)整劑蘇打和苛性鈉，分散劑六偏磷酸鈉，再使用聚丙烯胺聚合物進行選擇性絮凝，使懸浮物和沉淀物分離，此項技術的關鍵是選用高效的選擇性絮凝劑。267.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.3細菌浸出脫硅由于鋁土礦中礦物細小，使機械富集受到一定限制，因此許多學者認為細菌選礦是最有前途的方法之一。該項工藝是利用食硅細菌破壞鋁代硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，如可將一個高嶺土分子破壞成為氧化鋁和二氧化硅，使SiO2轉(zhuǎn)化為可溶物，從而使氧化鋁不溶物得以分離。此法對處理膠狀極細粒鋁土礦尤其適合。

國內(nèi)外對鋁土礦細菌浸出脫硅都做了大量研究工作，取得了一定進展。如國外某礦原礦屬三水鋁土礦，其主要成分為：43.6%Al2O3、13.8%SiO2、22%TiO2、9.1%Fe2O3。原礦磨至-0.074mm，進行分級脫泥，+0.3mm粒級進行磁選，非磁性產(chǎn)品為鋁精礦，細泥和磁性產(chǎn)品進行細磨浸出，浸出溫度303K，液固比為1:5，浸出時間9天，浸液用沸石吸附氧化鋁，再選使鋁硅分離。

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7.2.3高硅鋁土礦選礦

7.2.3.4化學法脫硅對細粒級的難選鋁土礦或者高嶺石以微晶狀的細小集合體與鋁礦物緊密共生，用常規(guī)的選礦方法難以選別，可采用化學法處理。目前發(fā)展化學法脫硅主要是預先焙燒（或未經(jīng)焙燒）-浸出以脫去硅、鐵，其工藝包括預焙燒、溶浸脫硅、固液分離等工序。

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7.2.3.4化學法脫硅美國用該法可從鋁硅比為0.76-0.86的含鋁原料中獲得鋁硅比為4.4-6.85適合于燒結(jié)法處理的產(chǎn)品；原礦鋁硅比為2時，可提高到16.6-27.5。澳大利亞用該法，將原礦在1273K條件下焙燒60min，然后用10%的NaOH溶液浸出2h，可使77%的SiO2脫除，而鋁的回收率可達96%-98%，鋁硅比可從2.4提高到8.9-9.8。前蘇聯(lián)在處理高硅三水鋁石礦時不經(jīng)焙燒，直接以鋁酸鈉堿溶液浸出，液固比7-10，368K下浸出4-6h，原礦鋁硅比