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千淘万漉始得金

——中国地质科学院矿产综合利用研究所攻克中低品位难利用铝土矿工业利用难关纪实

2014-5-8 14:40:54 来源:中国矿业报 本报记者:王琼杰

南国春来早。3月的重庆,山花烂漫,春意盎然。

3月18日至4月12日,随着中国地质科学院矿产综合利用研究所(以下简称成都综合所)在中国铝业重庆分公司选矿车间顺利完成“重庆脱硫铝土矿选矿脱硅工业试验”并获得良好技术指标,我国铝工业发展的春天悄然来临。

原料铝硅比4.62,铝精矿铝硅比8.64,三氧化二铝作业回收率83.87%;尾矿铝硅比1.57,三氧化二铝作业回收率16.13%……在工业试验现场,得到这样一组漂亮的数据后,成都综合所所长刘亚川、副所长陈炳炎、项目组具体负责人闫武和中铝重庆分公司负责人激动地拥抱在一起:“我们终于成功了!”

3年多持续攻关的艰辛瞬间被激动的泪水所掩藏。而该项目对我国铝工业发展所产生的深远影响却正在释放扩大。正如刘亚川所言:这将从根本上解决我国数亿吨中低品位铝土矿的工业利用问题,减少我国铝土矿的对外依存度,为掌握我国铝工业发展的主动权奠定了坚实的资源基础。

资源虽多难利用 对外依存度居高

如果只是简单地以资源量来衡量的话,我国铝土矿资源还是比较丰富的。华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海四个成矿区都具有较好的铝土矿成矿条件,尤以晋中-晋北、豫西-晋南、黔北-黔中3个成矿带成矿条件较好,资源远景诱人;桂西-滇东、川南-黔北等成矿带也有一定远景。有关部门根据已有地质条件和成矿条件分析,我国铝土矿资源总量预计可达50亿吨。

据国土资源部公布的资料显示,截至2010年底,全国铝土矿累计查明的资源储量为37.5亿吨,基础储量约为8.97亿吨。近3年多来,在找矿突破战略行动实施过程中,我国进一步加大了铝土矿的勘查力度,随着贵州务正道等一批新的大中型铝土矿的发现和探明,我国累计查明的铝土矿资源量继续稳步增加。

尽管我国铝土矿资源相对丰富,但多数为中低品位难利用矿石。据了解,我国铝土矿石多数为一水硬铝石型低铝硅比的中品位矿石。

“矿石为一水型硬铝石,且铝硅比(Al/Si)大于8的矿石量比率低,这种矿石不能直接使用拜耳法生产氧化铝,必须使用特殊的选矿工艺才能获得符合生产氧化铝的高品位矿石,导致了国内氧化铝生产成本大大高于国外产品。”刘亚川分析说,为了进一步降低氧化铝生产成本,提高国际竞争力,国内多家氧化铝生产企业开始进口铝土矿,使用拜耳法进行生产。

一方面,我国的铝土矿品位低、难利用,同等条件下不具有优势;另一方面,我国又是世界氧化铝生产第二大国,铝土矿资源需求大幅增长,这必然导致我国铝土矿对外依存度不断攀升。实际数据也印证了这一尴尬事实。据《2012年中国矿产资源报告》显示,近年来我国铝土矿进口量呈连续快速增长之势,对外依存度逐年提高,2011年我国铝资源对外依存度甚至高达61.5%。这样一来,我国的铝工业发展必将受制于人。

“要想把我国铝工业的饭碗端在自己手里,就必须加强铝土矿综合利用,真正解决中低品位难利用铝土矿的工业利用问题,不仅要技术上可行,更要经济上合理,使其与从国外进口的铝土矿相比具有一定的竞争优势。”刘亚川说。

持续攻关不畏难 药剂突破是关键

实际上,针对中低品位铝土矿的利用,国内已研究多年,也取得了不少成果,但不是技术上不过关,就是经济上不合理,这些成果并没有实现工业化。

在找矿突破战略行动启动后,作为国家公益性地调队伍,在钒钛磁铁矿综合利用领域多次取得突破的成都综合所,把拓宽矿产资源综合利用研究领域作为“开源”的主要抓手,紧密围绕地调科研中心工作,发挥自身优势和特长,围绕国家紧缺矿种,开展有针对性的研究和攻关,并把“难利用铁矿资源开发利用技术”、“难利用铜多金属矿资源开发利用技术”、“难利用铝土矿资源开发利用技术”、“稀有稀散稀土金属矿综合利用技术”、“中低品位难选磷矿高效选矿技术”作为主攻的五大矿种。

重庆铝土矿作为我国中低品位铝土矿的代表,其矿床类型属沉积型一水硬铝石型铝土矿,矿石以致密隐晶质-胶状结构为主,组成矿物结晶差,粒度微细。同时,矿物混杂嵌布,含硅杂质矿物形态复杂,矿石性质差,属于极难选矿石。国内多家单位对该地区铝土矿进行了选矿研究,其选矿精矿铝硅比低,三氧化二铝回收率不高,选矿脱硅的指标结果不理想。

2010年初,在中国地质调查局的支持下,成都综合所与中铝重庆分公司正式签订协议,开始合作进行“难利用铝土矿资源开发利用技术”研究。3年多来,该所以难利用的重庆地区中低品位铝土矿为研究对象,通过矿石工艺矿物学研究、选矿试验研究、冶金试验研究,根据中低品位铝土矿石特点,以新药剂、新工艺研究为重点,通过技术创新,在难利用铝土矿方面进行了持续研究。

“之所以选择重庆铝土矿,基于三方面的考虑。”刘亚川介绍说,一是因为该铝土矿属于极难选矿石,在国内具有代表意义;二是重庆市委、市政府提出要打造‘千亿元铝产业链’,急需通过解决重庆铝土矿难利用问题来提高资源保障能力;三是中铝重庆分公司急需通过对重庆中低品位铝土矿的综合利用,来降低成本,提高经济效益。

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。闫武与项目组工作人员一起,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。

提铝降硅是铝土矿选矿工作的重要目标,而浮选脱硅的关键则是药剂的选择。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经验,先后进行了四五十次试验,最后终于成功研发出了一种高效的铝土矿捕收剂EM505。

“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、工艺就可以简单些,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。”

药剂的突破,无疑从根本上解决了重庆铝土矿利用的关键技术问题。他们以铝土矿捕收剂EM505为基础,采用正浮选工艺,选矿试验结果十分理想:对铝硅比为5左右的铝土矿,精矿铝硅比大于10、三氧化二铝选矿回收率80%~87%;对铝硅比为4.5左右的铝土矿,精矿铝硅比大于9、三氧化二铝选矿回收率大于75%;对铝硅比为3左右的铝土矿,精矿铝硅比大于7、三氧化二铝选矿回收率60%~73%;对铝硅比为1.9的极低品位铝土矿,精矿铝硅比大于7,三氧化二铝选矿回收率大于60%。同时,他们又对铝土矿选矿精矿进行拜耳法溶出试验,结果也十分理想,表明重庆地区中低品位难利用铝土矿可采用经济的“选矿拜耳法”工艺得到工业利用。

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。

工业试验尽开颜 “强铝之梦”不遥远

工业试验是检验试验室成果的试金石,也是衡量科研成果最终能否进行工业应用的关键。3月18日,成都综合所在中铝重庆分公司的积极配合和全力支持下,开始在中铝重庆分公司选矿车间进行脱硫铝土矿选矿脱硅工业试验。

对这次工业试验,无论是成都综合所还是中铝公司都十分重视。成都综合所所长刘亚川、分管科研工作的副所长陈炳炎、科技处张熊述清等亲临现场,坐镇指挥,随时分析研究试验中可能出现的问题。中铝重庆分公司也派出多名技术人员全程参与试验工作,对试验过程进行全方位监测,并承担所有试验样品的分析测试工作。

工业试验正式开始了。所有参与试验的科技人员神经紧绷,心都提到嗓子眼了,1000多个日日夜夜的辛苦和期待在这一刻都凝聚在了试验数据上。没有想到,工业试验出乎意料地顺利,第一次精矿铝硅比达10以上,三氧化二铝回收率达75%~80%。看到这样的喜人结果,刘亚川和在场的成都综合所、中铝重庆分公司的科技人员都深深舒了一口气,开心地笑了。

似乎正应了“好事多磨”这句俗话,科研人员悬着的心还未完全放进肚子里,情况就发生了突变。在第二天的工业试验中,虽然精矿铝硅比品位与第一天一样,还能达到10左右,但三氧化二铝的回收率却突然降至70%~75%。

怎么会出现反复,症结在什么地方?刘亚川、陈炳炎与闫武等项目组人员一起,对逐个环节进行分析,查找原因。工艺流程没有问题,浮选药剂也没有问题!他们仔细排查一遍后,并没有发现工艺流程上的任何问题。

难道是铝土矿本身的问题?猜想很快得到了证实。原来,对入选的铝土矿,按照选矿要求,需要把采自各个矿带的铝土矿石磨细混匀后才能入选,而中铝重庆分公司的职工没有经验,只是简单把铝土矿掺和了一下而没有混匀,从而导致铝土矿石性质的差异,影响了选矿效果。

原来是虚惊一场!在场的科技人员针对不同的矿石性质重新调整了药剂后,精矿铝硅比品位和三氧化二铝的回收率又完全符合了要求。

在工业试验的调试阶段,他们通过设备调试、浮选药剂制度调整、流程优化等试验工作,得到了理想指标。在工业试验稳定运行阶段的78小时中,应中铝重庆分公司要求,稳定运行的前24个小时主要生产铝硅比为7.5左右的精矿,后54小时主要生产铝硅比为8.5左右的精矿。试验结果令人振奋,前24小时结果为原料铝硅比4.71、铝精矿铝硅比7.63、三氧化二铝作业回收率85.42;尾矿铝硅比1.39、三氧化二铝作业回收率14.58%。后54小时的结果是,原料铝硅比4.62、铝精矿铝硅比8.64、三氧化二铝作业回收率83.87%;尾矿铝硅比1.57、三氧化二铝作业回收率16.13%。

“该工业试验运行稳定,指标良好,浮选药剂制度简单,技术上可行,经济上合理,又生态环保,为低品位、难利用铝土矿的工业利用奠定了技术基础。”闫武激动地说。

而在刘亚川看来,此项工业试验的成功并扩大应用到工业生产中的意义特别深远,不仅可使我国超过3亿吨难选中低品位铝土矿得到经济合理的工业利用,从而大幅提高我国铝土矿可利用储量,延长铝土矿资源保障年限,降低我国铝土矿对外依存度,而且还能促进我国铝工业的健康可持续发展。

实际情况也正如此。目前,中铝重庆分公司已按照成都综合所的这一成果上马了年产80万吨氧化铝生产线。此次工业试验的成功,也标志着这一生产线正式启动运行。相信在不久的将来,随着此类生产线的相继投产运行和中低品位铝土矿的充分利用,我国的铝工业强国梦将不会遥远!□

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