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摘要：在石灰拜耳法处理中低品位铝土矿生产氧化铝的实践与探索中，发现许多实际问题无
法用理论来辩证解决。本文揭示中低品位铝土矿在碎矿与磨矿、脱硅历程与进度、管道结疤
与磨蚀等方面存在的某些现象或规律。
关键词：中低品位铝土矿；磨矿细度； 二次脱硅； 结疤； 磨蚀
分类号：TF821
1 中低品位铝土矿的碎矿与磨矿
1.1配矿准确度取决于均化程度
铝硅比A/S仅为表示铝土矿质量的一个概念。用于生产的中低品位（4.5≤A/S≤6.0）铝土矿的Al2O3含量在57-63%，SiO2在10.5-12.7%，上下波动不大，其配矿准确度取决于均化程度；均化程度高，配矿准确度自然而然也高。
不同配矿方法取样标准差的对比，验证了这种无须计算的“配不准原则”的模糊配矿方法简单易行有效；均化重于配矿。
1.2 硬度大的矿石不一定难以破碎
“硬度稍小而韧性稍大的矿石，比硬度稍大而韧性稍小的矿石，更难破碎”【1】。矿石破碎难易度不仅与矿石硬度有关，更主要还是矿石强度。
矿石形态与结构，矿石致密度、原始粒度、硬度与密度，矿石韧性与塑性，矿石含水率与孔隙率等，是矿石强度的综合组成。
1.3磨矿细度只与矿物硬度有关
1.3.1 “多碎少磨”的实际意义
碎矿与磨矿理论指出，矿石从原始粒度碎磨到指定产品粒度，功耗是恒定的。由于磨机自重150吨-200吨，消耗了大量功率，有效磨矿功率只有10-15%；而破碎机有效破碎功率可达55-60%；实现可磨度较大的中低品位一水硬铝石的“多碎少磨”，是个研究的方向。【3】
1.3.2矿物硬度与矿石强度的不同概念
矿石研磨至一定程度的矿物单体解离，磨矿不再遵循磨矿功耗理论，此后矿物可磨度只与矿物硬度有关。
矿物单体构造、矿物之间胶结程度与集合体形态、矿物成熟度与氧化度，矿物晶体粒度等，是矿物硬度的综合组成。矿物硬度与矿石强度是不同的两个概念。铝土矿的矿物硬度是
筛分概率“难免粒子”论：在破碎系统的筛分过程，必有10-15%的大于筛网尺寸的矿石成为筛下物；在磨矿系统的分级过程，必有5-10%的不合格颗粒进入合格矿浆中。
由于难免粒子的存在，常使磨矿细度的测试不确实；生产发现，测试细度+250#，%≥40时，矿浆不一定跑粗；而实际细度+250#，%≈30时，常常跑粗。
矿浆实际细度过大是脱硅率低、溶出率低、管道磨蚀的主要因素。须以D85或D90粒度概念修正破碎产品的测试粒度，以D90或D95细度概念修正磨矿产品的测试细度，才能正确判断破碎产品实际粒度和矿浆实际细度。磨矿实际细度应为测试细度的0.90-0.95.
1.4 磨矿非常规控制
1.4.1物料级别变化破坏常规磨矿【5】
磨矿介质级配依据是物料级别；当物料级别与介质级配不一致时，常规磨矿规律被破坏。大量粒度级别与介质级配不一致的细粒物料，比级别与级配一致的粗粒物料，更难磨细。磨矿过程关注物料性质变化，重于对其它影响因素的固执误判。
1.4.2 石英也不是最难磨的含硅矿物【6】
不能认为中低品位铝土矿因含SiO2偏高而难磨。铝土矿中的含硅矿物主要是伊利石和高岭石，硬度和密度都较小，开路磨矿就能得到选择性碎解。尽管石英是含硅矿物的最高形态，矿物成熟度最高，也不是最难磨。矿石结构致密、矿物集合紧密、强度较大的某些一水硬铝石最难磨，比如铝土矿中的主要含硫矿物黄铁矿（FeS2），呈粒状、鮞状集合体构造，被Al2O3、SiO2紧密包裹，在难磨中不能完全解离；测试跑粗的矿浆细度，证实了含硫矿物影响磨矿。
1.4.3 Ⅱ段闭路磨矿改为Ⅱ段开路的可行性
现行的Ⅰ段开路Ⅱ段闭路碎矿与磨矿系统，流程复杂，Ⅱ段闭路负荷是开路的两倍左右；坚持Ⅰ段开路Ⅱ段闭路碎矿“多碎少磨”原则，控制碎矿产品粒度≤15mm，1.5 增大石灰添加量有助于预脱硫【7】
贵州大学石灰拜耳法脱硫研究，试验了矿浆制备、稀释脱硅与深度脱硅过程的脱硫行为，为石灰脱硫提供了依据；脱硫产物是3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O.
研究认为，在矿浆制备过程，矿浆槽保持一定的高液位，矿浆温度在70-75℃，时间50-60分钟，预脱硫效果最好。
由于矿石和石灰质量的波动，应以钙硅比C/S、钙钛比C/T、钙硫比C/S、钠硅比N/S、钙铝比C/A的最佳工艺指标组合，准确计算石灰添加量，满足预脱硫的需要。
2 中低品位铝土矿的脱硅进程与进度【8】
2.1矿浆冲淡与预脱硅率关系最大
业已确认，高硫（S≥0.8%）促进预脱硅，中硫（0.3%≤S<0.8%）抑制预脱硅，低硫（0.1%≤S<0.3%）或无硫（S<0.1%）正常脱硅；预脱硅消耗了循环母液苛性钠；在预脱硅被抑制时，矿浆冲淡最小。
矿浆冲淡不仅是矿石含水率或流程进水的原因。高硫促进预脱硅过程，矿浆冲淡最大；其次是Ⅰ段磨矿过程，劣质石灰引起矿浆冲淡；伊利石型一水硬铝石，几乎不进行预脱硅，矿浆冲淡较小。
低品位矿石因杂质含量高，矿浆冲淡较大。矿浆冲淡的计算：以循环母液苛性钠浓度减去预脱硅后矿浆苛性钠浓度，比减去二次矿浆苛性钠浓度，更为合理。
2.2 低品位矿石中的SiO2在溶出过程并未全部溶解
通过模拟试验，高低品位铝土矿的溶出行为存在差异。A/S为5.5的原矿，与极高极低品位配到5.5的混矿，在同等条件下溶出速度不同。A/S≥7.5的铝土矿石，在溶出过程Al2O3和SiO2基本上全部溶解；极低品位的矿石，溶出率较低，在溶出结束时，矿石中的SiO2并未全部溶出，在稀释过程将得到释放而扩散到溶液中。 石灰乳（Ca（OH）2）微溶于水中。在110℃以上的浓度较高的铝酸钠溶液中，石灰乳溶解度很低，且铝酸钠溶液浓度越高，石灰乳溶解度越小。
溶出矿浆经稀释，直至赤泥洗涤，石灰乳的溶解度增大，有助于二次脱硅。
2.3 稀释后矿浆同时进行固相二次脱硅与液相深度脱硅
二次脱硅即在溶出过程中未能及时从矿浆固相中溶出的SiO2，在稀释后扩散到溶液中。但由于溶出矿浆被稀释，铝酸钠溶液中SiO2浓度不能很快达到过饱和，因此稀释过程的深度脱硅进度很慢；稀释以二次脱硅为主。二次脱硅以扩散控制为主要行为过程，某些文献认为稀释脱硅是溶液深度脱硅的过程，对处理中品位铝土矿而言，实际违背稀释定律。【9】
因此，深度脱硅主要在铝酸钠粗精液中进行。深度脱硅以化学控制为主要行为过程，过量的加入石灰乳，进行深度脱硅，过滤净化了铝酸钠溶液，但造成外排赤泥氧化铝的损失。
外排赤泥氧化铝损失的另一主要原因是赤泥洗涤，而不是铝酸钠溶液的水解；在洗涤过程，化学损失远小于洗涤附损。合理洗涤工艺制度，提高洗涤效率，能减少附损。
以外排赤泥Al2O3含量（AwW）与溶出赤泥Al2O3含量（AR）可计算Al2O3的损失率。
3 中低品位铝土矿溶出管道结疤与磨蚀
3.1 矿浆跑粗是管道磨蚀的主要原因【10】
溶出管道磨漏造成非计划停车，每次管道磨漏之前，二次矿浆细度总是在+250#，%≥27.5，而且隔膜泵首先卡阀或刺料。
“铁，在高温的浓碱中，极易被腐蚀。”管道磨损与腐蚀的过程是：连续不断的被矿浆颗粒磨损出新鲜表面，又连续不断的被矿浆中的游离苛性钠或硫腐蚀。管道磨漏是先磨后蚀的过程。
3.2 硫不是管道磨损与腐蚀的主要因素
在一定浓度的循环母液中的硫以饱和的Na2SO4存在，一旦过饱和，就会在蒸发器等内壁析出结疤，这使硫在母液中的富集成为不可能；黄铁矿（FeS2）在溶出温度≥180℃时才开始大量溶解，而管道磨蚀大部分发生在≤150℃低温预热段；对入磨矿石、溶出矿浆、粗精液以及外排赤泥中硫的跟踪取样与物料平衡计算，管道磨漏部位的黑绿色矿浆固相S≤0.05%；磨漏时矿浆液相S≤0.5g/l， 证明管道磨蚀不是硫引起。
3.3 轻度结疤可减缓或阻止管道磨蚀【11】
实践发现，结疤与腐蚀程度呈负线性关系。在溶出管道磨蚀的阶段，结疤结构脆弱，结疤厚度仅有1mm左右。石灰既是脱硫剂，也是良好的脱硅剂。过量石灰拜耳法的脱硅产物CASH比常规拜耳法的脱硅产物NASH更具稳定性。管道结疤因脱硅而生成，适量增大石灰添加量，使管道结疤NASH更固定，能减缓或阻止管道磨蚀。
参考文献
【1】《氧化铝生产工艺》/梅剑珊编. 中国有色金属工业总公司.1985年5月第1版.
【2】《铝土矿石强度试验》/河南中美铝业化验中心. 2014年2月.
【3】陈勇《铝矿石多碎少磨新工艺研究》.轻金属.2001年第1期.
【4】《普通化学》/王明华修订. —5版. —北京：高等教育出版社.2002.9.
【5】《选矿手册》第2卷第1、2分册. —北京：冶金工业出版社.1997.7.
【6】《矿物及岩石辞典》/翁润生主编.—北京：化学工业出版社.2007.7
【7】《石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究》/贵州大学硕士学位论文.2007.6.
【8】《拜耳法生产氧化铝》/毕诗文等编著.—北京：冶金工业出版社.2007.11
【9】《氧化铝制取工》/郭万里主编. —太原：山西人民出版社.2006.6.
【10】《2013年生产技术年报》/河南中美铝业生产技术部.2014年2月.
【11】张晓敏 《预脱硅效果及矿石中的SiO2在矿浆加热的行为研究》.铝镁通讯.2008年No.3.
作者简介
钱超，男，中国矿大，工程师。
陈培育，男，江西理工，工程师；矿业及氧化铝生产工艺工作。
法用理论来辩证解决。本文揭示中低品位铝土矿在碎矿与磨矿、脱硅历程与进度、管道结疤
与磨蚀等方面存在的某些现象或规律。
关键词：中低品位铝土矿；磨矿细度； 二次脱硅； 结疤； 磨蚀
分类号：TF821
1 中低品位铝土矿的碎矿与磨矿
1.1配矿准确度取决于均化程度
铝硅比A/S仅为表示铝土矿质量的一个概念。用于生产的中低品位（4.5≤A/S≤6.0）铝土矿的Al2O3含量在57-63%，SiO2在10.5-12.7%，上下波动不大，其配矿准确度取决于均化程度；均化程度高，配矿准确度自然而然也高。
不同配矿方法取样标准差的对比，验证了这种无须计算的“配不准原则”的模糊配矿方法简单易行有效；均化重于配矿。
1.2 硬度大的矿石不一定难以破碎
“硬度稍小而韧性稍大的矿石，比硬度稍大而韧性稍小的矿石，更难破碎”【1】。矿石破碎难易度不仅与矿石硬度有关，更主要还是矿石强度。
矿石形态与结构，矿石致密度、原始粒度、硬度与密度，矿石韧性与塑性，矿石含水率与孔隙率等，是矿石强度的综合组成。
1.3磨矿细度只与矿物硬度有关
1.3.1 “多碎少磨”的实际意义
碎矿与磨矿理论指出，矿石从原始粒度碎磨到指定产品粒度，功耗是恒定的。由于磨机自重150吨-200吨，消耗了大量功率，有效磨矿功率只有10-15%；而破碎机有效破碎功率可达55-60%；实现可磨度较大的中低品位一水硬铝石的“多碎少磨”，是个研究的方向。【3】
1.3.2矿物硬度与矿石强度的不同概念
矿石研磨至一定程度的矿物单体解离，磨矿不再遵循磨矿功耗理论，此后矿物可磨度只与矿物硬度有关。
矿物单体构造、矿物之间胶结程度与集合体形态、矿物成熟度与氧化度，矿物晶体粒度等，是矿物硬度的综合组成。矿物硬度与矿石强度是不同的两个概念。铝土矿的矿物硬度是
筛分概率“难免粒子”论：在破碎系统的筛分过程，必有10-15%的大于筛网尺寸的矿石成为筛下物；在磨矿系统的分级过程，必有5-10%的不合格颗粒进入合格矿浆中。
由于难免粒子的存在，常使磨矿细度的测试不确实；生产发现，测试细度+250#，%≥40时，矿浆不一定跑粗；而实际细度+250#，%≈30时，常常跑粗。
矿浆实际细度过大是脱硅率低、溶出率低、管道磨蚀的主要因素。须以D85或D90粒度概念修正破碎产品的测试粒度，以D90或D95细度概念修正磨矿产品的测试细度，才能正确判断破碎产品实际粒度和矿浆实际细度。磨矿实际细度应为测试细度的0.90-0.95.
1.4 磨矿非常规控制
1.4.1物料级别变化破坏常规磨矿【5】
磨矿介质级配依据是物料级别；当物料级别与介质级配不一致时，常规磨矿规律被破坏。大量粒度级别与介质级配不一致的细粒物料，比级别与级配一致的粗粒物料，更难磨细。磨矿过程关注物料性质变化，重于对其它影响因素的固执误判。
1.4.2 石英也不是最难磨的含硅矿物【6】
不能认为中低品位铝土矿因含SiO2偏高而难磨。铝土矿中的含硅矿物主要是伊利石和高岭石，硬度和密度都较小，开路磨矿就能得到选择性碎解。尽管石英是含硅矿物的最高形态，矿物成熟度最高，也不是最难磨。矿石结构致密、矿物集合紧密、强度较大的某些一水硬铝石最难磨，比如铝土矿中的主要含硫矿物黄铁矿（FeS2），呈粒状、鮞状集合体构造，被Al2O3、SiO2紧密包裹，在难磨中不能完全解离；测试跑粗的矿浆细度，证实了含硫矿物影响磨矿。
1.4.3 Ⅱ段闭路磨矿改为Ⅱ段开路的可行性
现行的Ⅰ段开路Ⅱ段闭路碎矿与磨矿系统，流程复杂，Ⅱ段闭路负荷是开路的两倍左右；坚持Ⅰ段开路Ⅱ段闭路碎矿“多碎少磨”原则，控制碎矿产品粒度≤15mm，1.5 增大石灰添加量有助于预脱硫【7】
贵州大学石灰拜耳法脱硫研究，试验了矿浆制备、稀释脱硅与深度脱硅过程的脱硫行为，为石灰脱硫提供了依据；脱硫产物是3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O.
研究认为，在矿浆制备过程，矿浆槽保持一定的高液位，矿浆温度在70-75℃，时间50-60分钟，预脱硫效果最好。
由于矿石和石灰质量的波动，应以钙硅比C/S、钙钛比C/T、钙硫比C/S、钠硅比N/S、钙铝比C/A的最佳工艺指标组合，准确计算石灰添加量，满足预脱硫的需要。
2 中低品位铝土矿的脱硅进程与进度【8】
2.1矿浆冲淡与预脱硅率关系最大
业已确认，高硫（S≥0.8%）促进预脱硅，中硫（0.3%≤S<0.8%）抑制预脱硅，低硫（0.1%≤S<0.3%）或无硫（S<0.1%）正常脱硅；预脱硅消耗了循环母液苛性钠；在预脱硅被抑制时，矿浆冲淡最小。
矿浆冲淡不仅是矿石含水率或流程进水的原因。高硫促进预脱硅过程，矿浆冲淡最大；其次是Ⅰ段磨矿过程，劣质石灰引起矿浆冲淡；伊利石型一水硬铝石，几乎不进行预脱硅，矿浆冲淡较小。
低品位矿石因杂质含量高，矿浆冲淡较大。矿浆冲淡的计算：以循环母液苛性钠浓度减去预脱硅后矿浆苛性钠浓度，比减去二次矿浆苛性钠浓度，更为合理。
2.2 低品位矿石中的SiO2在溶出过程并未全部溶解
通过模拟试验，高低品位铝土矿的溶出行为存在差异。A/S为5.5的原矿，与极高极低品位配到5.5的混矿，在同等条件下溶出速度不同。A/S≥7.5的铝土矿石，在溶出过程Al2O3和SiO2基本上全部溶解；极低品位的矿石，溶出率较低，在溶出结束时，矿石中的SiO2并未全部溶出，在稀释过程将得到释放而扩散到溶液中。 石灰乳（Ca（OH）2）微溶于水中。在110℃以上的浓度较高的铝酸钠溶液中，石灰乳溶解度很低，且铝酸钠溶液浓度越高，石灰乳溶解度越小。
溶出矿浆经稀释，直至赤泥洗涤，石灰乳的溶解度增大，有助于二次脱硅。
2.3 稀释后矿浆同时进行固相二次脱硅与液相深度脱硅
二次脱硅即在溶出过程中未能及时从矿浆固相中溶出的SiO2，在稀释后扩散到溶液中。但由于溶出矿浆被稀释，铝酸钠溶液中SiO2浓度不能很快达到过饱和，因此稀释过程的深度脱硅进度很慢；稀释以二次脱硅为主。二次脱硅以扩散控制为主要行为过程，某些文献认为稀释脱硅是溶液深度脱硅的过程，对处理中品位铝土矿而言，实际违背稀释定律。【9】
因此，深度脱硅主要在铝酸钠粗精液中进行。深度脱硅以化学控制为主要行为过程，过量的加入石灰乳，进行深度脱硅，过滤净化了铝酸钠溶液，但造成外排赤泥氧化铝的损失。
外排赤泥氧化铝损失的另一主要原因是赤泥洗涤，而不是铝酸钠溶液的水解；在洗涤过程，化学损失远小于洗涤附损。合理洗涤工艺制度，提高洗涤效率，能减少附损。
以外排赤泥Al2O3含量（AwW）与溶出赤泥Al2O3含量（AR）可计算Al2O3的损失率。
3 中低品位铝土矿溶出管道结疤与磨蚀
3.1 矿浆跑粗是管道磨蚀的主要原因【10】
溶出管道磨漏造成非计划停车，每次管道磨漏之前，二次矿浆细度总是在+250#，%≥27.5，而且隔膜泵首先卡阀或刺料。
“铁，在高温的浓碱中，极易被腐蚀。”管道磨损与腐蚀的过程是：连续不断的被矿浆颗粒磨损出新鲜表面，又连续不断的被矿浆中的游离苛性钠或硫腐蚀。管道磨漏是先磨后蚀的过程。
3.2 硫不是管道磨损与腐蚀的主要因素
在一定浓度的循环母液中的硫以饱和的Na2SO4存在，一旦过饱和，就会在蒸发器等内壁析出结疤，这使硫在母液中的富集成为不可能；黄铁矿（FeS2）在溶出温度≥180℃时才开始大量溶解，而管道磨蚀大部分发生在≤150℃低温预热段；对入磨矿石、溶出矿浆、粗精液以及外排赤泥中硫的跟踪取样与物料平衡计算，管道磨漏部位的黑绿色矿浆固相S≤0.05%；磨漏时矿浆液相S≤0.5g/l， 证明管道磨蚀不是硫引起。
3.3 轻度结疤可减缓或阻止管道磨蚀【11】
实践发现，结疤与腐蚀程度呈负线性关系。在溶出管道磨蚀的阶段，结疤结构脆弱，结疤厚度仅有1mm左右。石灰既是脱硫剂，也是良好的脱硅剂。过量石灰拜耳法的脱硅产物CASH比常规拜耳法的脱硅产物NASH更具稳定性。管道结疤因脱硅而生成，适量增大石灰添加量，使管道结疤NASH更固定，能减缓或阻止管道磨蚀。
参考文献
【1】《氧化铝生产工艺》/梅剑珊编. 中国有色金属工业总公司.1985年5月第1版.
【2】《铝土矿石强度试验》/河南中美铝业化验中心. 2014年2月.
【3】陈勇《铝矿石多碎少磨新工艺研究》.轻金属.2001年第1期.
【4】《普通化学》/王明华修订. —5版. —北京：高等教育出版社.2002.9.
【5】《选矿手册》第2卷第1、2分册. —北京：冶金工业出版社.1997.7.
【6】《矿物及岩石辞典》/翁润生主编.—北京：化学工业出版社.2007.7
【7】《石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究》/贵州大学硕士学位论文.2007.6.
【8】《拜耳法生产氧化铝》/毕诗文等编著.—北京：冶金工业出版社.2007.11
【9】《氧化铝制取工》/郭万里主编. —太原：山西人民出版社.2006.6.
【10】《2013年生产技术年报》/河南中美铝业生产技术部.2014年2月.
【11】张晓敏 《预脱硅效果及矿石中的SiO2在矿浆加热的行为研究》.铝镁通讯.2008年No.3.
作者简介
钱超，男，中国矿大，工程师。
陈培育，男，江西理工，工程师；矿业及氧化铝生产工艺工作。