作者：閆中廣,山西省陽泉市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所
       摘 要: 文章介紹了我國鋁土礦資源利用率低和供需矛盾的現(xiàn)狀，提出了提高鋁土礦資源利用率的具體辦法，并對鋁土礦資源均質(zhì)化技術(shù)進一步產(chǎn)業(yè)化提出建議。
       關(guān)鍵詞：鋁土礦資源、提高利用率、均質(zhì)產(chǎn)業(yè)化
       Discussion on improving the utilizationrate of bauxite resources in China
       Yan zhong-guang
       (Yanggquan Institute of Calibration and Testing forQuality and Technical Supervision,Yanggquan 045000,China)
       Abstract:Thispaper introduces the present situation of bauxite resources in China the lowrate of utilization and the contradiction between supply and demand.Put forwardthe specific measures for improve rate of utilization of bauxite resources.Andput forward the proposal for homogenizing technology further industrialization ofbauxite resources.
       Keywords:bauxite resources;improve the utilization rate;homogeneous industrialization
       1 引 言
       鋁土礦原料是鋁氧、陶瓷、耐火工業(yè)的天然原料。我國已探明鋁土礦儲量25 億t，占世界總儲量的2.4%，每年的開采量占世界總開采量的8%【1】，主要分布在山西、河南、貴州等省。鋁土礦按品級經(jīng)不同溫度煅燒加工，生產(chǎn)的高鋁熟料是生產(chǎn)Al2O3-SiO2 耐火材料的重要原料。建國后，國家先后在鋁土礦資源豐富的山西陽泉、貴州貴陽、河南澠池建立鋁土礦原料生產(chǎn)基地，滿足了國民經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展的需求，同時也積累了鋁土礦原料生產(chǎn)的經(jīng)驗和教訓(xùn)。改革開放后，民營企業(yè)得到迅猛發(fā)展，鋁土礦原料產(chǎn)量大幅增加，但一直以煅燒天然塊料為主，資源利用差，能耗高，污染嚴重。
       鋁土礦是可用盡且不可再生的寶貴資源，目前我國約有65%耐火材料屬于Al2O3-SiO2系產(chǎn)品，其中的65%左右都以鋁土礦為原料【2】，尤其近年來隨著氧化鋁生產(chǎn)的高速發(fā)展，過度的開采和生產(chǎn)加工致使我國鋁土礦資源日趨匱乏，資源保有儲量快速下降，尤其高鋁富礦供給矛盾突出。因此，在保障耐火材料和鋁工業(yè)健康發(fā)展的前提下，加強對提高鋁土礦資源利用率的研究，采取均化、提純等技術(shù)使天然原料的品位、質(zhì)量發(fā)生質(zhì)的提升，不僅提高鋁土礦綜合利用水平和生產(chǎn)附加值，還為研發(fā)大量的優(yōu)質(zhì)合成新材料打下堅實的基礎(chǔ)。
       2 我國鋁土礦資源的特點
       鋁土礦是一水鋁石（Al2O3·H2O）與三水鋁石（Al2O3·3H2O）混合物，并與其它礦物如高岺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）等共生。我國鋁土礦多為一水鋁石-高岺石型，其特點是含Al2O3 高、SiO2 高、Fe2O3低，屬于難溶鋁土礦，不能直接用先進的拜耳法生產(chǎn)煉鋁工業(yè)的氧化鋁，但比較適合用做耐火材料，而且由于礦床成因及賦存地質(zhì)條件的影響，往往在同一礦層、同一區(qū)段，礦石品位差別很大，呈“雞窩礦”，根據(jù)以上特點，耐火級鋁土礦分類如表1【3】所示。
       應(yīng)當(dāng)指出，我國現(xiàn)行的“鋁土礦石技術(shù)條件”YB/T5057-1993（2005），僅規(guī)定了各品級鋁硅比（Al2O3：SiO2）、Al2O3、Fe2O3的質(zhì)量指標（%）,適合用于供生產(chǎn)氧化鋁、剛玉型研磨材料和高鋁水泥等用的由含水氧化鋁、氧化硅等所組成的鋁土礦石，在礦山勘探中對耐火級高鋁礬土的圈定造成很大困難。
       鋁土礦石的分級和有害雜質(zhì)的去除（如Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、CaO等）直接影響耐火材料品種和質(zhì)量。不同用途的高鋁制品，需要不同質(zhì)量的高鋁礬土熟料。行業(yè)標準YB/T5179-2005將適用于耐火材料的高鋁礬土熟料（煅燒天然塊料）劃分為9個牌號，其理化指標要求如表2所示。為達到高鋁礬土熟料不同品級要求，鋁土礦需實施分級開采，以控制Al2O3含量的范圍，目的是使化學(xué)成分和礦物組成達到穩(wěn)定，這是制造優(yōu)質(zhì)高鋁制品的前提條件。國外標準還要求熟料中的Al2O3 含量波動范圍控制在～1％，而我國煅燒天然塊料生產(chǎn)的礬土熟料從未達到過，往往高達5％～10％，制約了我國高鋁耐火材料制品質(zhì)量的提高，是我國高鋁爐襯使用壽命不高的原因之一。
       3 我國鋁土礦資源利用現(xiàn)狀
       近年來，我國平均每年消耗優(yōu)質(zhì)鋁土礦1 億t 左右，其中鋁工業(yè)8000 萬t，耐火材料1500 萬t（含電熔料、高鋁水泥等），陶瓷及其它工業(yè)500 萬t。國內(nèi)耐火級鋁土礦石大都是人工選礦分級，規(guī)模小，礦石開采中20％～30％碎礦以及低品位礦石被遺棄，資源利用率很低。其原因一是各地取締燃煤倒焰窯和土豎窯后，目前煅燒窯爐主要以燃氣方倒焰窯和煤粉回轉(zhuǎn)窯為主，近年發(fā)展了新型燃氣機械化豎爐，但這些爐型只能煅燒塊料，回轉(zhuǎn)窯煅燒大于5mm 塊料，倒焰窯和豎爐煅燒大于40mm 塊料，碎礦不能被有效利用；二是隨著國內(nèi)外市場銷售情況的變化，特級、Ⅰ級熟料供不應(yīng)求，Ⅱ、Ⅲ級熟料滯銷，礦山開采普遍存在采富棄貧現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計，陽泉地區(qū)高鋁礬土地質(zhì)儲量中特級、Ⅰ級僅占總儲量的20.98%，Ⅱ級占52.49%；貴陽清鎮(zhèn)麥格高鋁礦特級、Ⅰ級可占總儲量的30.16％，Ⅱ級占63.26％。在特級、Ⅰ級熟料熱銷的情況下，Ⅱ級以下礦石利用率很低。三是礦石相當(dāng)程度的混級，致使塊料煅燒高鋁礬土熟料質(zhì)量波動，部分嚴重混級礦被遺棄。每生產(chǎn)1t合格料大致要消耗4t～5t 地質(zhì)儲量，資源利用率僅20％～30％。
       經(jīng)過30 多年無序開采和不當(dāng)利用，致使鋁土礦資源供需矛盾突出，山西陽泉等地鋁礬土原料開采高峰期已過，河南、山東某些地區(qū)出現(xiàn)礬土資源供應(yīng)緊張局面。河南的耐火材料生產(chǎn)所用的Al2O3>80%礬土熟料主要依靠山西供應(yīng)，價格上揚、但品位降低。隨著全國新建、在建氧化鋁項目逐步投產(chǎn)，鋁土礦資源爭奪更加激烈，已成為近來行業(yè)間關(guān)系的顯著特征。在“調(diào)整與優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”的影響下，鋁礬土分級供應(yīng)耐火材料行業(yè)和鋁業(yè)的傳統(tǒng)觀念已難以實現(xiàn)。
       4 提高我國鋁土礦資源利用率的具體辦法
       回顧我國鋁土礦原料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展與實踐，立足我國鋁土礦資源的開采加工，鋁土礦均質(zhì)化的必要性已毋庸置疑。當(dāng)前，面臨我國鋁土礦資源傾向于鋁氧工業(yè)，耐火級原料供應(yīng)日益緊缺，制約耐火行業(yè)的發(fā)展。由此迫切需要改變鋁土礦資源的不合理開采使用，采用科學(xué)的工藝和先進的裝備，充分利用大量中低品位高鋁礬土、混級礦和碎礦，制備具有優(yōu)異性能的系列礬土基均化料（Al2O3 含量50％～90％），重點是莫來石均化料（Al2O3 含量45％～75％），有條件的企業(yè)上浮選提純，或采用電熔的辦法減少高鋁礬土的雜質(zhì)，或者加入少量添加物改善材料的顯微結(jié)構(gòu)，提高材料性能，使我國鋁土礦資源利用率從現(xiàn)在～20％提高到80％以上，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。均化料系列化產(chǎn)品促進高鋁礬土熟料質(zhì)量、性能和附加值升級，還可以實現(xiàn)鋁土礦山大規(guī)模機械化開采，形成采、燒一整套適應(yīng)資源特點的現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，發(fā)展鋁土礦均化料，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用市場。
       上世紀六十年代末，在陽泉鋁礬土礦煅燒車間1＃生產(chǎn)線設(shè)計建設(shè)時已采用半干法成球盤成球、回轉(zhuǎn)窯煅燒生產(chǎn)均化料，由于當(dāng)時裝備技術(shù)滯后而未獲成功。我國均化料正式研究工作始于上世紀七十年代的陽泉工程，“八五”列入攻關(guān)課題，至今已有較為堅實的研究和企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)基礎(chǔ)。近來一些學(xué)者的實驗室數(shù)據(jù)證明了礬土基莫來石具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，如高溫斷裂強度，當(dāng)剛玉/莫來石75：25 或25：75 為最好；高溫蠕變性能好壞排列順序為Ⅱ等高鋁＞Ⅰ等高鋁＞Ⅲ等高鋁等，并非燒結(jié)高鋁礬土中Al2O3 含量越高越好【4】，從理論上支持了多年來我國鋁土礦發(fā)展均化料的思路和決心。
       5 我國鋁土礦均質(zhì)化技術(shù)進步與產(chǎn)品發(fā)展
       鋁土礦均質(zhì)化處理對原料的化學(xué)組成沒有改變，干磨粉料含鐵難除，濕磨可除鐵。采用高品位原料與低品位原料配礦，生產(chǎn)預(yù)定成分的均化料，使大量中、低品位高鋁礬土及碎礦得以充分利用，大大提高資源利用率，豐富產(chǎn)品品種，提高了高鋁礬土熟料質(zhì)量，因此具有廣泛的應(yīng)用前景，在資源緊缺的今天更具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，我國鋁土礦均質(zhì)化技術(shù)發(fā)展很快，生產(chǎn)線建設(shè)方興未艾。山西某工程利用鋁礬土碎礦，采用濕法生產(chǎn)工藝及濕法除鐵試驗結(jié)果，產(chǎn)品質(zhì)量與國內(nèi)外同類產(chǎn)品對比見表3.
       均質(zhì)化處理濕法生產(chǎn)工藝因其產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟收益高而獲得廣泛認可，但在制得泥漿采用壓濾、擠泥還是噴霧干燥；成型選用壓球機、等靜壓機或是自動液壓機；煅燒窯爐選用隧道窯還是新型氣燒豎窯等方面，各研究單位均在實踐比較之中。目前國內(nèi)生產(chǎn)的高鋁均化料由于產(chǎn)地原料不同，采用工藝尤其煅燒設(shè)備不同，產(chǎn)品尚未形成系列化。從市場需求看，目前高鋁均化料（Al2O3 88％）雖比當(dāng)前特級高鋁熟料價位高許多（>1000元/t），但由于產(chǎn)品均勻，質(zhì)量好，已為市場接受，并有取代電熔棕剛玉之勢。目前高鋁均化料的參考價格見表4：
       沿襲冶金工業(yè)使用習(xí)慣，從我國鋁土礦資源多為二級料的實際出發(fā),高鋁均化料可著重生產(chǎn)Al2O3 85 與Al2O3 80 牌號，前者用于煉鋼系統(tǒng)耐火材料（使用≤1650℃），后者用于煉鐵系統(tǒng)耐火材料（使用≤1550℃），不應(yīng)過分追求Al2O3 越高越好。對于高鋁均化料應(yīng)進一步推廣生產(chǎn)應(yīng)用，在實踐中總結(jié)制定統(tǒng)一標準。
       6 結(jié)束語
       近年來，國內(nèi)開始重視均化料的合成和生產(chǎn)，進行了許多實踐，留下了寶貴的經(jīng)驗和進一步發(fā)展的課題。首先應(yīng)制定耐火級鋁土礦的分類標準，使鋁土礦勘探有章可循。我國鋁土礦雖儲量豐富，但各地區(qū)自然生成狀況及礦石結(jié)構(gòu)差異很大，應(yīng)分級開采、分級煅燒高鋁熟料。對于可以機械分級開采的礦山，采用塊料煅燒，畢竟分級開采煅燒塊料工藝簡單，生產(chǎn)成本低，也可以滿足不同層次高鋁制品的要求。其次應(yīng)大力發(fā)展均化料系列產(chǎn)品，這已逐漸成為行業(yè)的“共識”，各地應(yīng)根據(jù)項目的產(chǎn)品規(guī)模、原料條件、裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量等因素，鼓勵進行高鋁礬土均化料生產(chǎn)工藝技術(shù)開發(fā)，對于高鋁均化料產(chǎn)品，大力推廣應(yīng)用，通過實踐總結(jié)制定標準。三是選擇有條件企業(yè)上浮選提純。浮選工藝提高原料品位固然是利用低品位原料的好方法，但增加了基建投資和生產(chǎn)運行成本。采用浮選工藝關(guān)鍵是經(jīng)濟上可行。因此應(yīng)鼓勵企業(yè)首先利用積存的低價鋁礬土混級粉礦建浮選示范廠。同時應(yīng)盡可能利用鋁氧工業(yè)發(fā)展浮選礦石的時機，合理選擇選礦方案，選擇有條件企業(yè)上浮選，實現(xiàn)鋁氧工業(yè)與耐火工業(yè)雙贏是可能的。
       參考資料
       1] 李洪霞.我國耐火材料工業(yè)科研發(fā)展方向.耐火材料信息，2011（1）：2
       2] 鐘香崇. 我國高鋁礬土創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略思考陽泉“中國（蔭營）耐火產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇”2008.10
       3] 李洪霞. 耐火材料手冊北京：冶金工業(yè)出版社，2007
       4] 孫洪巍. 礬土基莫來石及均化料的發(fā)展思路.鄭州大學(xué).2008.10.27