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我国铝土矿资源利用效率需提高
发布日期：2013-08-13 02:12 浏览量：1224
铝土矿是铝氧、陶瓷、耐火工业的天然原料，我国已探明储量25亿吨，占世界总储量2.4%，每年开采量占世界总开采量8%。建国后，国家先后在铝土矿资源丰富的山西阳泉、贵州贵阳、河南渑池建立了铝土矿原料生产基地，满足了当时国民经济建设快速发展的需求，同时也积累了铝土矿原料生产的经验和教训。改革开放后，民营企业得到迅猛发展，铝土矿原料产量大幅增加，但一直以煅烧天然块料为主，资源利用差，能耗高，污染严重。
铝土矿是可用尽且不可再生的宝贵资源，我国耐火材料约有65%属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65%左右产品都以铝土矿为原料，尤其近年来随着氧化铝生产的高速发展，过度地开采和生产加工致使我国铝土矿资源日趋匮乏，资源保有储量快速下降，高铝富矿供给矛盾更是严重突出。因此，在保障耐火材料和铝工业健康发展的前提下，加强对提高我国铝土矿资源利用率的研究，采取均化、提纯等先进技术使天然原料品位、质量发生质的提升，不仅提高铝土矿综合利用水平和生产附加值，还为研发大量优质合成新材料打下了坚实的基础。
资源特点
铝土矿是一水铝石（Al2O3·H2O）与三水铝石（Al2O3·3H2O）的混合物，并与其它矿物如高岺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）等共生。我国铝土矿多为一水铝石-高岺石型，其特点是含Al2O3高、SiO2高、Fe2O3低，属于难溶铝土矿，不能直接用先进的拜耳法炼氧化铝，但比较适合做耐火原料。由于矿床成因及赋存地质条件的影响，我国铝土矿往往在同一矿层、同一区段，矿石品位差别很大，赋存呈“鸡窝矿”，开采难度大，综合利用率低。
铝土矿石的分级和有害杂质的去除（如Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、CaO等）直接影响耐火材料品种和质量。应当指出，我国现行的“铝土矿石技术条件”YB/T5057-1993（2005），仅规定了铝土矿石各品级的铝硅比（Al2O3：︰SiO2）,Al2O3、Fe2O3的质量指标（%）,适合用于生产氧化铝、刚玉型研磨材料和高铝水泥等由含水氧化铝、氧化硅组成的铝土矿，但对耐火原料铝土矿石的矿山勘探造成很大困难。为达到耐火原料不同品级的要求，铝土矿需实施分级开采，以控制Al2O3含量的范围，目的是使化学成分和矿物组成达到稳定，这是制造优质耐火材料的前提条件。国外标准还要求耐火原料中的Al2O3含量波动范围控制在1％～2％，而我国耐火原料从未达到这一指标，往往高达5％～10％，相当程度上制约了我国耐火材料制品质量的提高，也是我国高铝炉衬使用寿命不高的原因之一。
利用现状
近年来，我国平均每年消耗优质铝土矿1亿吨左右，其中铝工业8000万吨，耐火材料1500万吨，陶瓷及其它工业500万吨。我国铝土矿石开采大都是人工选矿分级，规模小，20％～30％碎矿以及低品位矿石被遗弃，资源利用率很低。其原因：一是目前煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和煤粉回转窑为主，近年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型只能煅烧块料，回转窑煅烧大于5mm块料，倒焰窑和竖炉煅烧大于40mm块料，碎矿不能被有效利用；二是随着国内外市场销售情况的变化，特级、Ⅰ级矿石供不应求，Ⅱ、Ⅲ级矿石滞销，矿山开采普遍存在采富弃贫的现象；三是矿石相当程度的混级，致使块料煅烧质量波动，部分严重混级矿被遗弃，大概每生产1吨合格成品料就要消耗4吨～5吨地质储量，资源利用率仅20％～30％。
经过30多年如此无序开采和不当利用，致使铝土矿资源供需矛盾突出，山西阳泉等地铝土矿开采高峰期已过，河南、山东某些地区出现铝土矿资源供应紧张局面。河南耐火材料生产所用的Al2O3>80%矾土熟料主要依靠山西供应，价格上扬，但品位降低。尤其随着全国新建、在建氧化铝项目逐步投产，铝土矿资源争夺更加激烈，已成为近来行业间关系紧张的的显着特征。在调整与优化产品结构的影响下，铝土矿分级供应耐火材料和氧化铝行业流行的传统观念已难以实现。
提高资源利用率的办法
当前，我国铝土矿资源供应日益紧缺，迫切需要采取有效办法提高铝土矿资源利用率。回顾几十年的生产实践，发展均质化新技术的必要性已毋庸置疑。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量中低品位矿以及混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均化料，重点是莫来石均化料，有条件的企业上浮选提纯，或采用电熔的办法减少原料杂质，或者加入少量添加物改善材料的显微结构，提高材料性能，使我国铝土矿资源利用率从现在的20％提高到80％以上，实现了可持续发展。发展均化料系列化产品可有效促进铝土矿原料质量、性能和附加值升级，还可以实现铝土矿山大规模机械化开采，形成采、烧一整套适应资源特点的现代化生产系统，因此，发展铝土矿均化料，具有重要的现实意义和广阔的市场前景。
我国铝土矿均化料正式研究工作始于上世纪70年代的阳泉工程，“八五”列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和生产基础。近年来一些学者的实验室数据证明矾土基莫来石均化料具有优异的高温力学性能，如高温断裂强度，当刚玉/莫来石75：25或25：75为最好，高温蠕变性能好坏排列顺序为Ⅱ等高铝＞Ⅰ等高铝＞Ⅲ等高铝等，并非烧结高铝矾土中Al2O3含量越高越好，进一步从理论上支持了多年来我国铝土矿发展均化料的思路和决心。
技术进步与产品发展
近年来，我国铝土矿均质化技术发展很快，生产线建设方兴未艾。铝土矿均质化处理湿法生产工艺因其产品质量好，经济收益高而获得广泛认可，但是不管在制得泥浆采用压滤、挤泥还是喷雾干燥；成型选用压球机、等静压机或是自动液压机；煅烧窑炉选用隧道窑还是新型气烧竖窑等方面，还在实践比较之中。由于产地原料、采用工艺、煅烧设备的不同，目前国内生产的高铝均化料产品尚未形成系列化。从市场需求看，高铝均化料（Al2O388％）虽比当前特级铝土原料价位高许多（>1000元/t），但由于产品均匀，质量好，已为市场接受，并有取代电熔棕刚玉之势。沿袭冶金工业使用习惯，从我国铝土矿资源多为二级料的实际出发，高铝均化料可着重生产Al2O385与Al2O380牌号，前者用于炼钢系统耐火材料，后者用于炼铁系统耐火材料，不应过分追求Al2O3越高越好。
铝土矿均质化技术发展还有许多课题值得研究。首先研究制定适合耐火用铝土矿分类标准，使铝土矿勘探有章可循。我国铝土矿虽储量丰富，但各地区自然生成状况及矿石结构差异很大，应采取分级开采、分级煅烧的办法；其次研究制定均化料系列产品标准，使均化料产品应用得到更大范围的推广，这已逐渐成为行业的共识；三是有条件推广浮选提纯工艺。浮选工艺固然是提高原料品位的好方法，但增加了基建投资和生产运行成本，采用浮选工艺关键是经济上可行，有条件的企业可利用积存低价混级矿建厂示范。
铝土矿是可用尽且不可再生的宝贵资源，我国耐火材料约有65%属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65%左右产品都以铝土矿为原料，尤其近年来随着氧化铝生产的高速发展，过度地开采和生产加工致使我国铝土矿资源日趋匮乏，资源保有储量快速下降，高铝富矿供给矛盾更是严重突出。因此，在保障耐火材料和铝工业健康发展的前提下，加强对提高我国铝土矿资源利用率的研究，采取均化、提纯等先进技术使天然原料品位、质量发生质的提升，不仅提高铝土矿综合利用水平和生产附加值，还为研发大量优质合成新材料打下了坚实的基础。
资源特点
铝土矿是一水铝石（Al2O3·H2O）与三水铝石（Al2O3·3H2O）的混合物，并与其它矿物如高岺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）等共生。我国铝土矿多为一水铝石-高岺石型，其特点是含Al2O3高、SiO2高、Fe2O3低，属于难溶铝土矿，不能直接用先进的拜耳法炼氧化铝，但比较适合做耐火原料。由于矿床成因及赋存地质条件的影响，我国铝土矿往往在同一矿层、同一区段，矿石品位差别很大，赋存呈“鸡窝矿”，开采难度大，综合利用率低。
铝土矿石的分级和有害杂质的去除（如Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、CaO等）直接影响耐火材料品种和质量。应当指出，我国现行的“铝土矿石技术条件”YB/T5057-1993（2005），仅规定了铝土矿石各品级的铝硅比（Al2O3：︰SiO2）,Al2O3、Fe2O3的质量指标（%）,适合用于生产氧化铝、刚玉型研磨材料和高铝水泥等由含水氧化铝、氧化硅组成的铝土矿，但对耐火原料铝土矿石的矿山勘探造成很大困难。为达到耐火原料不同品级的要求，铝土矿需实施分级开采，以控制Al2O3含量的范围，目的是使化学成分和矿物组成达到稳定，这是制造优质耐火材料的前提条件。国外标准还要求耐火原料中的Al2O3含量波动范围控制在1％～2％，而我国耐火原料从未达到这一指标，往往高达5％～10％，相当程度上制约了我国耐火材料制品质量的提高，也是我国高铝炉衬使用寿命不高的原因之一。
利用现状
近年来，我国平均每年消耗优质铝土矿1亿吨左右，其中铝工业8000万吨，耐火材料1500万吨，陶瓷及其它工业500万吨。我国铝土矿石开采大都是人工选矿分级，规模小，20％～30％碎矿以及低品位矿石被遗弃，资源利用率很低。其原因：一是目前煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和煤粉回转窑为主，近年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型只能煅烧块料，回转窑煅烧大于5mm块料，倒焰窑和竖炉煅烧大于40mm块料，碎矿不能被有效利用；二是随着国内外市场销售情况的变化，特级、Ⅰ级矿石供不应求，Ⅱ、Ⅲ级矿石滞销，矿山开采普遍存在采富弃贫的现象；三是矿石相当程度的混级，致使块料煅烧质量波动，部分严重混级矿被遗弃，大概每生产1吨合格成品料就要消耗4吨～5吨地质储量，资源利用率仅20％～30％。
经过30多年如此无序开采和不当利用，致使铝土矿资源供需矛盾突出，山西阳泉等地铝土矿开采高峰期已过，河南、山东某些地区出现铝土矿资源供应紧张局面。河南耐火材料生产所用的Al2O3>80%矾土熟料主要依靠山西供应，价格上扬，但品位降低。尤其随着全国新建、在建氧化铝项目逐步投产，铝土矿资源争夺更加激烈，已成为近来行业间关系紧张的的显着特征。在调整与优化产品结构的影响下，铝土矿分级供应耐火材料和氧化铝行业流行的传统观念已难以实现。
提高资源利用率的办法
当前，我国铝土矿资源供应日益紧缺，迫切需要采取有效办法提高铝土矿资源利用率。回顾几十年的生产实践，发展均质化新技术的必要性已毋庸置疑。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量中低品位矿以及混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均化料，重点是莫来石均化料，有条件的企业上浮选提纯，或采用电熔的办法减少原料杂质，或者加入少量添加物改善材料的显微结构，提高材料性能，使我国铝土矿资源利用率从现在的20％提高到80％以上，实现了可持续发展。发展均化料系列化产品可有效促进铝土矿原料质量、性能和附加值升级，还可以实现铝土矿山大规模机械化开采，形成采、烧一整套适应资源特点的现代化生产系统，因此，发展铝土矿均化料，具有重要的现实意义和广阔的市场前景。
我国铝土矿均化料正式研究工作始于上世纪70年代的阳泉工程，“八五”列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和生产基础。近年来一些学者的实验室数据证明矾土基莫来石均化料具有优异的高温力学性能，如高温断裂强度，当刚玉/莫来石75：25或25：75为最好，高温蠕变性能好坏排列顺序为Ⅱ等高铝＞Ⅰ等高铝＞Ⅲ等高铝等，并非烧结高铝矾土中Al2O3含量越高越好，进一步从理论上支持了多年来我国铝土矿发展均化料的思路和决心。
技术进步与产品发展
近年来，我国铝土矿均质化技术发展很快，生产线建设方兴未艾。铝土矿均质化处理湿法生产工艺因其产品质量好，经济收益高而获得广泛认可，但是不管在制得泥浆采用压滤、挤泥还是喷雾干燥；成型选用压球机、等静压机或是自动液压机；煅烧窑炉选用隧道窑还是新型气烧竖窑等方面，还在实践比较之中。由于产地原料、采用工艺、煅烧设备的不同，目前国内生产的高铝均化料产品尚未形成系列化。从市场需求看，高铝均化料（Al2O388％）虽比当前特级铝土原料价位高许多（>1000元/t），但由于产品均匀，质量好，已为市场接受，并有取代电熔棕刚玉之势。沿袭冶金工业使用习惯，从我国铝土矿资源多为二级料的实际出发，高铝均化料可着重生产Al2O385与Al2O380牌号，前者用于炼钢系统耐火材料，后者用于炼铁系统耐火材料，不应过分追求Al2O3越高越好。
铝土矿均质化技术发展还有许多课题值得研究。首先研究制定适合耐火用铝土矿分类标准，使铝土矿勘探有章可循。我国铝土矿虽储量丰富，但各地区自然生成状况及矿石结构差异很大，应采取分级开采、分级煅烧的办法；其次研究制定均化料系列产品标准，使均化料产品应用得到更大范围的推广，这已逐渐成为行业的共识；三是有条件推广浮选提纯工艺。浮选工艺固然是提高原料品位的好方法，但增加了基建投资和生产运行成本，采用浮选工艺关键是经济上可行，有条件的企业可利用积存低价混级矿建厂示范。
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