楊　彪

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，　湖南 長沙　410011)

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兩種不同類型鋁土礦原礦性質(zhì)及洗礦工藝的對比分析

楊彪

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙410011)

摘要：廣西西北部的巖溶堆積型鋁土礦和印度尼西亞加里曼丹島的紅土型鋁土礦是目前我國氧化鋁行業(yè)的兩種主要原礦材料。從成礦年代、環(huán)境和成礦過程等不同角度探討了2種類型礦石的地質(zhì)成礦條件，分析了2種鋁土礦石迥異的原礦性質(zhì)。在鋁土礦洗礦原理的基礎(chǔ)上，分析了2種類型鋁土礦的不同洗礦工藝。通過對2種不同類型鋁土礦原礦性質(zhì)及洗礦工藝的對比分析，能更深入的了解其差異，有助于探索原礦處理工藝及設(shè)備選型的異同，為提高不同類型鋁土礦的開發(fā)利用提供一定技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：巖溶堆積型鋁土礦；紅土型鋁土礦；成礦條件；原礦性質(zhì)；洗礦工藝

0前言

海外資源豐富國家為推進本國工業(yè)化進程而紛紛制定發(fā)展資源深加工等方面的礦業(yè)新規(guī)，主要表現(xiàn)在限制原礦出口上。印度尼西亞于2014年1月實施了原礦禁運政策后，迫使以印尼為主要鋁土礦石進口國的我國眾多氧化鋁企業(yè)開始向印尼轉(zhuǎn)移產(chǎn)能。資源配套及礦山建設(shè)是氧化鋁廠建設(shè)的前提，我國對建設(shè)巖溶堆積型鋁土礦及原生礦(露天或地下開采)等較為復(fù)雜難采、難洗的礦山具有豐富的經(jīng)驗，鑒于此，通過對印尼主要鋁土礦產(chǎn)地加里曼丹島鋁土礦地質(zhì)條件、原礦性質(zhì)及洗礦工藝流程的分析，找出兩種類型鋁土礦的差別所在，可將我國在鋁土礦礦山建設(shè)方面的豐富經(jīng)驗用于印尼鋁土礦礦山建設(shè)上，有助于優(yōu)化礦山采選工藝、提高生產(chǎn)效率，加快礦山建設(shè)步伐，在原材料上為我國氧化鋁產(chǎn)能轉(zhuǎn)移提供保障。

我國多位學(xué)者對廣泛分布于我國桂西北的巖溶堆積型鋁土礦的地質(zhì)成礦條件、采礦和洗礦工藝、礦山復(fù)墾及礦泥處理等做了深入研究，該類具有獨特特征的難采、難洗鋁礦石資源得到了高效的開發(fā)利用。目前該區(qū)域已建成的礦山數(shù)十座，氧化鋁建設(shè)規(guī)模超過800萬 t/a。上世紀八十年代，西加里曼丹發(fā)現(xiàn)鋁土礦儲量已接近30億t(洗后礦)，其中探明儲量約9億t。礦帶整體呈南、中、北三部分分布。印尼鋁土礦石是中國氧化鋁企業(yè)的主要礦源地，當?shù)劁X土礦采出后經(jīng)簡單篩洗、破碎后即運往中國，經(jīng)過不斷的技術(shù)改進發(fā)展，印尼目前的原礦洗礦已普遍采用圓通洗礦機。國內(nèi)部分學(xué)者對印尼西加紅土型鋁土礦也有所研究，如覃定量等人詳細闡述了當?shù)劁X土礦地質(zhì)特征。

1地質(zhì)成礦條件對比分析

1.1桂西北巖溶堆積型鋁土礦成礦條件

廣西西北部的山字型構(gòu)造前弧西翼和右江復(fù)向斜百色構(gòu)造盆地的東南緣分布著大量巖溶堆積型鋁土礦床，礦體賦存于大面積碳酸鹽巖建造的中山、中低山、低山及丘陵地貌單元中，礦體厚度、產(chǎn)狀、空間分布規(guī)律等主要賦存特征明顯受基底地形的控制，礦體數(shù)量多、形態(tài)復(fù)雜、埋藏淺、分布范圍廣。

桂西北巖溶堆積型鋁土礦成礦過程可大致分為原生鋁土礦成礦期和堆積鋁土礦成礦期。受東吳運動的大規(guī)模海退、巖漿噴發(fā)和古陸地上升影響，桂西北成礦區(qū)在二疊系時期上升為陸地，富鋁物質(zhì)在碳酸鹽風(fēng)化后形成的紅土層運搬過程中聚集沉積，經(jīng)地質(zhì)作用演變?yōu)樵X土礦層，隨著上覆沉積物的加厚和巖漿活動、構(gòu)造應(yīng)力作用及環(huán)境影響，三水鋁石相變?yōu)橐凰蹭X石。原生礦層中易溶物質(zhì)如鈣、鎂、鉀、鈉等元素在高溫多雨的氣候條件下,經(jīng)風(fēng)化剝蝕、巖溶作用而破壞、淋失，大部分的硫也被氧化，最終發(fā)生崩解并墜落成碎塊夾雜于紅色粘土中，經(jīng)短距離運搬后，在巖溶洼地、谷地和坡地堆積成為極具開采利用價值的巖溶堆積鋁土礦。圖1為桂西北巖溶堆積型鋁土礦成礦模型流程圖。

1.2印尼加里曼丹紅土型鋁土礦成礦條件

印度尼西亞西加里曼丹島位于歐亞板塊的東南緣，分為西加里曼丹盆地、默拉維盆地、施瓦納山脈和近海的新近紀盆地等幾個構(gòu)造塊。西加里曼丹盆地以二疊紀—侏羅紀變質(zhì)的砂巖和頁巖、泥巖等為主，夾火山巖和花崗巖；默拉維盆地以古近紀濁流沉積砂泥巖為主，夾基性雜巖體，其西南部發(fā)現(xiàn)有紅土型鋁土礦化；施瓦納山脈以白堊紀花崗巖為主，周邊分布有白堊紀閃長巖、古生代—中生代火山巖及火山碎屑巖，其西部紅土型鋁土礦豐富。島上的紅土型鋁土礦產(chǎn)于基性—中性巖體頂部紅土風(fēng)化殼中，主要分布在輝長巖、玄武巖形成的風(fēng)化殘積層中。礦體分布范圍與巖體出露地表范圍大致相同，呈面狀展布，平面形態(tài)復(fù)雜，受地貌形態(tài)和巖體出露形態(tài)控制，一般呈不規(guī)則狀。

圖1　桂西北巖溶堆積型鋁土礦成礦流程圖

印度尼西亞西加里曼丹島紅土型鋁土礦的成礦過程可劃分為基性巖侵入—風(fēng)化剝蝕—富集成礦3個階段。噴發(fā)的基巖在經(jīng)受雨淋、日曬、植物侵蝕而產(chǎn)生裂隙和破碎，含有機酸的水充滿裂隙和孔隙而分解巖石，分解形成的氧化硅在過飽和溶液中形成膠質(zhì)氧化硅，最終形成硅酸膠體活化遷移，與堿金屬、堿土金屬一起被水攜帶，一部分由于淋濾而沉淀在較深的地方。殘余粘土經(jīng)進一步分解、淋濾，氧化鋁、氧化鐵發(fā)生水化反應(yīng)形成三水鋁石和鐵的氫氧化物，在原地凝聚并堆積在風(fēng)化殼中，而大部分的氧化硅在堿性介質(zhì)中被帶出。三水鋁石逐漸富集形成大小不等的鋁土礦塊礫、結(jié)核等混雜分布在未固結(jié)的疏松紅土中，形成紅土型鋁土礦體。

1.3兩種鋁土礦成礦條件對比分析

兩種鋁土礦屬于不同的成礦條件下的產(chǎn)物。桂西北巖溶堆積鋁土礦成礦于古生界的二疊系，而賦存于新世紀的第四系，地層的地質(zhì)年代跨距大，成礦環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)歷了原生礦沉積、質(zhì)變、風(fēng)華剝蝕、崩解、地表搬運等多個成礦過程，礦體賦存形態(tài)復(fù)雜，分布散亂。印尼西加里曼丹島上的紅土型鋁土礦成礦多起源于中生代的侏羅紀或白堊紀，基巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕后混雜于淺地表紅土層中，礦層分布規(guī)律，礦巖層分界清晰，成礦條件和成礦過程相對簡單。

2原礦性質(zhì)對比分析

2.1桂西北巖溶堆積型鋁土礦原礦性質(zhì)

礦石結(jié)構(gòu)主要有礫屑—砂屑結(jié)構(gòu)、豆—鮞粒結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形針柱結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)—膠體狀結(jié)構(gòu)等。礦石的構(gòu)造主要為塊狀結(jié)構(gòu)，礦石中的粒屑分布均勻，無定向性，部分礦石粒屑具定向排列，形成條帶狀構(gòu)造或微層狀構(gòu)造，少部分礦石風(fēng)化程度深，原有的硫化物礦物被淋濾流失后形成蜂窩狀、多孔狀構(gòu)造。

巖溶堆積型鋁土礦是由鋁土礦與粘土組成，其中粘土中主要的粘性礦物是細粒、微細粒的絹云母、水云母、蒙脫石、伊利石、一水硬鋁石和高嶺石、綠泥石等，粒度很小，具有很大的表面積和表面能，易粘結(jié)成團，泥團抗變形的能力強，礦泥對礦石包裹緊密，礦泥難分離。桂西北巖溶堆積型鋁土礦含泥為粘土和亞粘土類，呈土紅色，主要特征如下。

(1) 空隙比雖大但壓縮性小，天然濕度低于塑限，液性指數(shù)小于零， 所以仍為堅固性固態(tài)土壤，承載力較高。

(2) 微粒級顆粒含量較高，粘粒處于高分散狀態(tài)，空隙比較大，但同時顆粒細，顆粒間吸引力大，故空隙比雖大，但強度仍較高。

(3) 水分是以分子結(jié)合水為主，自由水少，分子水具有粘滯性，難于分離。

具有上述特性的粘土夾混在鋁礦石中，使礦石物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，堅固性增強，壓縮性減少，穩(wěn)定性加大。因此，通過洗礦手段脫除原礦中大量粘土，同時脫除鋁礦石表面嵌附的泥，獲得凈鋁礦石，是我國開發(fā)利用堆積型鋁土礦遇到的主要難題。

2.2西加里曼丹紅土型鋁土礦原礦性質(zhì)

紅土型鋁土礦原礦一般呈土紅、磚紅、土灰等顏色，由鋁土礦石和紅土組成，其中的紅土結(jié)構(gòu)疏松，粘性較弱，原礦石經(jīng)清水沖洗即可獲得凈礦石。凈礦石多呈褐黑色、褐灰色、褐黃色、棕褐色等，形態(tài)為粒狀、結(jié)核狀、皮殼狀及不規(guī)則狀，礦石結(jié)構(gòu)主要為隱晶—微晶結(jié)構(gòu)，次為膠狀、交代和半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為三水鋁石，次要礦物為高嶺石、蒙脫石等粘土類礦物，含少量赤鐵礦。

西加里曼丹紅土型鋁土礦是由鋁土礦與砂質(zhì)紅土組成，砂土粒度大，土的表面積小、表面能低，土顆粒之間的毛細粘聚力小，不易粘結(jié)成團。礦泥顆粒越粗，聚團現(xiàn)象越少，礦泥粘性越小，塑性指數(shù)越低，礦泥形成塊狀越小，泥團的抗變形能力越差，礦泥不會對礦石形成包裹狀態(tài)，礦泥易于分離。

2.3兩種鋁土礦原礦性質(zhì)對比分析

由于其不同的成礦條件，原礦本身性質(zhì)差別巨大。巖溶堆積鋁土礦由于長時間、復(fù)雜的成礦過程，礦石與第四系粘土層包裹緊密，泥土顆粒嵌入礦石表面，而紅土型鋁土礦由于成礦過程相對較簡單，礦石與第三系砂土層混存，泥土顆粒大，礦泥易于分離。

3洗礦工藝對比分析

3.1桂西北巖溶堆積型鋁土礦洗礦工藝

根據(jù)桂西北一帶堆積型鋁土礦原礦的獨特性質(zhì)，一般采用圓筒篩洗機和槽式洗礦機組成的二段(或三段)洗礦流程，第一段洗礦在圓筒洗礦機內(nèi)進行，優(yōu)先處理大塊礦石；第二段洗礦在槽式洗礦機內(nèi)進行，處理粒度相對較小的礦石；對于特別難處理的礦石可在精洗車間對礦石進行再度清洗。對洗礦排出的礦泥采用高效濃密機脫水，濃密機溢流水作為回水利用，洗礦工藝回水率達80%以上。將濃密機的底流用泵揚送至排泥庫，部分礦泥經(jīng)壓濾機二次脫水后，濾餅用于采空區(qū)復(fù)墾。圖2為桂西北巖溶堆積型鋁土礦兩段洗礦工藝原則流程。

圖2　桂西北巖溶堆積型鋁土礦兩段洗礦工藝流程

3.2西加里曼丹紅土型鋁土礦洗礦工藝

西加里曼丹紅土型鋁土礦洗礦流程一般采用圓筒篩兩段洗礦，或在此基礎(chǔ)上增加直線篩形成三段洗礦。采場礦石用汽車運至各礦區(qū)洗礦廠原礦倉，礦石經(jīng)圓筒篩洗機進行第一段篩洗，圓筒篩篩下產(chǎn)物進第二段洗礦，篩上產(chǎn)品破碎后進入二段圓筒篩，第二段圓筒篩篩下產(chǎn)物入直線篩篩洗進行第三段洗礦，第三段直線篩洗礦篩下產(chǎn)物作為洗礦泥入沉淀池，二段、三段洗礦篩上物合并入洗礦廠洗后礦堆場堆存。洗礦排出的礦泥自流進沉淀池脫水，采用多級沉淀的方式收集尾砂。沉淀的尾砂由挖機搬運堆存在沉淀池旁，用于鋪路或復(fù)墾等。沉淀池還兼起收集雨水和回水利用的作用，經(jīng)過多級沉淀，水中含沙量較少，并伴隨收集的雨水，用于洗礦作業(yè)。西加紅土型鋁土礦洗礦流程見圖3。

圖3　西加里曼丹紅土型鋁土礦三段洗礦工藝流程圖

3.3兩種鋁土礦洗礦工藝對比分析

紅土型鋁土礦的洗礦工藝較巖溶堆積型鋁土礦簡單。桂西北巖溶堆積膠泥鋁土礦是世界上具有獨特特征的鋁礦石資源，其開采、洗礦過程需要應(yīng)用特殊的礦石與膠泥分離設(shè)備，長沙有色冶金設(shè)計研究院根據(jù)該類型礦石特性開發(fā)了用于難洗礦石處理的圓筒篩洗機、槽式洗礦機及回轉(zhuǎn)篩等系列產(chǎn)品，目前已廣泛應(yīng)用于鋁土礦洗礦工業(yè)，使用效果非常好。巖溶堆積型鋁土礦洗礦采用圓通洗礦機+槽式洗礦機+精礦車間再洗的三段洗礦工藝，洗后礦含泥率可控制在3%以內(nèi)，滿足氧化鋁廠對礦石的各項指標要求。西加紅土型鋁土礦一般采用兩道圓通洗礦即可完成礦泥分離，對于含泥率較高的礦石，再增加一道直線篩洗礦，可實現(xiàn)對礦石含泥率的控制。

4總結(jié)

巖溶堆積型鋁土礦與紅土型鋁土礦是目前我國氧化鋁行業(yè)主要的兩種原材料，一種主產(chǎn)于我國廣西西北部，一種主產(chǎn)于印度尼西亞加里曼丹島。對兩種礦石類型的成礦條件、原礦性質(zhì)及洗礦工藝進行了對比分析，主要得到如下結(jié)論。

(1) 桂西北巖溶堆積鋁土礦成礦于古生界的二疊紀，而西加紅土型鋁土礦成礦于白堊紀，兩種礦石具有不同的成礦年代和成礦環(huán)境。

(2) 桂西北巖溶堆積鋁土礦原礦含泥性質(zhì)及礦泥構(gòu)造特殊，屬于難選型礦石，而西加紅土型鋁土礦含泥顆粒大，礦泥易于分離，屬于易選型礦石。

(3) 基于不同的成礦條件形成的迥異的原礦性質(zhì)，決定了西加紅土型鋁土礦較桂西北巖溶堆積型鋁土礦的洗礦工藝簡單，前者只需采用兩道圓通洗礦機即可分離礦泥，而后者則需圓通洗礦機與槽式洗礦機相結(jié)合的方式才能達到預(yù)期的洗礦效果。

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作者簡介：楊彪(1981-)，男，河南商丘人，博士，主要從事礦山開采設(shè)計及生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化研究，Email:ybcsu@163.com。