山西秋堰沉积型铝土矿矿石特征及工艺研究

王鑫伟，侯梦怀

（1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.山西省第三地质工程勘察院，山西晋中030620）

1 矿床地质特征

山西省秋堰沉积型铝土矿产于低中山黄土丘陵区的古风化壳中，含矿岩简单，自下而上分为三层：①底板主要为粘土岩，次为山西式铁矿、铁质粘土岩、及少量的黄铁矿、硬质耐火粘土矿，比例分别为:37.50%、37.50%、18.75%、3.13%、3.12%。厚度50m～90.97m。②沉积铝土矿层，灰-灰白色，底部山西式铁矿，向上依次为铁质粘土岩、铝土矿、硬质耐火粘土矿或粘土岩，矿石磨圆度中等，为次圆状-次棱角状，分选性好，矿体层厚最大值为5.90m，最小值为0.50m。③矿体顶板为硬质耐火粘土矿、粘土岩，其中硬质耐火粘土矿约占46.25%，粘土岩约占53.75%。夹石工程率9.40%，夹石多数以粘土岩为主，小部分为硬质耐火粘土矿和山西式铁矿，比例分别为78.47%、14.19%、7.34%。厚度为1.11m～5.83m[1]。

秋堰铝土矿矿体的形态受到奥陶系古侵蚀面的严格控制，宏观上呈层状、似层状于含矿地层中，通常是为一层，有些部分为二层，或夹粘土岩。矿体厚度趋向为露头厚深部薄。

2 矿石特征

2.1 矿石的化学成分

矿区矿石化学主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2四项，通常是其矿石化学成分总量的80%～83%。据138个铝土矿基本分析样结果统计，矿石中各个化学成分的含量为：Al2O351.60%～78.48%；SiO21.42%～22.52%；Fe2O30.61%～22.88%；TiO21.76%～4.46%。Al/Si 2.60～63.52。其余化学成分比例甚少，见表1、2，表中可知有害成分S、MgO比例低，对矿石的工业生产性能影响不大。

表1 铝土矿组合分析结果统计表 /%Tab.1Statisticaltableofbauxitecombinationanalysisresults/%

2.2 矿石的矿物组成

铝土矿的组成矿物以一水硬铝石（Al2O3·H2O）为主要成分，含量为52%～84%，通常65%～75%；次要矿物是高岭石，含量通常小于8%；少量赤铁矿、褐铁矿、水云母及重矿物（锐钛矿、电气石、锆石）等。①一水硬铝石:集合体常呈微晶状，常有微量有机质或者铁质不均匀混染其表面而呈现出黄色、黄褐色等，颗粒粒径0.15mm～0.60mm，少数1mm～2mm，部分经重结晶作用，晶形较好，呈片状、板状、柱状。②高岭石:呈显微鳞片状，隐晶质泥状、蠕虫状，分散在碎屑以及填隙物当中。③褐铁矿、赤铁矿:在碎屑间及裂隙当中零星分布。④重矿物:常见的重矿物有锐钛矿、锆石、电气石，均呈碎屑矿物出现。

表2 铝土矿化学全分析结果统计表 /%Tab.2 Statistical table of bauxitechemical complete analysis results /%

2.3 矿石结构构造及类型

矿石的结构构造在矿床评价和采选冶工艺中具有重要意义，矿石结构以碎屑结构、致密状结构、半粗糙状结构为主。镜下为微晶粒状结构、含碎屑结构，或者局部碎屑状结构等[2-3]。

①碎屑状铝土矿：是本区的主要的矿石类型，占采集铝土矿样品总数的82.60%。矿石颜色以灰、浅灰色为主，且有明显碎屑结构特征，吸水性为中等。碎屑与基质的颜色，前者通常较深而后者较浅。显微镜下碎屑结构，碎屑的形状多为圆状、次圆状、次棱角状。碎屑的粒径通常是0.10mm～0.90mm。碎屑分布均匀，碎屑表面通常是以黄色、黄褐色为主，碎屑与基质之间界线绝大部分明显，局部不明显。碎屑矿物组成成分主要是一水硬铝石，其为含量60%～70%，其他矿物：高岭石20%～25%，铁质＜4%，其它＜5%。

碎屑状铝土矿的主要化学成分为：Al2O351.56%～76.53%；SiO21.54%～22.56%；Fe2O30.62%～22.87%；TiO21.78%～4.44%；Al/Si2.61～48.93。

②致密状铝土矿：亦是本区主要的矿石类型之一，占采集铝土矿样品总数的4.34%。矿石颜色以灰、深灰色为主，具有明显的致密状结构特征、块状构造。矿物组成成分主要为一水硬铝石，次之高岭石。

致密状铝土矿化学组成成分：Al2O361.00%～72.65%；SiO26.45%-17.15%；Fe2O31.24%～6.01%；TiO22.45%～3.95%；Al/Si 3.56～11.25。

③半粗糙状铝土矿：是介于粗糙状与碎屑状铝土矿的一种过渡类型，该矿石类型为次要类型，占采集铝土矿样品总数13.06%。矿石颜色以灰-灰白、淡黄色为主，具有半粗糙状结构特点，块状构造。显微镜镜下呈微晶粒状结构、局部呈碎屑状结构，但绝大多数碎屑的轮廓分辨不清晰。有微量不均匀黄褐色、灰褐色在表面是由于少量有机质及其它杂质混染所致。矿物主要组成成分是一水硬铝石，含通常在92%左右，其次含少量高岭石，含量＜4%，另微量褐铁矿，重矿物当中含有锐钛矿、电气石、锆石等。

半粗糙状铝土矿的主要化学成分为:Al2O358.72%～78.5%；SiO21.42%～18.02%；Fe2O30.66%～5.37%；TiO22.32%～3.35%；Al/Si3.26～55.33，见表3。

表3 各矿石类型化学成分平均含量Tab.3 Average chemical composition content of each ore type

从表中可得出，矿石类型品位由高到低依次为半粗糙状矿石、碎屑状矿石和致密状矿石。

3 矿石的工艺性研究

本区的铝土矿用于氧化铝（简称铝氧）生产，本文只评述矿石的铝氧工艺性能。

3.1 矿物组分和组构的工艺性能

矿区铝土矿石的主要矿物组分为硬水铝石和高岭石，其次是褐铁矿、赤铁矿，微量矿物类型有针铁矿、金红石、绿泥石、锐钛矿、伊利石等。硬水铝石和高岭石是有益组分Al2O3和金属镓的主要载体，其在铝氧生产的溶解性能，决定于其单体的结晶程度和粒度；结晶程度越好，晶格能越大，溶解性越差，粒度越粗，溶解时间越长，两者均影响Al2O3的溶出性能；如广西平果堆积矿硬水铝石经重结晶和次生形成，结晶程度高、粒度粗，用两次溶出工艺尚有部分粗大晶体未被溶解；矿区矿石中结晶程度较高，粒较粗的次生硬水铝石和高岭石量极微，绝大部分为原生矿物，其结晶差、粒度细，因此其中的Al2O3易于溶出，矿石的铝氧生产溶出性能应好[4]。

实验证明，矿石中伊利石量高，要影响拜尔法氧化铝生产的预脱硅性能，如河南矿石比山西矿石伊利石含量多，预脱硅低于山西矿石；矿区矿石中其含量甚微，影响可忽略不计。国外有资料报导，鲕绿泥石在拜尔法铝氧生产中不溶解，针铁矿影响赤泥沉降速度。此为三水型铝土矿在低温低压条件下拜尔法生产的结论，我区为一水硬铝石型矿石，拜尔法铝氧生产在高温高压条件下进行，实验和生产未发现上述现象，且矿区绿泥石为鳞绿泥石，其与针铁矿均量微，对生产工艺无影响。

矿石结构对Al2O3溶出及回收率的影响是，相嵌结构高，包含结构低。如平果铝矿因系次生氧化矿石，部分硬水铝石被赤褐铁矿包裹不能溶解而影响Al2O3的溶出和回收率；越南凉山铝矿硬水铝石多有铁质包皮，溶出性能最差；矿区矿石为相嵌结构、高岭石和铁矿主要呈硬水铝石的填穴物，相互间易于解离，因此Al2O3的溶出和回收率均较高。

3.2 矿石化学组分的工艺评价

在铝氧生产中矿石的Al2O3、Ga、K2O、Na2O是有益组分，SiO2、S、TiO2、CaO、MgO、Fe2O3是有害组分，SiO2、TiO2高碱耗大，生产成本高，S高耗碱并在管道中结疤，影响正常生产；CaO、MgO和Fe2O3含量高也要耗碱、结疤阻塞管道和增加赤泥量，影响生产和成品的产出率。矿区矿石各组分平均值为Al2O365.04%、SiO213.52%、Fe2O32.21%，A/S4.81；S0.024%，CaO0.22%，MgO0.33%，其中：S、CaO、MgO、Fe2O3有害组分一般均不超过工艺要求；从铝氧生产工艺划分，矿区矿石应属于含铁、低硫型矿石，矿石品级为Ⅳ级，在山西铝矿资源中属于中等矿石[5-7]。

按铝氧工艺要求，铁对拜尔法生产工艺无影响，铁高只增加碱耗及赤泥量，影响产品成本和产率；铁对烧结法有影响，铁低不能烧结，铁高在转窑中形成结圈，不能生产；我国结合国内烧法的工艺，炉料铁铝分子比应当在0.08～0.12之内，结合我国硬水铝石型矿石品位，要求矿石Fe2O3不超过10%，最好7%～8%。本矿区矿石Fe2O3平均2.21%，采出混入围岩的采出品位为2.81%，有利于拜尔法生产，普铝的中贫矿石适合烧结法工艺。

综上所述，从矿石组分、组构的生产工艺而论，矿区矿石是很好的氧化铝生产原料。

[1]叶张煌,张琪,张照志,等.山西省铝土矿资源的可持续开发战略[J].中国矿业,2014(9):35-38.

[2]侯毅.论汾西县光道岭铝土矿矿床地质及勘查远景[J].华北国土资源,2016(03):43-44.

[3]伍磊.广西平果堆积型铝土矿矿石特征及工艺研究[J].矿产与地质,2003,17(4):559-562.

[4]马发思,戎秀伟.山西省临县刘家庄矿区铝土矿矿石特征[J].图书情报导刊,2012,22(16):139-142.

[5]李平初.广西龙州县科甲铝土矿地质特征及成因分析[J].四川有色金属,2013(04):16-20.

[6]侯毅.论汾西县光道岭铝土矿矿床地质及勘查远景[J].华北国土资源,2016(03):43-44.

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