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| 我国高铝矾土的均化与提纯 |
| 2009-05-14 19:30:08 |
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| 我国高铝矾土的均化与提纯
魏 同 吴运广 2009.05.06
中冶焦耐工程技术有限公司 114002
摘要 文章通过介绍我国高铝矾土加工特点，为解决高铝资源供需矛盾，提高高铝原料质量，提出了我国高铝矾土的发展方向应该是均化与提纯，并重点介绍了矾土基均质料工艺路线。
关键词：耐火原料、高铝矾土、熟料、莫来石、均化、均质料、浮选
前言：
我国高铝矾土矿储量丰富，为世界上储量最多的国家之一，主要分布在山西、河南、贵州等省。截至2003年底，我国已探明高铝矾土储量为23.4亿t。我国丰富的高铝矾土、菱镁矿和石墨等耐火原料资源，在世界耐火材料市场占有举足轻重的地位，是我国耐火材料工业发展的基础，也是世界耐火材料市场向中国转移最为重要的原因。建国以来，国家先后在原山西阳泉高铝矾土矿、贵州贵阳耐火材料厂、河南渑池煅烧厂依托当地铝土矿资源，建立了高铝耐火原料生产基地，积累了高铝熟料生产的丰富经验和教训。改革开放以来，民营企业的迅猛发展，基本上满足了国内外市场对高铝熟料数量的要求，但目前仍以煅烧天然块料为主，品种单一，质量波动大，资源利用差，能耗高，污染严重。
目前我国约有65%耐火材料属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65％左右以高铝矾土为原料1]。因此重视耐火原料的研究，在采取均化、提纯等技术路线，使天然原料的品位、质量发生质的提升同时，不仅提高了原料附加值，还为研发大量的优质合成新材料，为耐火制品的研发打下坚实的基础早已摆上日程，现在则更为紧迫。近年来随着氧化铝生产企业的高速发展，且氧化铝产品链条长附加值远大于高铝熟料，致使我国铝土矿资源日趋匮乏，尤其高铝富矿供给矛盾突出。因此在保障重点氧化铝企业资源配置，促进铝工业健康发展的前提下，通过铝土矿选矿，调整产品结构，提高综合利用水平，兼顾耐火高铝原料的需求，也不失为铝土矿资源合理开发的途径。
1 我国高铝原料的加工要求
铝矾土矿石的分级和有害杂质的去除（如Fe2O3、K2O、Na2O、CaO等），对耐火材料品种、质量关系重大。根据高铝制品不同用途，对高铝矾土熟料质量提出了不同要求。按行业标准YB/T5179-2005高铝矾土熟料不同品级的Al2O3含量从50％～90％之间，共划分为9个牌号，其理化指标要求如表1：
表1
代号 化学成分（质量分数），％ 体积密度
g/cm3 吸水率
％
Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO+MgO K2O+Na2O
GL-90 ≥89.5 ≤1.5 ≤4.0 ≤0.35 ≤0.35 ≥3.35 ≤2.5
GL-88A ≥87.5 ≤1.6 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.20 ≤3.0
GL-88B ≥87.5 ≤2.0 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.25 ≤3.0
GL-85A ≥85 ≤1.8 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.10 ≤3.0
GL-85B ≥85 ≤2.0 ≤4.5 ≤0.4 ≤0.4 ≥2.90 ≤5.0
GL-80 >80 ≤2.0 ≤4.0 ≤0.5 ≤0.5 ≥2.90 ≤5.0
GL-70 70~80 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.75 ≤5.0
GL-60 60~70 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.65 ≤5.0
GL-50 50~60 ≤2.5 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.55 ≤5.0
为了达到高铝矾土熟料不同品级要求，则要求矿山实施分级开采，不许混级，以控制Al2O3含量在某一品牌规定的范围内，目的是使化学成分和矿物组成达到稳定，这是制造优质高铝制品的前提条件。国外许多厂家还要求熟料中的Al2O3含量波动范围在1％～2％，我国的矾土熟料从未达到过，往往高达5％～10％，制约了我国高铝耐火材料制品质量的提高，是我国高铝炉衬使用寿命不高的原因之一。大量加工不精（主要指混级、杂质分布不匀、化学成分和矿物组成不稳定和烧结不良等）的耐火级高铝矾土熟料进入国外矾土市场，在客观上也促成了高铝矾土储量仅1.5亿t的南美圭亚那却在国际市场上长期处于垄断地位，相同牌号的熟料售价比我国高30％以上。
2 资源利用率低及高铝资源供需矛盾显现
近年来，我国平均每年消耗优质高铝矾土1亿t左右，其中铝工业8000万t，耐火材料1500万t（含电熔料、高铝水泥等），陶瓷及其它工业500万t。
目前国内耐火级铝矾土矿石大都是人工选矿，规模小，矿石开采中有20％～30％碎矿以及遗弃低品位矿石，资源利用率很低：
1） 各地取缔燃煤倒焰窑和土竖窑后，目前煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和燃煤粉回转窑为主，近两年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型只能烧块料，回转窑煅烧大于5mm块料，倒焰窑和竖炉煅烧大于40mm块料，碎矿没有利用；
2） 1982年以后，随着国内外市场销售情况的变化，特级、Ⅰ级熟料供不应求，Ⅱ、Ⅲ级熟料滞销，矿山普遍存在采富弃贫现象。根据统计，阳泉地区高铝矾土地质储量中特级、Ⅰ级仅占总储量的20.98%，Ⅱ级占52.49%；贵阳清镇麦格高铝矿特级、Ⅰ级可占总储量的30.16％，Ⅱ级占63.26％。在特级、Ⅰ级熟料热销的情况下，Ⅱ级以下矿石利用率很低。
3） 矿石相当程度的混级，致使块料煅烧高铝矾土熟料质量波动，部分严重混级矿被遗弃。
每生产1t合格料大致要消耗4t～5t地质储量，资源利用率仅20％～30％。经过30多年无序开采和不当利用，致使高铝矾土资源供需矛盾突出，山西阳泉等地铝矾土原料开采高峰期已过，河南、山东某些地区出现矾土资源供应紧张局面。现在河南的耐火材料企业所用的Al2O3>80%矾土熟料的主要依靠山西供应，价格上扬但品位降低。随着全国新建、在建氧化铝项目逐步投产，铝土矿资源激烈争夺，已成为近来行业间关系的显著特征。在“调整与优化产品结构”的影响下，铝矾土分级供应耐火材料行业和铝业的传统观念已难以实现。山西省政府编制的“山西省铝土矿资源开发利用规划(2006-2020年)”明确提出：调整和优化氧化铝、高铝熟料、耐火材料产品结构，关系到山西铝工业的可持续发展。在发展壮大铝工业的同时,逐步压缩高铝熟料、耐火材料的生产规模，不再批准新建(扩建)高铝熟料、耐火材料矿山，鼓励已有粘土矿山向氧化铝企业销售矿石。
3 高铝矾土熟料的发展方向
目前我国约有65%耐火材料属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65％左右以高铝矾土为原料，两个65％就决定了高铝矾土的重要性。
回顾我国高铝熟料生产技术发展与实践，立足我国高铝矾土资源和开采加工，高铝矾土均质化的必要性已毋庸置疑。当前，面临我国高铝资源倾向于铝氧工业，耐火级高铝矾土供应日益紧缺，将制约耐火行业发展。由此迫切需要改变资源的不合理开采使用。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量中低品位高铝矾土、混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均质料（Al2O3含量50％～90％），重点是莫来石均质料（Al2O3含量45％～75％），有条件的企业上浮选提纯，使我国高铝矾土资源利用率从现在～20％提高到80％以上，实现可持续发展。均质料系列化产品促进了高铝矾土熟料质量、性能和附加值升级，改变工艺采用先进的工艺装备才可以实现节能减排。生产均质料可以实现高铝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，发展高铝矾土均质料和浮选提纯，具有重要的现实意义和广阔的应用市场。美、英、日等国早已广泛使用均质料，主要生产公司如美国CE公司和英国ECC公司生产莫来石历史悠久，我国终于跟上世界发展潮流。
上世纪六十年代末，在阳泉铝矾土矿煅烧车间1＃生产线设计建设时已采用半干法成球盘成球生产均质料，由于当时装备技术滞后使产品未能过关。我国高铝均质料研究工作始于上世纪七十年代的阳泉工程，“八五”正式列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和企业规模生产基础。近来一些学者的实验室数据证明了矾土基莫来石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2]。从理论上支持了多年来我国高铝矾土发展均质料的思路和决心。总结经验教训，完善试验工作，正确选择均质料工艺路线，大力发展高铝均质料在技术上是可行的。
4 生产高铝均质料工艺路线
4.1 干法（半干法）和湿法生产工艺流程
1）干法（半干法）生产工艺流程 2）湿法生产工艺流程
铝矾土矿分级开采 铝矾土矿分级开采
↓ ↓
矿石分级 矿石分级
↓ ↓
检化验 检化验
↓ ↓
分级入库 分级入库
↓ ↓
配料 配料
↓ ↓
干法磨细 湿法磨细
↓ ↓
除铁 泥浆池
↓ ↓
均化库均化及成份控制调配 除铁
↓ ↓ ↓
造粒 挤泥 泥浆池均化及成份控制调配
↓ ↓ ↓ ↓
压球 切段 喷雾造粒 压滤
↓ ↓ ↓ ↓
干燥 干燥 ↓ 真空挤泥
↓ ↓ ↓ ↓
烧结 烧结 压球（坯） 切段
↓ ↓ ↓ ↓
高铝矾土熟料按级入库 干燥 干燥
↓ ↓
烧结 烧结
↓ ↓
高铝矾土熟料按级入库
4.2干法（半干法）生产工艺特点
干法（半干法）工艺流程短，要求场地面积小，投资略少。但干磨难以磨细，不利于烧结，干粉除铁困难，加工过程产尘量大，劳动条件较差，环保投资高。GL-90熟料密度较难达到3.4g/cm3。
4.3湿法生产工艺特点
湿法生产工艺流程线较长，占地面积大，投资稍高。湿磨效率高，物料细度高有利于烧结，均化和除铁效果好，湿法部分不产尘，劳动条件好，GL-90熟料密度在3.5 g/cm3～3.6g/cm3。但用水稍多，干燥热耗高。
4.4 国内典型的高铝均质料工艺路线
高铝均质料生产始于国外，国内近年来发展很快，但规模小和工艺装备较差，工艺路线各不相同。现分述如下。
1） 原阳泉铝矾土矿半干法生产工艺，特点是利用混级碎矿筒磨机磨细，粉料在搅拌库用压缩空气均化，成球盘半干法成球，入重油回转窑煅烧莫来石料，Al2O3波动范围1％～2％。迈出了高铝矾土均质料的第一步。
2） 湖南辰溪等地的湿法工艺，先选出矿石中块状黄铁矿，连续式振动磨湿法细磨，湿法除铁，泥浆均化，压滤，真空挤泥条，切段，干燥，重油回转窑高温煅烧，生产M60、M70（企业标准）全天然莫来石。大同硅铝耐火材料有限公司也采用湿法工艺，用低灰分高熔点灰分煤粉回转窑煅烧。相似工艺的工厂分布于内蒙、山西等省份。此工艺中连续磨不适应硬度变化大的原料，使下料不匀，加水量不准。需要较大均化池，压滤不易，劳动强度大，干燥强度大，有时泥条成型性差。
3） 美国CE公司贵州生产线，采用当地精选高纯生矿细磨均化，挤坯，倒焰窑煅烧生产特级料，售价是同类产品的两倍多。因直接燃煤需要彻底治理。其产品理化指标为Al2O389.5％，Ti2O 4.0％，R2O 0.4％, Fe2O3 1.7％,熟料体积密度3.4 g/cm3。
4） 某公司的干、湿法混合工艺路线：先干法，原矿雷蒙磨细磨，配料，入浆池强制搅拌（水分35％）后除铁，压滤，真空挤泥成空心砖坯，隧道干燥，天然气隧道窑烧成，生产合成莫来石，堇青石莫来石原料。还有的公司采用原矿雷蒙磨细磨，配料，加湿磨的泥浆，双轴搅拌（水分13％～16％），真空挤泥成空心砖坯，隧道干燥，燃气隧道窑烧成，生产莫来石均质原料。
5） 某铝矾土煅烧厂曾生产矾土基莫来石多年，采用传统干法合成路线，干法细磨，轮碾半干法造粒（水分5％～8％），高压压球机压球，重油回转窑（Φ2.0×40m）煅烧。该产品Al2O3 72±2％，体积密度＞2.8 g/cm3，莫来石矿相＞95％，刚玉相微量，玻璃相2％。多年生产表明，煅烧矾土基莫来石均质料，回转窑不结圈，窑的年运行率＞82％，出窑料球的完整率＞80％，压球料可以满足回转窑高温煅烧要求。郑州东方均质公司使用了燃气竖炉煅烧。
6） 陶瓷行业成熟的中、高铝球生产工艺，中铝球铝含量68％～70％，高铝球铝含量90
％～92％，工艺路线为：原料中碎，自动配料，球磨机加水湿法磨细，高强电磁除铁（可串联2－3级），喷雾干燥，液压机成型（坯或球），隧道窑或梭式窑烧成。广东佛山、山东、河南等地建有多条中铝球生产线，一般中铝球体积密度2.8 g/cm3～2.9g/cm3，高铝球体积密度3.5 g/cm3～3.6g/cm3 3]。
高铝均质料工艺路线可以采用原料予均化，干法或湿法细磨，湿磨后的除铁、干燥或过
滤脱水，高压压球、坯或真空挤泥，气烧竖窑或隧道窑煅烧熟料。
借鉴水泥、陶瓷等行业的成功经验，优化均质料生产工艺路线，以保证产品质量，符合
理化指标和岩相的要求，可以通过多次均化，预期Al2O3成分波动可控制在±1%以下。湿法细磨效率高，细度容易达到400目，而干磨细度为200目，再提高细度则产量明显下降。高压成型和高温煅烧能保证熟料体积密度。采用气烧竖窑比回转窑节能60%以上，且由于高温煅烧时间长，产品质量优于回转窑产品，同时气烧竖窑单位产品排尘量少、烟气温度低易于处理。
湿法合成工艺除了具备干法或干、湿混合法等的优点外，它的均化程度最好，Al2O3含量
误差可以稳定在±1%以内，湿法磨细度达到325目以上很容易，两级串联高强电磁湿法除铁可以除掉原料中40%以上氧化铁，再有湿法磨细后物料比表面积大，煅烧温度比干法低30℃～50℃，体积密度高0.1 g/cm3～0.2 g/cm3，湿法生产过程粉尘污染小，劳动条件好，这是其他工艺难以达到的。湿法工艺的不足之处是工艺路线较长，用水量稍大（当规模较大时可以回收），干燥消耗部分热量，较干法生产成本略高一些。由于湿法产品质量高，销售价也高，最终收益也高，从而弥补了不足之处。
综上所述，均化处理对原料的化学组成没有改变，干磨粉料含铁难除，湿磨可除铁。
采用高品位原料与低品位原料配矿，生产预定成分的均质莫来石，有时为了提高Al2O3含量而加入适量工业氧化铝。立足于我国高铝矾土资源基础制备系列矾土基均质料，使大量中、低品位高铝矾土及碎矿得以充分利用，使资源利用率大大提高，丰富了产品品种，提高了高铝矾土熟料质量，因此具有广泛的应用前景，在资源紧缺的今天更具有重要的现实意义。国内一些企业生产了个别牌号的高铝矾土均质料和矾土基莫来石，虽然还没有系列化，但由于质量优于高铝熟料，经济收益明显。
4.5采用湿法工艺生产均质料莫来石预期指标
山西孝义工程（可研）利用铝矾土碎矿，采用湿法生产工艺及湿法除铁试验结果，预期产品质量见表2.
表2
牌号 化学成分（质量分数），％ 体积
密度
g/cm3 显气
孔率
% 吸水
率
% 莫来
石相
%
Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO+MgO K2O+Na2O
GL-70 70~80 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.75 ≤5.0
美国CE公司
莫柯尔70
（Mulcon） 68.8
≥68 1.22 2.82 0.14 0.12 2.88
≥2.80 3.5 87
辰溪M70 70-73 1.1-1.2 ≤2.5 0.4 ≥2.78 ≤4.0 ≥90
晶辉JTM70 ≥70 <1.8 <2.0 <0.8 >2.8 ≤4.0 ≥85
大同硅铝
公司M70 70-73 1.50 3.0 0.30 2.8 3.0 90
预期矾土基
莫来石70 70±1 ≤1.8 ≤2.8 ≤0.40 ≥2.82 ≤4.0 90
5 结合铝氧工业选矿发展均质料莫来石产品
我国的铝土矿绝大部分属于高铝、高硅的一水硬铝石型，80%以上的铝土矿铝硅比（A/S）在5～8之间，山西铝土矿以中等品位(A/S 4-6)矿石为主,A/S大于7的富矿只占总资源储量的12.89%,矿石类型以一水硬铝石铝土矿为主。因此生产氧化铝不能采用经济的拜耳法；只能采用自主开发的碱石灰烧结法和混联联合法生产氧化铝的工艺，其生产能力占全国总生产能力89.6%。这两种生产方法与国外处理高品位铝土矿的常规拜耳法比较，工艺流程长，建设投资大，生产能耗高，使生产成本居高不下。随着我国铝土矿品位的逐步下降，现有的混联法的技术经济指标将逐步恶化，制造成本将相应提高。
因此，铝氧工业也必须搞选矿。如中铝中州分公司选矿脱硅生产线2003年11月投产，目前选矿生产线处理原矿（A/S为5.5）规模已达到100-140万t/a，选出精矿Al2O3回收率85%左右，A/S为10-12%，尾矿产率为20%左右，尾矿无法利用，堆积成灾。
浮选Ⅱ级矿石（匀化配矿），选出大量的精矿A/S≈8，可以满足铝氧生产的需求，而尾矿正合适供耐火材料工业生产莫来石。阳煤集团为实施煤—电—铝战略，为氧化铝项目提高原料保障，同时也发展“非煤”产业，为耐火材料行业提供品质均匀，性能稳定的高档耐火原料，对建设铝土矿选矿项目进行反复调研论证，在阳泉铝矾土矿前期选矿工作基础上，结合铝氧工业的发展要求，提出：利用阳泉地区低品级混级矿石和废弃的粉矿（Al2O3>55～60%）选矿分级，选矿产品重点保障氧化铝生产（精矿Al2O3 70%，A/S>8），又兼顾耐火材料发展需求（尾矿Al2O3>63%，生产莫来石），2008年9月选矿试验已委托北京矿冶院进行。即将获得阶段成果。
6 结束语
原国家高铝耐火生产基地阳泉铝矾土矿、渑池和贵阳煅烧厂历经30余年的开采、生产和技术开发，经历了国家从计划经济向市场经济深刻的变革，对我国高铝原料的供应做出贡献，近年来，国内开始重视均质料的合成和生产，进行了许多实践，留下了宝贵的经验。
1） 建设若干大型原料基地，因地制宜开采利用资源
有关部门在制定工业发展规划时，应预留耐火级高铝矾土矿山。至少对现有重点高铝熟料厂已有的高铝矾土矿给予保留。鉴于矿山建设薄弱，应加强地质勘探。我国高铝矾土矿虽储量丰富，但各地区自然生成状况及矿石结构差异很大，应分级开采、分级煅烧高铝熟料。对于可以机械分级开采的矿山，采用块料煅烧，毕竟分级开采煅烧块料工艺简单，生产成本低，也可以满足不同层次高铝制品的要求。
2） 大力发展均质料莫来石系列产品
发展高铝矾土均质料生产莫来石系列产品已逐渐成为行业的“共识”，鼓励进行高铝矾土
均质料生产工艺技术开发，但要避免一哄而上。各地应根据项目的产品规模、原料条件、装备水平和产品质量等因素，合理选择均质料生产工艺路线。建议5万t以上均质料生产线优先考虑湿法工艺路线。
3） 选择有条件企业上浮选提纯
浮选工艺提高原料品位固然是利用低品位原料的好方法，但增加了基建投资和生产运行
成本。采用浮选工艺关键是经济上可行。因此可以为行业建设浮选中试厂，利用积存的低价铝矾土混级粉矿，作浮选示范。同时应尽可能利用铝氧工业发展浮选矿石的时机，合理选择选矿方案，充分利用其尾矿。选择有条件企业上浮选，实现铝氧工业与耐火工业双赢是可能的。
参考资料
1] 钟香崇•••• 《我国高铝矾土创新发展的战略思考》阳泉“中国（荫营）耐火产业创新发展论坛”2008.10
2] 孙洪巍•••••• 《矾土基莫来石及均质料的发展思路》 •郑州大学•2008.10.27
3] 《高铝矾土基莫来石合成耐火材料工艺路线之比较》•北方窑业工程有限公司2009.04.11
魏 同 吴运广 2009.05.06
中冶焦耐工程技术有限公司 114002
摘要 文章通过介绍我国高铝矾土加工特点，为解决高铝资源供需矛盾，提高高铝原料质量，提出了我国高铝矾土的发展方向应该是均化与提纯，并重点介绍了矾土基均质料工艺路线。
关键词：耐火原料、高铝矾土、熟料、莫来石、均化、均质料、浮选
前言：
我国高铝矾土矿储量丰富，为世界上储量最多的国家之一，主要分布在山西、河南、贵州等省。截至2003年底，我国已探明高铝矾土储量为23.4亿t。我国丰富的高铝矾土、菱镁矿和石墨等耐火原料资源，在世界耐火材料市场占有举足轻重的地位，是我国耐火材料工业发展的基础，也是世界耐火材料市场向中国转移最为重要的原因。建国以来，国家先后在原山西阳泉高铝矾土矿、贵州贵阳耐火材料厂、河南渑池煅烧厂依托当地铝土矿资源，建立了高铝耐火原料生产基地，积累了高铝熟料生产的丰富经验和教训。改革开放以来，民营企业的迅猛发展，基本上满足了国内外市场对高铝熟料数量的要求，但目前仍以煅烧天然块料为主，品种单一，质量波动大，资源利用差，能耗高，污染严重。
目前我国约有65%耐火材料属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65％左右以高铝矾土为原料1]。因此重视耐火原料的研究，在采取均化、提纯等技术路线，使天然原料的品位、质量发生质的提升同时，不仅提高了原料附加值，还为研发大量的优质合成新材料，为耐火制品的研发打下坚实的基础早已摆上日程，现在则更为紧迫。近年来随着氧化铝生产企业的高速发展，且氧化铝产品链条长附加值远大于高铝熟料，致使我国铝土矿资源日趋匮乏，尤其高铝富矿供给矛盾突出。因此在保障重点氧化铝企业资源配置，促进铝工业健康发展的前提下，通过铝土矿选矿，调整产品结构，提高综合利用水平，兼顾耐火高铝原料的需求，也不失为铝土矿资源合理开发的途径。
1 我国高铝原料的加工要求
铝矾土矿石的分级和有害杂质的去除（如Fe2O3、K2O、Na2O、CaO等），对耐火材料品种、质量关系重大。根据高铝制品不同用途，对高铝矾土熟料质量提出了不同要求。按行业标准YB/T5179-2005高铝矾土熟料不同品级的Al2O3含量从50％～90％之间，共划分为9个牌号，其理化指标要求如表1：
表1
代号 化学成分（质量分数），％ 体积密度
g/cm3 吸水率
％
Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO+MgO K2O+Na2O
GL-90 ≥89.5 ≤1.5 ≤4.0 ≤0.35 ≤0.35 ≥3.35 ≤2.5
GL-88A ≥87.5 ≤1.6 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.20 ≤3.0
GL-88B ≥87.5 ≤2.0 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.25 ≤3.0
GL-85A ≥85 ≤1.8 ≤4.0 ≤0.4 ≤0.4 ≥3.10 ≤3.0
GL-85B ≥85 ≤2.0 ≤4.5 ≤0.4 ≤0.4 ≥2.90 ≤5.0
GL-80 >80 ≤2.0 ≤4.0 ≤0.5 ≤0.5 ≥2.90 ≤5.0
GL-70 70~80 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.75 ≤5.0
GL-60 60~70 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.65 ≤5.0
GL-50 50~60 ≤2.5 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.55 ≤5.0
为了达到高铝矾土熟料不同品级要求，则要求矿山实施分级开采，不许混级，以控制Al2O3含量在某一品牌规定的范围内，目的是使化学成分和矿物组成达到稳定，这是制造优质高铝制品的前提条件。国外许多厂家还要求熟料中的Al2O3含量波动范围在1％～2％，我国的矾土熟料从未达到过，往往高达5％～10％，制约了我国高铝耐火材料制品质量的提高，是我国高铝炉衬使用寿命不高的原因之一。大量加工不精（主要指混级、杂质分布不匀、化学成分和矿物组成不稳定和烧结不良等）的耐火级高铝矾土熟料进入国外矾土市场，在客观上也促成了高铝矾土储量仅1.5亿t的南美圭亚那却在国际市场上长期处于垄断地位，相同牌号的熟料售价比我国高30％以上。
2 资源利用率低及高铝资源供需矛盾显现
近年来，我国平均每年消耗优质高铝矾土1亿t左右，其中铝工业8000万t，耐火材料1500万t（含电熔料、高铝水泥等），陶瓷及其它工业500万t。
目前国内耐火级铝矾土矿石大都是人工选矿，规模小，矿石开采中有20％～30％碎矿以及遗弃低品位矿石，资源利用率很低：
1） 各地取缔燃煤倒焰窑和土竖窑后，目前煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和燃煤粉回转窑为主，近两年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型只能烧块料，回转窑煅烧大于5mm块料，倒焰窑和竖炉煅烧大于40mm块料，碎矿没有利用；
2） 1982年以后，随着国内外市场销售情况的变化，特级、Ⅰ级熟料供不应求，Ⅱ、Ⅲ级熟料滞销，矿山普遍存在采富弃贫现象。根据统计，阳泉地区高铝矾土地质储量中特级、Ⅰ级仅占总储量的20.98%，Ⅱ级占52.49%；贵阳清镇麦格高铝矿特级、Ⅰ级可占总储量的30.16％，Ⅱ级占63.26％。在特级、Ⅰ级熟料热销的情况下，Ⅱ级以下矿石利用率很低。
3） 矿石相当程度的混级，致使块料煅烧高铝矾土熟料质量波动，部分严重混级矿被遗弃。
每生产1t合格料大致要消耗4t～5t地质储量，资源利用率仅20％～30％。经过30多年无序开采和不当利用，致使高铝矾土资源供需矛盾突出，山西阳泉等地铝矾土原料开采高峰期已过，河南、山东某些地区出现矾土资源供应紧张局面。现在河南的耐火材料企业所用的Al2O3>80%矾土熟料的主要依靠山西供应，价格上扬但品位降低。随着全国新建、在建氧化铝项目逐步投产，铝土矿资源激烈争夺，已成为近来行业间关系的显著特征。在“调整与优化产品结构”的影响下，铝矾土分级供应耐火材料行业和铝业的传统观念已难以实现。山西省政府编制的“山西省铝土矿资源开发利用规划(2006-2020年)”明确提出：调整和优化氧化铝、高铝熟料、耐火材料产品结构，关系到山西铝工业的可持续发展。在发展壮大铝工业的同时,逐步压缩高铝熟料、耐火材料的生产规模，不再批准新建(扩建)高铝熟料、耐火材料矿山，鼓励已有粘土矿山向氧化铝企业销售矿石。
3 高铝矾土熟料的发展方向
目前我国约有65%耐火材料属于Al2O3-SiO2系产品，其中的65％左右以高铝矾土为原料，两个65％就决定了高铝矾土的重要性。
回顾我国高铝熟料生产技术发展与实践，立足我国高铝矾土资源和开采加工，高铝矾土均质化的必要性已毋庸置疑。当前，面临我国高铝资源倾向于铝氧工业，耐火级高铝矾土供应日益紧缺，将制约耐火行业发展。由此迫切需要改变资源的不合理开采使用。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量中低品位高铝矾土、混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均质料（Al2O3含量50％～90％），重点是莫来石均质料（Al2O3含量45％～75％），有条件的企业上浮选提纯，使我国高铝矾土资源利用率从现在～20％提高到80％以上，实现可持续发展。均质料系列化产品促进了高铝矾土熟料质量、性能和附加值升级，改变工艺采用先进的工艺装备才可以实现节能减排。生产均质料可以实现高铝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，发展高铝矾土均质料和浮选提纯，具有重要的现实意义和广阔的应用市场。美、英、日等国早已广泛使用均质料，主要生产公司如美国CE公司和英国ECC公司生产莫来石历史悠久，我国终于跟上世界发展潮流。
上世纪六十年代末，在阳泉铝矾土矿煅烧车间1＃生产线设计建设时已采用半干法成球盘成球生产均质料，由于当时装备技术滞后使产品未能过关。我国高铝均质料研究工作始于上世纪七十年代的阳泉工程，“八五”正式列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和企业规模生产基础。近来一些学者的实验室数据证明了矾土基莫来石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2]。从理论上支持了多年来我国高铝矾土发展均质料的思路和决心。总结经验教训，完善试验工作，正确选择均质料工艺路线，大力发展高铝均质料在技术上是可行的。
4 生产高铝均质料工艺路线
4.1 干法（半干法）和湿法生产工艺流程
1）干法（半干法）生产工艺流程 2）湿法生产工艺流程
铝矾土矿分级开采 铝矾土矿分级开采
↓ ↓
矿石分级 矿石分级
↓ ↓
检化验 检化验
↓ ↓
分级入库 分级入库
↓ ↓
配料 配料
↓ ↓
干法磨细 湿法磨细
↓ ↓
除铁 泥浆池
↓ ↓
均化库均化及成份控制调配 除铁
↓ ↓ ↓
造粒 挤泥 泥浆池均化及成份控制调配
↓ ↓ ↓ ↓
压球 切段 喷雾造粒 压滤
↓ ↓ ↓ ↓
干燥 干燥 ↓ 真空挤泥
↓ ↓ ↓ ↓
烧结 烧结 压球（坯） 切段
↓ ↓ ↓ ↓
高铝矾土熟料按级入库 干燥 干燥
↓ ↓
烧结 烧结
↓ ↓
高铝矾土熟料按级入库
4.2干法（半干法）生产工艺特点
干法（半干法）工艺流程短，要求场地面积小，投资略少。但干磨难以磨细，不利于烧结，干粉除铁困难，加工过程产尘量大，劳动条件较差，环保投资高。GL-90熟料密度较难达到3.4g/cm3。
4.3湿法生产工艺特点
湿法生产工艺流程线较长，占地面积大，投资稍高。湿磨效率高，物料细度高有利于烧结，均化和除铁效果好，湿法部分不产尘，劳动条件好，GL-90熟料密度在3.5 g/cm3～3.6g/cm3。但用水稍多，干燥热耗高。
4.4 国内典型的高铝均质料工艺路线
高铝均质料生产始于国外，国内近年来发展很快，但规模小和工艺装备较差，工艺路线各不相同。现分述如下。
1） 原阳泉铝矾土矿半干法生产工艺，特点是利用混级碎矿筒磨机磨细，粉料在搅拌库用压缩空气均化，成球盘半干法成球，入重油回转窑煅烧莫来石料，Al2O3波动范围1％～2％。迈出了高铝矾土均质料的第一步。
2） 湖南辰溪等地的湿法工艺，先选出矿石中块状黄铁矿，连续式振动磨湿法细磨，湿法除铁，泥浆均化，压滤，真空挤泥条，切段，干燥，重油回转窑高温煅烧，生产M60、M70（企业标准）全天然莫来石。大同硅铝耐火材料有限公司也采用湿法工艺，用低灰分高熔点灰分煤粉回转窑煅烧。相似工艺的工厂分布于内蒙、山西等省份。此工艺中连续磨不适应硬度变化大的原料，使下料不匀，加水量不准。需要较大均化池，压滤不易，劳动强度大，干燥强度大，有时泥条成型性差。
3） 美国CE公司贵州生产线，采用当地精选高纯生矿细磨均化，挤坯，倒焰窑煅烧生产特级料，售价是同类产品的两倍多。因直接燃煤需要彻底治理。其产品理化指标为Al2O389.5％，Ti2O 4.0％，R2O 0.4％, Fe2O3 1.7％,熟料体积密度3.4 g/cm3。
4） 某公司的干、湿法混合工艺路线：先干法，原矿雷蒙磨细磨，配料，入浆池强制搅拌（水分35％）后除铁，压滤，真空挤泥成空心砖坯，隧道干燥，天然气隧道窑烧成，生产合成莫来石，堇青石莫来石原料。还有的公司采用原矿雷蒙磨细磨，配料，加湿磨的泥浆，双轴搅拌（水分13％～16％），真空挤泥成空心砖坯，隧道干燥，燃气隧道窑烧成，生产莫来石均质原料。
5） 某铝矾土煅烧厂曾生产矾土基莫来石多年，采用传统干法合成路线，干法细磨，轮碾半干法造粒（水分5％～8％），高压压球机压球，重油回转窑（Φ2.0×40m）煅烧。该产品Al2O3 72±2％，体积密度＞2.8 g/cm3，莫来石矿相＞95％，刚玉相微量，玻璃相2％。多年生产表明，煅烧矾土基莫来石均质料，回转窑不结圈，窑的年运行率＞82％，出窑料球的完整率＞80％，压球料可以满足回转窑高温煅烧要求。郑州东方均质公司使用了燃气竖炉煅烧。
6） 陶瓷行业成熟的中、高铝球生产工艺，中铝球铝含量68％～70％，高铝球铝含量90
％～92％，工艺路线为：原料中碎，自动配料，球磨机加水湿法磨细，高强电磁除铁（可串联2－3级），喷雾干燥，液压机成型（坯或球），隧道窑或梭式窑烧成。广东佛山、山东、河南等地建有多条中铝球生产线，一般中铝球体积密度2.8 g/cm3～2.9g/cm3，高铝球体积密度3.5 g/cm3～3.6g/cm3 3]。
高铝均质料工艺路线可以采用原料予均化，干法或湿法细磨，湿磨后的除铁、干燥或过
滤脱水，高压压球、坯或真空挤泥，气烧竖窑或隧道窑煅烧熟料。
借鉴水泥、陶瓷等行业的成功经验，优化均质料生产工艺路线，以保证产品质量，符合
理化指标和岩相的要求，可以通过多次均化，预期Al2O3成分波动可控制在±1%以下。湿法细磨效率高，细度容易达到400目，而干磨细度为200目，再提高细度则产量明显下降。高压成型和高温煅烧能保证熟料体积密度。采用气烧竖窑比回转窑节能60%以上，且由于高温煅烧时间长，产品质量优于回转窑产品，同时气烧竖窑单位产品排尘量少、烟气温度低易于处理。
湿法合成工艺除了具备干法或干、湿混合法等的优点外，它的均化程度最好，Al2O3含量
误差可以稳定在±1%以内，湿法磨细度达到325目以上很容易，两级串联高强电磁湿法除铁可以除掉原料中40%以上氧化铁，再有湿法磨细后物料比表面积大，煅烧温度比干法低30℃～50℃，体积密度高0.1 g/cm3～0.2 g/cm3，湿法生产过程粉尘污染小，劳动条件好，这是其他工艺难以达到的。湿法工艺的不足之处是工艺路线较长，用水量稍大（当规模较大时可以回收），干燥消耗部分热量，较干法生产成本略高一些。由于湿法产品质量高，销售价也高，最终收益也高，从而弥补了不足之处。
综上所述，均化处理对原料的化学组成没有改变，干磨粉料含铁难除，湿磨可除铁。
采用高品位原料与低品位原料配矿，生产预定成分的均质莫来石，有时为了提高Al2O3含量而加入适量工业氧化铝。立足于我国高铝矾土资源基础制备系列矾土基均质料，使大量中、低品位高铝矾土及碎矿得以充分利用，使资源利用率大大提高，丰富了产品品种，提高了高铝矾土熟料质量，因此具有广泛的应用前景，在资源紧缺的今天更具有重要的现实意义。国内一些企业生产了个别牌号的高铝矾土均质料和矾土基莫来石，虽然还没有系列化，但由于质量优于高铝熟料，经济收益明显。
4.5采用湿法工艺生产均质料莫来石预期指标
山西孝义工程（可研）利用铝矾土碎矿，采用湿法生产工艺及湿法除铁试验结果，预期产品质量见表2.
表2
牌号 化学成分（质量分数），％ 体积
密度
g/cm3 显气
孔率
% 吸水
率
% 莫来
石相
%
Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO+MgO K2O+Na2O
GL-70 70~80 ≤2.0 _ ≤0.6 ≤0.6 ≥2.75 ≤5.0
美国CE公司
莫柯尔70
（Mulcon） 68.8
≥68 1.22 2.82 0.14 0.12 2.88
≥2.80 3.5 87
辰溪M70 70-73 1.1-1.2 ≤2.5 0.4 ≥2.78 ≤4.0 ≥90
晶辉JTM70 ≥70 <1.8 <2.0 <0.8 >2.8 ≤4.0 ≥85
大同硅铝
公司M70 70-73 1.50 3.0 0.30 2.8 3.0 90
预期矾土基
莫来石70 70±1 ≤1.8 ≤2.8 ≤0.40 ≥2.82 ≤4.0 90
5 结合铝氧工业选矿发展均质料莫来石产品
我国的铝土矿绝大部分属于高铝、高硅的一水硬铝石型，80%以上的铝土矿铝硅比（A/S）在5～8之间，山西铝土矿以中等品位(A/S 4-6)矿石为主,A/S大于7的富矿只占总资源储量的12.89%,矿石类型以一水硬铝石铝土矿为主。因此生产氧化铝不能采用经济的拜耳法；只能采用自主开发的碱石灰烧结法和混联联合法生产氧化铝的工艺，其生产能力占全国总生产能力89.6%。这两种生产方法与国外处理高品位铝土矿的常规拜耳法比较，工艺流程长，建设投资大，生产能耗高，使生产成本居高不下。随着我国铝土矿品位的逐步下降，现有的混联法的技术经济指标将逐步恶化，制造成本将相应提高。
因此，铝氧工业也必须搞选矿。如中铝中州分公司选矿脱硅生产线2003年11月投产，目前选矿生产线处理原矿（A/S为5.5）规模已达到100-140万t/a，选出精矿Al2O3回收率85%左右，A/S为10-12%，尾矿产率为20%左右，尾矿无法利用，堆积成灾。
浮选Ⅱ级矿石（匀化配矿），选出大量的精矿A/S≈8，可以满足铝氧生产的需求，而尾矿正合适供耐火材料工业生产莫来石。阳煤集团为实施煤—电—铝战略，为氧化铝项目提高原料保障，同时也发展“非煤”产业，为耐火材料行业提供品质均匀，性能稳定的高档耐火原料，对建设铝土矿选矿项目进行反复调研论证，在阳泉铝矾土矿前期选矿工作基础上，结合铝氧工业的发展要求，提出：利用阳泉地区低品级混级矿石和废弃的粉矿（Al2O3>55～60%）选矿分级，选矿产品重点保障氧化铝生产（精矿Al2O3 70%，A/S>8），又兼顾耐火材料发展需求（尾矿Al2O3>63%，生产莫来石），2008年9月选矿试验已委托北京矿冶院进行。即将获得阶段成果。
6 结束语
原国家高铝耐火生产基地阳泉铝矾土矿、渑池和贵阳煅烧厂历经30余年的开采、生产和技术开发，经历了国家从计划经济向市场经济深刻的变革，对我国高铝原料的供应做出贡献，近年来，国内开始重视均质料的合成和生产，进行了许多实践，留下了宝贵的经验。
1） 建设若干大型原料基地，因地制宜开采利用资源
有关部门在制定工业发展规划时，应预留耐火级高铝矾土矿山。至少对现有重点高铝熟料厂已有的高铝矾土矿给予保留。鉴于矿山建设薄弱，应加强地质勘探。我国高铝矾土矿虽储量丰富，但各地区自然生成状况及矿石结构差异很大，应分级开采、分级煅烧高铝熟料。对于可以机械分级开采的矿山，采用块料煅烧，毕竟分级开采煅烧块料工艺简单，生产成本低，也可以满足不同层次高铝制品的要求。
2） 大力发展均质料莫来石系列产品
发展高铝矾土均质料生产莫来石系列产品已逐渐成为行业的“共识”，鼓励进行高铝矾土
均质料生产工艺技术开发，但要避免一哄而上。各地应根据项目的产品规模、原料条件、装备水平和产品质量等因素，合理选择均质料生产工艺路线。建议5万t以上均质料生产线优先考虑湿法工艺路线。
3） 选择有条件企业上浮选提纯
浮选工艺提高原料品位固然是利用低品位原料的好方法，但增加了基建投资和生产运行
成本。采用浮选工艺关键是经济上可行。因此可以为行业建设浮选中试厂，利用积存的低价铝矾土混级粉矿，作浮选示范。同时应尽可能利用铝氧工业发展浮选矿石的时机，合理选择选矿方案，充分利用其尾矿。选择有条件企业上浮选，实现铝氧工业与耐火工业双赢是可能的。
参考资料
1] 钟香崇•••• 《我国高铝矾土创新发展的战略思考》阳泉“中国（荫营）耐火产业创新发展论坛”2008.10
2] 孙洪巍•••••• 《矾土基莫来石及均质料的发展思路》 •郑州大学•2008.10.27
3] 《高铝矾土基莫来石合成耐火材料工艺路线之比较》•北方窑业工程有限公司2009.04.11 |
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