白英偉

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550081）

拜耳法氧化鋁廠是利用鋁土礦，采用拜耳法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)氧化鋁的工廠，在拜耳法氧化鋁廠中礦石粒度選擇是否合適對(duì)鋁土礦溶出及沉降性能有較大影響，如何經(jīng)濟(jì)地磨到合格的粒度則需要通過(guò)磨礦工藝的對(duì)比來(lái)確定。

1 拜耳法簡(jiǎn)介

拜耳法的主要生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 拜耳法主要生產(chǎn)工藝流程圖

鋁土礦經(jīng)磨礦設(shè)備磨制到合格粒度后，根據(jù)礦石的類(lèi)型配入適當(dāng)?shù)膲A，然后在溶出裝置中被加熱到設(shè)定的溫度，礦石中的氧化鋁與堿反應(yīng)生產(chǎn)鋁酸鈉，從而進(jìn)入到溶液中，然后溶出礦漿經(jīng)加入赤泥洗液稀釋?zhuān)俳?jīng)赤泥分離得到粗液及赤泥，赤泥經(jīng)壓濾后外排，粗液經(jīng)控制過(guò)濾后添加晶種進(jìn)行分解，分解料漿經(jīng)水平盤(pán)式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾分離后得到氫氧化鋁和母液，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到產(chǎn)品氧化鋁，母液經(jīng)蒸發(fā)系統(tǒng)去除多余的水后，再補(bǔ)入適當(dāng)?shù)膲A后被送去進(jìn)行下一個(gè)拜耳循環(huán)。

1.1 磨礦工序在拜耳法中的地位

影響溶出過(guò)程的主要因素是溶出溫度、攪拌強(qiáng)度、循環(huán)母液堿濃度、溶出時(shí)間、礦石磨細(xì)程度六方面。對(duì)于某種礦石，當(dāng)其他條件一定時(shí)，磨礦粒度越細(xì)小，其表面積就越大，礦石與溶液接觸的面積就越大，即反應(yīng)的面積增大，在其他溶出條件相同時(shí)，溶出速率就會(huì)提升。另外，礦石的磨細(xì)加工會(huì)使原來(lái)被雜質(zhì)包裹的氧化鋁水合物暴露出來(lái)，增加氧化鋁的溶出率。當(dāng)然，礦石的磨細(xì)程度應(yīng)有合理的設(shè)定值，磨得過(guò)細(xì)，不僅會(huì)增加無(wú)謂的功率消耗，而且可能造成赤泥粒度過(guò)細(xì)，從而導(dǎo)致赤泥分離洗滌困難[1]。

2 拜耳法氧化鋁廠的主要磨礦工藝

目前，內(nèi)外拜耳法氧化鋁廠的主要磨礦工藝有單段球磨、兩段磨（即棒磨加球磨）、高壓輥磨加球磨等方式，除以上幾種磨礦工藝外，在礦山廣泛使用的半自磨磨礦工藝也在國(guó)外部分三水鋁石氧化鋁廠得到了應(yīng)用。

2.1 單段球磨

單段球磨磨礦工藝，即鋁土礦經(jīng)單段球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，球磨機(jī)出來(lái)的礦漿經(jīng)水力旋流器或振動(dòng)篩（也可以采用弧形篩）進(jìn)行分級(jí)，水旋器溢流或振動(dòng)篩（弧形篩）篩下物即為合格礦漿，篩上物為不合格礦，通過(guò)母液沖刷返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制。

對(duì)于三水鋁石型鋁土礦，由于其溶出性能通常較好，因此，礦粒度通常較粗（典型的磨礦粒度為P100≤1000μm，P80≤815μm），邦德球磨功指數(shù)也通常較小，對(duì)于到廠礦石粒度較?。ㄍǔ？紤]100%≤15mm）的氧化鋁廠，單段球磨方式較為適合。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的球磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過(guò)試驗(yàn)確定礦石的邦德球磨功指數(shù)（BWi），同時(shí)還需進(jìn)行類(lèi)似礦石的對(duì)比可磨性試驗(yàn)。

這種磨礦方式在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)三水鋁石氧化鋁廠得到了廣泛應(yīng)用，如澳大利亞的雅文氧化鋁廠、巴西的ABC氧化鋁廠、魏橋的印尼氧化鋁廠（WHW）。

2.2 兩段磨

兩段磨磨礦工藝，即鋁土礦先經(jīng)棒磨進(jìn)行粗磨后，全部礦漿送入球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，球磨機(jī)出來(lái)的礦漿經(jīng)水力旋流器進(jìn)行分級(jí)，水旋器溢流或振動(dòng)篩篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制，這種方式通常也被稱(chēng)為“一段棒磨開(kāi)路，二段球磨閉路，加水力旋流分級(jí)的磨礦工藝”。

對(duì)于一水硬鋁石型鋁土礦，由于其溶出性能遠(yuǎn)較三水鋁石為差，因此，求的磨礦粒度（典型的磨礦粒度為P100≤315μm，P80≤63μm）也較三水鋁石為細(xì)，采用單段球磨一次將鋁土礦磨制到合格粒度，不僅功耗較高，而且容易出現(xiàn)過(guò)磨的現(xiàn)象，因此，兩段磨的一段粗磨，一段細(xì)磨的方式更加適合。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的棒磨機(jī)與球磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過(guò)試驗(yàn)確定礦石的邦德棒磨功指數(shù)（RWi）、邦德球磨功指數(shù)（BWi），同時(shí)還需進(jìn)行類(lèi)似礦石的對(duì)比可磨性試驗(yàn)。

這種磨礦方式在中國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，中國(guó)約80%的拜耳法氧化鋁廠都是采用這種磨礦工藝，如中鋁廣西分公司一二三期工程、桂西華銀氧化鋁廠、貴州遵義氧化鋁廠、山東信發(fā)氧化鋁廠、廣西田東氧化鋁廠等。

2.3 高壓輥磨加球磨

高壓輥磨加球磨的磨礦工藝，即鋁土礦先經(jīng)高壓輥磨進(jìn)行粗磨后，通過(guò)皮帶送入球磨，配入適量的循環(huán)母液后，在球磨機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨，球磨機(jī)出來(lái)的礦漿經(jīng)水力旋流器或振動(dòng)篩（也可以采用弧形篩）進(jìn)行分級(jí)，水旋器溢流或篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制。這種磨礦方式與兩段磨磨礦工藝類(lèi)似，不同的是以高壓輥磨機(jī)代替了棒磨機(jī)，依據(jù)“多破少磨”的原則，降低了磨礦的功率消耗。

這種磨礦方式在中國(guó)部分氧化鋁廠得到了應(yīng)用，如中鋁廣西分公司提產(chǎn)改造48萬(wàn)噸項(xiàng)目、貴州華錦氧化鋁廠、山西華興氧化鋁廠、山西復(fù)晟氧化鋁廠。

但通過(guò)對(duì)以上企業(yè)使用情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北方氧化鋁廠由于礦石含水含泥較低，較為適合使用這種方式進(jìn)行磨礦，但南方的氧化鋁廠由于礦石通常含水或含泥較高，在使用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行磨礦時(shí)，鋁土礦會(huì)附著在輥面上，嚴(yán)重影響輥磨機(jī)的正常運(yùn)行，且容易造成輥磨機(jī)下料口堵塞，也就是說(shuō)南方的氧化鋁廠在進(jìn)廠的鋁土礦含水含泥較高的情況下不適合采用這種磨礦方式。

2.4 半自磨機(jī)

半自磨機(jī)，顧名思義，也就是將鋁土礦也作為磨礦介質(zhì)使用，即用部分大粒徑的鋁土礦代替鋼球，采用礦石磨礦石的方式來(lái)進(jìn)行磨礦。半自磨機(jī)出來(lái)的礦石同樣也需采用水力旋流器或振動(dòng)篩進(jìn)行分級(jí)，水旋器溢流或振動(dòng)篩篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回磨機(jī)繼續(xù)磨制。

由于半自磨機(jī)的特殊性，即入磨粒度較大（通常允許的入磨磨礦石粒度為P100≤300mm），因此，如果采用半自磨機(jī)進(jìn)行磨礦，就可以取消礦石的粗碎（將鋁土礦由300mm破到80mm）及中碎工序（將鋁土礦由80mm破到15mm），且由于是采用鋁土礦代替鋼球作為磨礦介質(zhì)，磨礦的單位功耗也明顯下降，因此，考察將礦石由300mm破磨到合格粒度（P100≤1000μm）整個(gè)過(guò)程的功率消耗，這種破磨方式較一段粗碎、一段細(xì)碎、一段球磨這種方式總的能耗節(jié)約近20%。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的半自磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過(guò)試驗(yàn)確定JK落重試驗(yàn)、半自磨機(jī)粉碎試驗(yàn)、邦德棒磨功指數(shù)（RWi）、邦德球磨功指數(shù)（BWi）、邦德金屬磨損指數(shù)（Ai）。

這種磨礦方式在國(guó)外部分氧化鋁廠，如美鋁旗下的多家氧化鋁廠及2014年在沙特阿拉伯新建的maaden等氧化鋁廠使用。但目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有氧化鋁企業(yè)采用這種磨礦方式。隨著國(guó)內(nèi)鋁土礦品位的逐步下降及鋁土礦資源的逐漸枯竭，國(guó)內(nèi)多家氧化鋁企業(yè)將采用進(jìn)口三水鋁石作為礦石來(lái)源，這種方式所占權(quán)重也將越來(lái)越大。

3 磨礦工藝比較

3.1 假設(shè)條件

為便于比較，特做如下假設(shè)。

礦石類(lèi)型：三水鋁石；礦石質(zhì)量流量：700t/h；到廠礦石粒度：100%≤200mm；礦石的邦德功指數(shù)：14kwh；球磨機(jī)入礦粒度：F100≤15mm；合格礦石粒度：P100≤ 1000μm。

3.2 磨礦工藝選擇原則與方案

磨礦工藝選擇的主要原則有三個(gè)：滿(mǎn)足工藝要求；建設(shè)投資低；運(yùn)行成本低。

考慮到礦石類(lèi)型為三水鋁石，且合格礦石粒度為P100＜1000μm，因此，暫不考慮兩段磨方案；但由于到廠礦石粒度較粗（P100＜200mm），單段球磨顯然不能滿(mǎn)足，單段破碎加單段球磨方式由于破碎比過(guò)高也存在問(wèn)題，因此，球磨機(jī)方案考慮與兩段破碎結(jié)合設(shè)置。結(jié)合磨礦工藝，可選的磨礦方案有如下三種。

方案一：一段粗碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至50mm）、一段細(xì)碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從50mm破碎至15mm）再加單段球磨（將礦石粒度從15mm破碎至1mm）。

方案二：一段粗碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至50mm）、一段細(xì)碎（采用高壓輥磨機(jī)將礦石粒度從50mm破碎至15mm）再加單段球磨（將礦石粒度從15mm破碎至1mm）。

方案三：采用半自磨機(jī)（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至1mm）。

3.3 建設(shè)投資及運(yùn)行成本

3.3.1 方案一

表1 設(shè)備投資

表2 土建投資

總投資及勞動(dòng)定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約719萬(wàn)元，電氣及其他投資約為800萬(wàn)元，總投資約為7655萬(wàn)元，總裝機(jī)功率為11995kW，額定功率為8865kW。破碎車(chē)間勞動(dòng)定員（含中碎及細(xì)碎）約15人。

3.3.2 方案二

表3 設(shè)備投資

總投資及勞動(dòng)定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約777萬(wàn)元，電氣及其他投資約為800萬(wàn)元，總投資約為7712萬(wàn)元，總裝機(jī)功率為14102kW，額定功率為10972kW。破碎車(chē)間勞動(dòng)定員（含中碎及細(xì)碎）約12人。

3.3.3 方案三

總投資及勞動(dòng)定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約1129萬(wàn)元，電氣及其他投資約為500萬(wàn)元，總投資約為9273萬(wàn)元，總裝機(jī)功率為10590kW，額定功率為7060kW。勞動(dòng)定員無(wú)（無(wú)破碎車(chē)間）。

表4 土建投資

表5 設(shè)備投資

表6 土建投資

3.3.4 綜合對(duì)比表

表7 建設(shè)投資

3.3.5 結(jié)論

根據(jù)以上對(duì)比可以看出，方案一與方案二相比，總投資相差無(wú)幾，方案一的總電機(jī)功耗小于方案二，勞動(dòng)定員較后者稍多，但細(xì)碎設(shè)備的圓錐破碎機(jī)在此種出礦粒度下實(shí)際上很難滿(mǎn)足要求。就其技術(shù)可行性而言，方案二優(yōu)于方案一。

方案三與方案二相比較，總投資略高，但磨礦總功耗明顯較低，以電價(jià)0.35元/kw·h計(jì)算，方案三較方案二年節(jié)約電費(fèi)=（10972-7060）×8760×0.95×0.35/10000=1140萬(wàn)；且方案三流程簡(jiǎn)單，減少了中碎及細(xì)碎車(chē)間，減少了破碎車(chē)間勞動(dòng)定員，且大大減少了總圖占地。此外，方案二中的細(xì)碎設(shè)備高壓輥磨機(jī)對(duì)礦石含水率、含泥率等也有較高要求。因此，無(wú)論從建設(shè)投資、運(yùn)行成本、總圖占地以及磨礦工藝的包容性等角度分析，方案三均優(yōu)于方案二，即在當(dāng)前的礦石情況下，推薦方案三，即采用半自磨工藝。

4 結(jié)語(yǔ)

成品礦石粒度選擇是否合適對(duì)鋁土礦溶出及沉降性能有較大的影響，通常需要磨到什么粒度可以通過(guò)礦石的加工性能試驗(yàn)來(lái)確定，但怎么經(jīng)濟(jì)地磨到這個(gè)粒度則要通過(guò)詳細(xì)磨礦工藝方案的對(duì)比分析來(lái)確定，由于世界各地鋁土礦破磨性能不盡相同，因此，本文只是通過(guò)一個(gè)具體例子給出個(gè)例的選擇建議，具體各個(gè)項(xiàng)目應(yīng)怎么選擇合適的破磨工藝，還需要根據(jù)具體情況確定。但總體原則是不變的，即首先確定破磨工藝對(duì)鋁土礦工藝性能的適合性，再考慮其建設(shè)投資和運(yùn)行成本，綜合比較后確定。