0 引言

铝土矿（Al₂O₃·mH₂O）是一种以铝的氢氧化物为主要成分的多种矿物（氢氧化物、黏土矿物、氧化物等）的混合体，亦称铝矾土或高铝矾土。铝土矿主要用于氧化铝生产、飞机材料的原料，也大量用于高温耐火材料、高铝水泥、陶瓷材料及人造刚玉等工业部门（郑水林和袁继祖，2005；郑水林， 2013）。中国铝土矿资源主要为古风化壳沉积型铝土矿床，98% 以上为高铝、高硅、低铁、难溶型一水硬铝石，常伴生有硫、碳等其它杂质，部分低品质铝土矿只有在经过选矿处理后才能用于拜耳法溶出生产氧化铝（韩跃新等，2019；尹海鉴，2022）。本文对国内铝土矿资源特征、选矿提质技术现状以及资源开发利用中存在的问题进行综合分析，提出合理的开发利用建议，提出今后研究的重点。

1 中国铝土矿资源现状

1.1 铝土矿资源储量与进口情况

根据美国地质调查局《矿产品摘要 2023》数据显示，2022年世界铝土矿资源量为550～750亿 t，总储量约为 310 亿 t，中国铝土矿储量仅占全球的 2.3%（魏力，2023），远低于几内亚、澳大利亚、越南以及巴西等国家（图1）。根据国家自然资源部 《2022中国矿产资源报告》可知，中国铝土矿矿产储量为 71113.74万 t，主要分布在广西、贵州、河南、山西等省份（图2）。近年来，为了满足氧化铝企业的生产需求，越来越多国内氧化铝企业逐步开始使用进口铝土矿生产氧化铝，导致中国铝土矿进口量逐年攀升，自 2019 年以来，中国铝土矿年进口量均超过1亿 t，主要来自几内亚、澳大利亚、印度尼西亚等国（王京等，2023），自给率不足 40%（图3）。目前，国内已有 10 余家氧化铝生产企业采用进口铝土矿生产氧化铝，随着国内铝土矿资源的日益“贫、细、杂”化和氧化铝企业的快速发展，国内氧化铝行业对进口矿依存度将继续提高。

1.2 中国铝土矿资源的性质及特点

中国铝土矿资源质量偏差，以加工困难、耗能高的沉积型一水硬铝石铝土矿为主，矿石A/S（铝硅比）偏低，铝土矿的外观特征和物理化学特性随着矿物组成和化学成分的不同而有较大的变化。硬度与结构构造也各不相同，有的铝土矿坚硬，有的则松软，同样结构构造也有土状、致密状与豆鲕状之分，颜色也在白色到赭色之间变化，一般含铁高的呈红色，含铁低的呈灰白色或浅黄色。中国铝土矿资源的特点可归纳如下：

（1）基础储量低，贫矿、共生与伴生矿多，富矿少；同时分布高度集中，90% 以上铝土矿资源分布在山西、广西、贵州以及河南等 4 省区（高兰等， 2015）。

（2）主要有沉积型、堆积型一水硬铝石矿床两种类型，其中以沉积型为主，资源储量约占全国铝土矿总量的 82%，分布在铝土矿主要省份及全国大部分地区（李旺兴，2010）。

（3）与国外大型铝土矿床相比，中国的大型矿床只相当于国外的中型或小型矿床（安鹏宇， 2018）。并且适合露采的矿床只占全国总储量的 34%，因矿体薄、采选难度大、矿石品位变化大而导致开采成本高（陈喜峰，2016）。

（4）资源禀赋差，矿石品质不高，主要为溶出能耗高的一水硬铝石型铝士矿，矿石A/S偏低（4～6），硫、铁、硅等杂质含量普遍较高（司建美，2018），这直接导致中国铝土矿资源难以满足氧化铝生产的需求，进而造成国内铝土矿资源对外依存度高的困局。

（5）共（伴）生组分多，国内铝士矿中的主要共生矿产有耐火黏土、石灰岩、铁矿物等，有时还伴生镓、钒、锂、钛、钽、铌及稀士等有价元素（刘玉林和程宏伟，2022），其中镓、锂、钪等可以综合开发利用。

综上所述，国内铝土矿资源保障能力严重不足，铝土矿对外依存度高，资源安全形势严峻。因此，有必要对国内复杂低品质铝土矿进行选矿提质，以满足国内氧化铝企业对铝土矿资源的需求，降低对海外铝土矿的依存度。下面对近年来铝土矿选矿脱硅与选矿脱硫技术研究现状进行综合评述。

2 铝土矿选矿脱硅

科研工作者针对低品位铝土矿选矿脱硅提质技术进行了大量研究，根据脱硅工艺与技术的特点主要可分为物理选矿、化学选矿以及生物选矿脱硅技术。

2.1 物理选矿脱硅工艺

物理选矿脱硅工艺的特点是：在不改变铝土矿所含矿物性质的情况下，除去以硅酸盐为主的含硅脉石矿物，从而实现提高铝土矿品质的目的（杜五星等，2016）。其原则流程如图4。常用的方法有：分级脱硅法、重选脱硅法、浮选脱硅法，其中浮选脱硅法的产业化应用最为广泛。

2.1.1 分级脱硅法

分级脱硅（凌石生等，2006）是根据一水硬铝石型铝土矿中含硅黏土类矿物莫氏硬度小（≤2.5）易粉碎和泥化的特点，将矿石破碎后通过螺旋分级、高频振动筛和水力旋流器以及螺旋溜槽等设备除去细粒级脉石矿物以实现脱硅提高铝土矿矿石A/S和品质的工艺技术。针对含泥量较高的岩溶堆积型铝土矿的 A/S 随着粒度变细逐步降低的情况（黄礼煌，2012），前人研发出了“预选筛分—洗矿—破碎分级抛尾”脱硅工艺（马俊伟等，2011），原矿经该工艺处理后能够获得Al₂O₃含量为64.33%，A/S为15左右的高品质铝精矿。余新阳等（2015）针对难处理含泥量的海外铝土矿，开发了“选择磨矿-分级”工艺，Al₂O₃含量为 52.10%，A/S 为 3.14 的原矿经该工艺处理后获得了 Al₂O₃含量为 65.90%、A/S 为 14.38 的粗粒级精矿，细粒级进行浮选脱硅处理。“选择性磨矿-分级处理”工艺的成功开发即能获得优质铝土矿精矿，达到优异的分选指标，同时能够降低磨矿能耗和脱硅药剂用量，进而提高生产效益。

目前，分级洗矿工艺已经在中铝广西分公司等企业产业化应用，生产运行稳定，为低品位铝土矿的开发利用提供了一种切实可行的工艺路线。

2.1.2 重选脱硅法

中铝郑州有色金属研究院有限公司根据铝土矿中铁矿物、含铝矿物以及含硅矿物比重的差异成功开发出了铝土矿有害杂质源头阻断技术，Al₂O₃含量为 51.78%，A/S 为 4.64，Fe₂O₃含量为 16.48% 的原矿经过重选处理后，可以获得产率为 89.98%、氧化铝含量为 55.18%、铝硅比为 6.19 的铝精矿，有效实现了脱硅除铁的目标，并通过半工业试验验证了技术的可靠性。谢海云等（2018）在对云南昭通某地的一水硬铝石型高硅铝土矿脱硅研究中发现，螺旋溜槽重选对原矿粗磨后单体解离较好的铝土矿有较好的脱硅效果，并成功开发出了“重-浮”联合脱硅技术，经一粗一精重选脱硅处理后，可获得产率为 44.65%、铝硅比为 7.25、氧化铝回收率为 43.83% 的合格粗粒重选铝精矿。

重选脱硅工艺因环保且高效，近年来备受关注，对处理低品位铝土矿脱硅展现出巨大的潜力。

2.1.3 浮选脱硅法

浮选脱硅工艺是当前铝土矿脱硅应用最为广泛的方法之一，根据泡沫产品是否为所需要的目的矿物，浮选脱硅工艺可以分为正浮选和反浮选（田力男等，2015）。李明晓（2022）对铝土矿进行工艺矿物学进行分析后，通过采用硅酸钠为含硅脉石矿物抑制剂，YZ-3 为捕收剂获得了 Al₂O₃ 含量为 57.51%、回收率为 70.22% 的铝精矿，矿石铝硅比由 4.82 提高至 11.02。周杰强等（2022）对重庆某高硫高硅铝土矿进行了浮选脱硅提质试验，采用混合加药的方法，可得到精矿氧化铝含量 62.18%、硫含量 0.11%、氧化铝回收率79.67%的指标，实现同步脱硫脱硅的目标。曹学锋等（2015）针对低品位铝土矿研发了一种油酸的复合增效脱硅药剂，并对河南某低品位一水硬铝石型铝土矿进行了正浮选脱硅试验，铝硅比由 3.14 提高到 8.08，氧化铝回收率达到 76.44%。

十一五以来，中铝郑州有色金属研究院有限公司针对低品位铝土矿正浮选脱硅氧化铝回收率低及磨矿、过滤过程中存在的诸多问题，开展了大量的研究工作。综合了无传动浮选槽、粗粒快速分选工艺技术、粗选尾矿粗粒再磨混选工艺技术集成创新形成了“低品位铝土矿无传动浮选技术”，2014年在山西道尔铝业有限公司实现产业化应用，对铝硅比3.12的原矿，经过浮选后可得到精矿铝硅比6.88、产率62.72%、氧化铝回收率71.44%的指标。

随着铝土矿品位的不断降低，铝土矿浮选脱硅成为了保障氧化铝生产的重要技术手段，目前铝土矿浮选脱硅技术已在河南、山西、山东等地实现产业化推广应用，总产能约为 1175 万 t/a，但铝土矿浮选脱硅回水深度净化技术一直未能得到有效突破，针对铝土矿浮选脱硅回水药剂残留量大、影响浮选指标的问题开展深度净化工艺技术开发将是今后的研究重点。

2.2 化学选矿脱硅工艺

化学法脱硅工艺主要是利用高温焙烧或外添加剂，使矿石中的含硅矿物（高岭石、伊利石以及叶腊石等硅酸盐矿物）发生化学反应分解，分解产物在碱液的作用下优先溶出，从而实现脱硅的目标。基于工艺流程的不同，化学选矿脱硅主要可以分为预焙烧—烧碱溶出法和氢氧化钠直接溶出－分选法（刘水红和方启学，2004；蒋正帅等，2022）。化学选矿法脱硅工艺不仅能够回收铝土矿中存在的氧化铝，还能够回收部分脉石矿物矿物中的氧化铝。但因化学脱硅工艺需使用高浓度的碱液或高温焙烧（邱廷省等，2015），导致成本高、流程复杂、效益低等缺点，现阶段不适合在工业上推广应用。

2.3 生物选矿脱硅技术

生物选矿脱硅是利用某些食硅细菌及其代谢产物与铝土矿发生氧化还原反应，破坏含硅脉石矿物（伊利石、高岭石等）的空间分子结构，将不溶性含硅脉石矿物转变成可溶性硅，从而实现脱硅富铝的目标，此法对处理胶状极细粒铝土矿尤其合适 （周国华等，2000；钟婵娟等，2013）。生物脱硅法是一种具有良好前景的脱硅方法。因其还存在脱硅周期长，菌种的选育比较困难等原因导致其还处于试验研究阶段难以产业化应用。

3 铝土矿选矿脱硫

根据铝土矿石品级标准（GB3497-83），硫含量超过 0.7% 的铝土矿被称为高硫铝土矿。近几十年来，国内外学者针对高硫铝土矿脱硫问题，开展了很多研究工作。目前，高硫铝土矿的选矿工艺主要有浮选脱硫工艺、焙烧脱硫工艺、微生物脱硫工艺、化学氧化脱硫工艺等（张歆等，2023），其中浮选脱硫工艺应用最为广泛且已经用于产业化生产。

3.1 浮选脱硫工艺

含硫矿物在铝土矿中主要存在形式为黄铁矿，浮选脱硫主要目的就是去除铝土矿中的黄铁矿。浮选法脱硫工艺流程相对简单，除硫效率高，氧化铝回收率高，目前已成为处理高硫铝土矿的主流方法。

苏联乌拉尔工学院最先对高硫铝土矿脱硫开展研究（谢琨，1991），针对硫含量为 2% 的铝土矿，采用浮选脱硫工艺进行处理，最终产品的氧化铝回收率99.17%，硫含量低于0.41%。

高硫铝土矿产地不同、含量不同，其浮选脱硫工艺也不尽相同。针对贵州某低硅高硫铝土矿，王振杰等（2020）开展了浮选脱硫试验研究，结果表明，针对硫含量为 1.46% 的原矿，采用“一粗两精两扫”浮选工艺，闭路试验获得产率为 80.23% 的铝精矿，硫含量0.26%，脱硫率达到85.86%。针对河南某中低品位高硫铝土矿，郭鑫等（2022）采用“一粗一精一扫”闭路浮选流程进行浮选脱硫试验研究，铝精矿产率 90.38%，硫含量 0.30%，硫的脱除率为 84.76%。针对山西某高硫铝土矿，陈洪德等（2022） 进行了浮选脱硫试验研究，采用“一粗一精一扫”浮选工艺，闭路试验获得了精矿产率为 89.32%、硫含量 0.29% 的铝精矿，硫含量满足氧化铝生产需求。针对河南某煤系高硫铝土矿，吴国亮等（2019）分别进行了实验室和工业浮选脱硫试验研究，采用“一粗一精一扫”的闭路浮选脱硫工艺，获得了精矿产率为93%、硫含量为0.23%的铝精矿，硫的脱除率达到83.16%。

铝土矿浮选脱硫技术已在河南、重庆、贵州等地实现产业化推广应用，总产能约为500万t/a。

3.2 焙烧脱硫工艺

高硫铝土矿焙烧脱硫工艺主要有常规焙烧脱硫和微波焙烧脱硫两种，常规焙烧采用马弗炉、悬浮炉、沸腾炉及流化床等焙烧设备进行加热焙烧； 微波焙烧则是利用微波能量直接对高硫铝土矿进行加热。

在高硫铝土矿常规焙烧脱硫方面，刘喜军等 （2017）采用悬浮态焙烧装置研究了高硫铝土矿焙烧脱硫特性，试验结果表明铝土矿中的硫含量由焙烧前 1.86% 降低至焙烧后 0.45%，硫的脱除率为 80.56%，焙烧后的铝土矿可以满足企业氧化铝的生产要求。马兴飞等（2021）采用马弗炉进行了高硫高硅低品位铝土矿焙烧脱硫试验研究，铝土矿中的硫脱除率达到75.83%，焙烧后铝土矿中的硫降低至 0.29%。杨黔等（2021）针对某高硫铝土矿进行了微波箱式高温反应器焙烧脱硫试验研究。结果表明，在试验温度600℃，试验时间20 min条件下，脱硫率可达 95.0% 左右，与常规焙烧相比具有，焙烧温度低、焙烧时间短、硫脱除率高的优势。

目前焙烧脱硫技术已在贵州地区实现产业化应用，产能为 200 万 t/a。常规焙烧法多采用较高的温度，虽然高温条件下硫的脱除速度快、效果好，但能耗较大，生成成本较高。微波焙烧工艺脱硫效果好、脱硫速度快、脱硫温低，具有较好的应用前景，然而，该工艺存在焙烧处理量较小、工艺操作难度大、设备成本高等难点，还未实现工业化应用。

3.3 微生物脱硫工艺

利用自然界中某些微生物将高硫铝土矿中的硫矿物转化为硫酸盐等无害的物质，从而可实现高硫铝土矿中硫的脱除。微生物脱硫具有较好的经济性、环保性及可持续性，是一种具有发展潜力的脱硫方法。

周吉奎和李花霞（2011）、郝跃鹏和李花霞 （2014）通过对菌株进行筛选得到了具有氧化硫和硫矿物的菌种，在实验室条件下，针对硫含量为 3.83%的重庆某高硫铝土矿，通过微生物浸出后，矿石中的硫含量降低至 0.53%~0.69%，硫的脱除率达 85% 以上，硫含量满足拜耳法生产工艺要求。李寿朋等（2016）选取了酶活力、生长活性更强的中等嗜热菌种，其生长代谢能力较强，脱硫过程更加简单。在最佳的菌群组成条件下，矿石中的硫含量由 1.31% 降低至 0.29%，硫脱除率为 77.86%。李寿朋等（2017）通过冷冻离心从铝土矿表面选取了可氧化铁硫的菌群，针对重庆某一水硬铝石型高硫铝土矿进行试验研究，结果表明：微生物菌群以铁硫矿物为能量来源，将铝土矿中的含硫矿物氧化，实现铝土矿中硫的脱除；菌群通过矿石驯化后，可以提高其对矿石中硫的脱除率。

微生物脱硫工艺处理高硫铝土矿具有绿色环保、高效节能的优点，但存在脱硫周期长、微生物培养难度大、生产条件要求高等问题，目前还没有工业化应用的实例。

3.4 化学氧化脱硫工艺

浮选脱硫工艺、焙烧脱硫工艺、微生物脱硫工艺都是在铝土矿进入氧化铝溶出工序之前进行硫的脱除，而化学氧化法属于生产过程中脱硫工艺，在溶出过程中发生化学反应，将溶液中的低价态硫转化为硫酸根，在后续工序中以硫酸盐形式脱除。

胡小莲和陈文汨（2011）利用高压釜来模拟溶出过程，通入氧化性气体后研究铝酸钠溶液中S^2-脱除的规律及机理。试验结果表明，在高温高压试验条件下，S^2- 大部分被氧化为了 SO₄ ^2-，反应温度和氧化性气体 O₂的压力是 S^2- 转化为 SO₄ ^2- 的重要影响因素，实验条件下，溶液中 S^2- 的脱除率高达 99.0%，脱硫效果显著。为了进一步强化铝酸钠溶液中 S^2- 的化学氧化脱除，覃志辉和陈文汨（2016）通过添加高锰酸钾、活性炭、氯化铜等化学试剂研究了铝酸钠溶液中S^2- 的脱除行为，试验结果表明活性炭对S^2-的脱除能力有限，氯化铜可通过化学反应除去溶液中的 S^2-，高锰酸钾通过其强化氧化作用，在一定的试验条件下可以将溶液中的S^2- 完全除去。

针对遵义某氧化铝厂在使用铝土矿中混有高硫铝土矿而造成产品铁含量超标问题，刘永轶 （2022）通过配矿将高硫铝土矿与低硫铝土矿混合使用，根据实际生产条件添加氧化剂硝酸，生产的氧化铝产品中杂质铁含量满足一级品要求，设备运行稳定，添加硝酸钠后脱硫效果显著，为工业生产大规模推广应用提供了技术支撑。

化学氧化脱硫工艺脱硫效率高，可以将溶液中的大部分 S^2- 氧化脱除，工艺操作相对简单，对各种硫含量的高硫铝土矿都具有较好的适应性，但存在生产成本增加、引入其他杂质离子及设备腐蚀等问题而影响了工业化应用。

4 结论

为了有效利用国内低品位复杂铝土矿资源，提高中国铝工业资源保障能力和降低铝土矿资源对外依存度，通过对中国铝土矿资源情况以及铝土矿选矿技术研究现状的分析，提出以下认识：

（1）选矿脱硅工艺的物理选矿脱硅技术无论在流程工艺、药剂制度优化及分选理论研究方面都比较成熟且已有产业化应用案例，未来的主要研究方向是加强对浮选脱硅回水利用和高效脱硅药剂的研发；化学脱硅工艺的主攻方向为降低其能耗、碱耗；颇具发展前景的生物脱硅技术还需要进一步加强筛选和培育具有高效脱硅性能的硅酸盐细菌以实现产业化应用。

（2）在高硫铝土矿脱硫方面，浮选脱硫是目前应用最广泛的选矿技术，随着铝土矿品位的降低和硫含量的升高，同时兼顾脱硫和脱硅的工艺将会变得复杂，需要研发更高效的浮选药剂，同时优化浮选工艺；焙烧脱硫法是一种有效的脱硫技术，但焙烧能耗较高，同时大规模工业化生产条件下脱硫效果难以保证，需要通过研发更高效的焙烧设备、优化焙烧工艺来降低能耗和成本；微生物脱硫工艺是一种环保的脱硫技术，未来可筛选和培育更高效、适应性更强的菌种，优化微生物培养和繁殖条件，提高菌群的脱硫效率；化学氧化脱硫工艺是一种有效的脱硫技术，但对于铝酸钠溶液中除S^2- 氧以外其它形态的硫的氧化过程仍需加强研究。

（3）在持续开发利用国内低品位复杂铝土矿技术的同时，依靠国家“一带一路”战略，构建中国铝土矿资源全球安全保障体系，实现可持续发展。要优化铝土矿进口方式，改变铝土矿资源进口来源比较集中的局面，使铝土矿资源进口多元化，以提高铝土矿资源供应保障体系的安全程度，从根本上提升国内铝土矿资源保障能力。

参考文献