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摘 要：广西那坡县龙合地区岩溶堆积型铝土矿，矿床规模大，矿石质量差异较大，其矿石加工选冶技术试验研究具有重要意义。通过采用较先进的技术方法对铝土矿石的选矿、抗压强度、氧化铝溶出、赤泥沉降等试验研究，认为该区铝土矿石加工选冶技术性能良好，其研究成果和工艺技术对同类型矿床矿石选冶试验研究有参考价值。
关键词：浅成低温热液型金矿床；地球化学特征；成矿模式
广西那坡县龙合地区是我国重要的铝土矿资源基地之一——桂西铝土矿的组成部分，探明的资源储量相当于两个大型铝土矿床规模。其中龙合地区中心地段以中铝低硅优质铝土矿石为主，周边以低铝高硅劣质铝土矿石为主，矿石质量差异较大，值得进行矿石加工选冶技术试验研究。其研究成果和工艺技术具有一定的代表性，对同类型矿床的铝土矿石加工选冶试验研究有参考价值。
1 地质特征
该地区区域构造位置处于上扬子陆块富宁-那坡被动边缘盆地那坡褶断带的东部，属平果-靖西铝土矿成矿带的西段，铝土矿矿层、矿体的产出受背斜、向斜等褶皱构造严格控制，沉积铝土矿一般出露于向斜翼部，堆积铝土矿分布于背斜内侧或向斜外侧。区内出露地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系，除下泥盆统下部、中三叠统百蓬组为海相陆源碎屑岩沉积和第四系为陆相沉积外，其余地层均为海相碳酸盐岩沉积。其中上二叠统底部产沉积型铝土矿（出露地表部分为残积型铝土矿），该沉积型铝土矿经风化剥蚀搬运至就近的岩溶洼地、缓坡坡地之第四系更新统红土堆积层中，与红土混杂堆积，形成堆积型铝土矿。堆积铝土矿体受岩溶地貌的控制，主要分布于强岩溶化峰丛洼地及其坡地地貌。
1.1 矿体特征
区内堆积型铝土矿矿体赋存于岩溶洼地及其坡地的第四系更新统岩溶堆积红土层，共圈定矿体252个。矿体形态表现为：平面上较复杂，一般呈不规则状、枝状、短轴状、条带状、长轴状；剖面上较简单，多为单层矿，常呈似层状、透镜状、扁豆状。矿体产状主要受基底形态制约，随基底的起伏而起伏，底面凹凸不平，总体产状较为平缓，一般倾角为0～15°，矿体边部及坡地上产状较陡，倾角为15～30°。矿体大小规模差异大，矿体长100～2850m，宽10～1240m，厚0.5～20.50m，厚度变化系数57.49%。矿体含矿率为202～1969㎏/m3，一般为350～1200㎏/m3，含矿率变化系数40.88%。矿体大部分裸露地表，少部分表土覆盖，盖层厚0～15.40m。
1.2 矿石质量
矿体原矿主要由粒度不一的铝土矿石和粘土组成，偶含少量泥岩、铝土质泥岩、褐铁矿、锰质结核、硅质岩等碎块，其占原矿重量铝土矿石20～60%、粘土（粒级<1mm）40%～80%、其他0～2%。其中弱、中、强粘性原矿所占比例分别为95.74%、3.91%、0.35%。原矿经清水冲洗即可获得净矿石（铝土矿石），一般回收大于1mm粒级的铝土矿粒块。
铝土矿石呈灰、深灰、绿灰、棕红、褐红、灰黄色，矿石结构以砾屑—砂屑、豆粒—鲕粒和粒屑结构为主，矿石构造以块状构造为主。矿石形态以次棱角状为主，其次为次圆状，少量为棱角状。矿块大小悬殊，一般为1～15㎝。矿块在空间分布的一般规律为：沿水平方向，愈靠近沉积铝土矿露头带，矿石块度愈大，棱角愈明显，反之则小而磨圆度较好；矿体垂向上，中上部矿石块度较大，下部块度较小且磨圆度较好。
矿石的矿物组成主要包括铝矿物、铁矿物、钛矿物、粘土矿物。其中铝矿物以硬水铝石为主，其次为三水铝石，铁矿物以赤铁矿和针铁矿为主，粘土矿物以高岭石、鲕绿泥石为主。残积型铝土矿中粘土矿物主要为鲕绿泥石，有少量高岭石，X衍射半定量分析显示粘土矿物总量为18.7%～43.2%，均值为32.8%；而堆积型铝土矿中粘土矿物主要为高岭石、伊利石以及少量的叶腊石，矿物含量为2.5%～29.6%，均值为13.9%。说明堆积型铝土矿在形成过程中，其矿石中的粘土矿物也发生了分解。
矿石主要化学组分：Al2O3 40.19%～66.27%，变化系数7.88%；SiO2 0.77%～18.97%，变化系数74.76%；Fe2O3 8.58%～36.85%，变化系数18.82%；灼失量9.48%～15.17%，变化系数7.83%；TiO2 2.79%～5.08%，变化系数17.62%；A/S 2.61～127.55，变化系数86.85%。矿石质量差异大，矿石品级以Ⅱ品级和级外品为主，有少量的Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ品级矿石。矿石自然类型为一水硬铝石型铝土矿石。
2 矿石加工技术性能
广西那坡县龙合地区堆积型铝土矿石的加工选冶技术性能主要包括原矿的可洗性能、矿石加工破碎性能、氧化铝溶出性能以及赤泥沉降性能等，均进行了初步试验研究。
2.1 原矿可洗性
2.1.1 原矿样品的野外洗样试验
所有矿体的井探工程均采用全巷重量四分法采集并筛选基本分析样品，所有样品均经野外人工洗样。野外人工洗样是采用高压水枪冲洗，所获得的净矿样品含泥率很低，达到洗样精度要求。野外洗样试验结果说明，弱粘性、含矿率高的原矿更易于洗矿，区内原矿属易洗矿石。
为了解洗矿泥浆水可重复利用程度，采集2个矿层粘土试样（重3kg）进行洗矿泥浆简易自然沉降试验。试验方法是试样放入直径26cm、高27cm的半透明塑料桶注满水搅匀后静放，泥浆澄清面的高度（读至1mm）观测记录频数为：前60min一次/10min、1到4小时一次/30min，4到7小时一次/小时，7小时以后间隔较长，观察时间32个小时结束试验。泥浆澄清面沉降曲线图（图1）显示，2个试样的沉降曲线形态基本相似，澄清面高度相差较小；澄清面下降速度由快而慢，90分钟后明显变慢，7个小时后速度接近于零。泥浆水经静放90min和4个小时即可分别回收70%以上或80%以上的泥浆清水。由此可见，洗矿泥浆总体较易沉降，泥、水较易分离，洗矿泥浆水易于回收重复利用。
2.1.2 矿石可洗性试验研究
共采集有代表性的实验室试样2个，分别为试样1（那坡县境内，样品重量1500kg）和试样2（靖西县境内，样品重量1600kg）。根据桂西堆积铝土矿洗矿试验的研究成果，采用GKΦ800×600实验型圆筒洗矿机进行试样可洗性实验室试验。
①洗矿时间条件试验
固定试验点给矿量为30kg，矿浆液固比为2：1，试验结果表明，试样1的洗矿时间≥18min时可基本保证净矿含泥率<3%；试样2的洗矿时间≥11min时可基本保证净矿含泥率<3%。充分对比矿石的洗矿效果与洗矿时间的变化，确定较适宜的洗矿时间条件：试样1为18min，试样2为11min。
②矿浆液固比条件试验
固定试验点给矿量为30kg，洗矿时间试样1为18min，试样2为11min，试验结果表明，矿浆液固比（洗矿浓度）对洗矿效果的影响不如洗矿时间的影响明显。当洗矿时间试样1为18min，试样2为11min时，洗矿液固比为1.5：1时脱泥效果最好，故适宜的矿浆液固比条件为1.5：1。
③矿石可洗性验证试验
选择条件试验所获得的最佳洗矿条件进行矿石可洗性验证试验，所获得的精矿含泥率均<3%，精矿产品品位：试样1为Al2O3 53.24%、A/S12.01，试样2为Al2O3 52.15%、A/S6.02，达到了试验要求。验证试验最终确定试样1的洗矿最佳条件为矿浆液固比1.5：1、洗矿时间18min，试样2的洗矿最佳条件为矿浆液固比1.5：1、洗矿时间11min。
④矿样晾干后的可洗性对比试验
试验样经自然晾干10天后，在矿浆液固比为1.5：1时，试样1仅用10min、试样2仅用5min的洗矿时间，就获得净矿含泥率均低于2%的洗矿效果。说明矿样晾干后其洗矿性能明显得到改善，可大幅度缩短洗矿时间。原因是晾干后强粘性泥团变得松脆、遇水浸泡后易散开，矿石变得易洗。
⑤尾矿的沉降试验及环境污染分析
取洗矿试验的尾矿泥（-1.0mm）按10%、15%固体重量浓度进行不添加絮凝剂的尾矿浆自然沉降试验，结果表明：a.低浓度尾矿比高浓度尾矿沉降速度快，其原因是前者属自由沉降、后者属干涉沉降；b.试样1洗矿尾矿沉降速度较快，试样2则相对要慢，其原因可能与比重、粒度组成及物料表面特性有关；c.所有物料1个小时内沉降速度较快，其后变得极缓慢，24小时后趋于稳定；d.尾矿经沉降后澄清水已完全透明，可返回洗矿流程循环使用，不仅减少新水用量、降低能耗，而且对环境不造成污染。与野外试验结果基本一致。
堆积铝土矿洗矿工艺产出的可能污染物为废水、尾矿泥。洗矿工艺过程不添加药剂，矿石本身亦无易溶性有毒有害物质或组分，洗矿含泥废水其悬浮物主要是原矿筛洗出来的粘土和矿物细粒；含泥废水经高效浓密脱水后，上部澄清液可循环使用，浓缩底流（矿泥）排入排泥库。澄清后的洗矿尾矿水经化学分析，其有害有毒成分含量均低于《污水排放综合标准》（GB8978—1996）中的一级标准，可做到达标排放。尾矿泥包括筛洗矿泥和手拣泥团，经X荧光半定量分析，其主要成分是泥质土壤和含铝、铁、硅的矿物细粒，属一般固体废物。尾矿泥经浓缩大部分可压滤用于复垦，其余则泵送至排泥库中堆存。
洗矿试验结果说明，区内铝土矿原矿属易洗矿石，洗矿不会对环境造成污染。
2.2 矿石抗压性测试
自然抗压性能试验样品采自各个矿段的主要矿体，共采集25块规格大致为30×20×10cm、无明显裂缝的铝土矿块。试样加工成三个长10cm、直径5cm的标样后使用压力试验机（WE-60）进行自然抗压测试，结果显示，矿石的天然状态单轴抗压强度为17.1～141.7Mpa，单样平均为21.6～134.5Mpa，所有试样平均为70.1Mpa，矿石抗压强度较德保铝土矿、平果铝土矿稍低，可采用鄂式破碎机、标准圆锥破碎机和短头圆锥破碎机联合破碎工艺进行大批量破碎矿石，破碎工艺简单。本区堆积铝土矿石属易破碎加工矿石。
2.3 矿石溶出性能试验研究
共采集具代表性的15个矿石样和3个组合样共计18个试样进行矿石溶出性能实验室试验。试验由中南大学承担，试验方法为高压拜耳法溶出试验，试验环境为盐浴间接加热高压釜内。试验直接利用近几年桂西地区堆积铝土矿的最佳试验条件，即：温度260℃，溶出时间1.5小时，溶出母液：Na2Ok 228.85g/l，ak为3.03，石灰加入量为矿样重量的7%。试样磨至细度-160～-200目。试样中A/S值最高为42.65，最低为1.97。以试样品位计算其理论溶出率，以实际溶出数据采用Fe内标法、A/S法、渣重法等三种方法计算实际溶出率，再用实际溶出率与理论溶出率的比值计算相对溶出率。
试样溶出结果（见表1）显示：单样Al2O3的实际溶出率为38.67%～93.43%（三种计算方法的均值），其中矿样为69.92%～93.43%，17个矿样的平均值为81.5%，非矿样为38.67%；单样Al2O3的相对溶出率为76.86%～98.97%（均值），其中17个矿样的平均值为92.64%，非矿样为78.59%，相对溶出率较高。
表1中还显示，相对溶出率最高的不是A/S最高的试样，与在同一溶出条件下溶出率的高低与矿石的A/S成正相关的规律不一致。其原因是，形成方钠石过程中，每份SiO2造成等量的Al2O3损失，其SiO2主要不是来自石英、蛋白石，而是铝硅酸盐矿物。由于高岭石（分子式为Al2O3·2SiO2·2H2O）普遍存在，当它变成方钠石时，本身含有Al2O3，只需从溶液中摄取少量的Al2O3补充不足部分，并不会造成与SiO2等量的损失，使得铝硅酸盐矿物含量多的其相对溶出率无疑升高一些。
矿石溶出试验结果说明，当样品A/S≥7时，相对溶出率平均值为94.23%；当样品A/S<7时，相对溶出率平均值高达92.38%；非矿样品（A/S仅为1.97）的相对溶出率还达到78.59%。矿样溶出试验效果理想，本区铝土矿石用拜耳法进行生产氧化铝是可行的。
2.4 赤泥沉降性能试验
赤泥沉降性能试验是在溶出性能试验的基础上进行。溶出浆液试样选择溶出效果较好的溶H1、溶H5、溶H6及组合H3共4个试样。絮凝剂选择了目前氧化铝工业生产常用的3种絮凝剂，分别是絮凝剂1#（中铝广西分公司提供的聚丙烯酰胺）、絮凝剂2#（中铝河南分公司提供的聚丙烯酸钠）、絮凝剂3#（与絮凝剂1#成分相同，配制方式不同）。试验操作为，将试样稀释至Al2O3 150～160g/l，搅匀后移入沉降管（管高约25cm、体积190～200ml），沉降管置于95℃恒温水浴槽，每种试样分装四个沉降管，其中3个分别加入适量的絮凝剂1#、2#、3#，另1个不添加絮凝剂，用搅拌杆搅匀絮凝剂与浆液，然后静置观测。
试验结果（见表2）显示，未添加絮凝剂的试样，经15～20分钟仍未出现清液，1小时后底流液固比高达11.2～11.4，说明其赤泥沉降分离作用微弱；添加絮凝剂（添加量为干赤泥重量的0.03‰）的试样，前10min的赤泥沉降速度达到1.10～1.18m/h，1小时沉降后底流液固比为3.4左右，说明其赤泥沉降分离作用加强、沉降速度显著提高，3种不同絮凝剂对改善赤泥浆液的沉降性能基本一致。试验结果说明，赤泥浆液自然沉降性能差；添加适量絮凝剂可加速赤泥的沉降速度，四个试样溶出浆液的沉降性能相近，均适应于规模生产作业。
3 结论
基本分析样的野外洗样结果表明，本区堆积型铝土矿原矿是可洗的；实验室采用圆筒洗矿机进行洗矿试验，按洗矿最佳条件——矿浆液固比1.5：1、洗矿时间11～18min、精矿粒度回收下限+1.0mm，可获含泥率为1.87%～2.8%的净矿，能满足拜耳法生产氧化铝的工业原料要求。原矿经自然晾干后洗矿效率更高。洗矿泥浆水经静放90min可回收70%以上加以循环利用，所产生的洗矿污水可做到达标排放。
矿石平均抗压强度为70.1Mpa，较之平果铝的矿石抗压强度低，可用鄂式破碎机、标准圆锥破碎机和短头圆锥破碎机进行联合破碎加工，加工破碎工艺简单。
矿石可溶性拜耳法试验结果说明，在温度260℃、溶出时间1.5小时、溶出母液Na2Ok 228.85g/l、ak为3.03、石灰加入量7%的条件下，矿石Al2O3实际溶出率为61.86%～94.25%、相对溶出率为76.86%～98.97%，溶出效果较为理想。值得注意的是，当样品A/S<7时，相对溶出率平均值高达92.38%，非矿样（A/S仅为1.97）的相对溶出率达到78.59%，这说明低A/S值的铝土矿石也可采用拜耳法生产氧化铝。
在拜耳法溶出浆液中添加絮凝剂（添加量为干赤泥重量的0.03‰），可加快赤泥沉降速度，赤泥沉降性能良好。
以上所有的试验研究结果说明，那坡县龙合地区铝土矿石加工选冶技术性能良好。
结合十多年来参与桂西堆积铝土矿勘查实践与研究所获得的知识，笔者认为，桂西地区岩溶堆积型铝土矿分布范围大，不同的矿区不同的地段矿石质量差异较大，但矿石的加工选冶技术性能差异较小。目前已有三家大公司在该区开发，矿石加工选冶工艺技术非常成熟，所利用的矿山设备和工艺流程大同小异。由此推断，同类型的铝土矿床均可借鉴桂西铝土矿矿石加工选冶工艺技术。推荐的工艺技术为：用圆筒洗矿机+双螺旋擦洗机进行洗矿，用鄂式破碎机、标准圆锥破碎机和短头圆锥破碎机联合破碎工艺进行碎矿，用拜耳法工艺生产氧化铝。
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