高铝铁矿石在印度、澳大利亚、印度尼西亚及我国广西、广东等地储量丰富。因矿石中Al₂O₃含量较高，若直接作为炼铁原料，会引起高炉焦比上升、产量下降、操作困难、炉渣流动性变差等负面后果，因此必须对其进行提铁降铝，获得可用于工业生产的合格铁精矿。而另一方面，这类高铝铁矿以褐铁矿为主，属于弱磁性矿物，嵌布粒度细，有用矿物与脉石矿物结合紧密，铝铁以类质同象形式存在，导致单体解离度低，难以通过选矿方法获得合格的铁精矿，是典型的难处理铁矿资源。随着经济发展，工业化进程加快，优质的富铁矿资源逐渐减少，综合、高效地利用国内外储量丰富的高铝铁矿石资源，对缓解铁矿资源短缺的压力具有重要的意义。

1 铝铁分离工艺概述

实现高铝铁矿石综合利用的关键是开发高效经济的铝铁分离技术。长期以来，国内外学者围绕高铝铁矿的铝铁分离开展了广泛的研究，主要方法可归纳为三类：选矿法、焙烧法和生物法。

1.1选矿法                                                                                                                               

1.1.1重力选矿法

水力旋流法、分散-絮凝法及摇床、跳汰等方法均被广泛用于高铝铁矿石的铝铁分离研究。

B.Das以印度某TFe57%，Al₂O₃含量8.3%的高铝铁矿为原料，经水力旋流器重选分离，获得TFe64.0%、Al₂O₃含量3.5%的铁精矿；采用重-磁联合工艺对Barsua、Bolani及Kiriburu高铝铁矿分选，均可得到铁品位60%以上，Al₂O₃含量低于3.5%的精矿，铁的回收率为大于60% 。M.P.Srivastava等采用水力旋流器和螺旋溜槽为分选设备，对Kiriburu高铝铁矿进行两段闭路分选，由于原矿粒度细，导致铁的回收率仅为37.30%。整体而言，水力旋流法可对原矿进行预先分级，对有铝铁分离有一定的效果，然而高铝铁矿往往粒度微细，使得铁的回收率较低。

K.H.Rao采用选择絮凝法对印度Barsuan铁品位52.5%，Al₂O₃含量7.4%的高铝铁矿进行研究，采用淀粉为絮凝剂，对原矿进行选择性絮凝，最终得到了TFe 65.0%，Al₂O₃1.8%的铁精矿；但该工艺所用絮凝剂为改性淀粉，增加了广泛应用的难度。S.A.Ravishankar等人以印度Raihara高铝铁矿泥为原料，对其进行选择性分散和选择性絮凝，结果表明用淀粉和PAMX絮凝剂可以使赤铁矿与高岭土完全分离，但对氧化铝-氧化铁的分离却无选择性，因此关键是开发一种含羟氨类选择性基团的高分子合成聚合物，以使氧化铝-氧化铁结构分离。

跳汰法是对高铝铁矿提铁降铝的一种普遍工艺。B.Das采用跳汰法研究了矿石粒度、水流速度及水流大小对Orissa高铝铁矿泥分选效果的影响，该矿铁品位56.5%，Al₂O₃含量6.2%；结果可获得铁品位63.7%，Al₂O₃含量3.15%的铁精矿，铁的回收率为78.6%。B.Sarkar等人对某粒度<<st1:chmetcnv tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="1" unitname="mm" w:st="on">1mm的高铝铁矿进行研究，首先采用水力旋流器脱除极微细的矿泥，再采用重力沉降分离器进行分选，精矿Al₂O₃含量由4.28%降低到1.66%，铁的回收率为57.00%；研究同时表明，预先对矿石进行分级处理有利于降低Al₂O₃含量。

摇床、跳汰工艺在回收细粒级的物料上存在很大的局限，强力重力分选机（EGS）及多段重力分选机（MGS）的开发为细粒级铁矿的回收提供了有效途径。R.Subrata对印度东部某高铝低品位针铁矿进行研究，原矿铁品位54.43%，Al₂O₃含量8.02%，在摇床选别后，经MGS分选后得到了TFe 66.50%、Al₂O₃ 1.17%的铁精矿，总铁回收率大于70%。

重力分选由于其成本低、操作简单、环境污染小等优点在高铝铁矿的分选上被广泛应用，但是对于铝、铁嵌布关系复杂的铁矿与粒度较细的铁矿，其分离效果及铁回收率不佳。

1.1.2磁选法

D.S.Rao等系统研究了Karnataka高铝铁矿石矿物学特征及地球化学性质，为这类矿石的选矿研究提供了理论依据。根据矿石的性质，世界各地的研究者采用磁选及磁选-浮选联合工艺在高铝铁矿的选矿上开展了广泛的研究 。

B.Das等对印度Barsua、Bolani及Meghahatuburu地区的高铝铁矿泥进行了系统研究，原料铁品位48%～60%左右，经水力旋流器分级、强磁选工艺处理，最终得到了TFe 61%～65%、Al₂O₃ 2.5%的铁精矿，铁回收率为最高可达到78%。M.K.Ghose以Barsuat高铝铁矿为原料，采用湿式强磁选工艺处理，得到近似且稍差的结果。

郑桂兵等人对以TFe 59.16%，Al₂O₃ 6.08%的印度某高铝赤铁矿为原料进行选矿试验。由于原矿中有21.93％的铁赋存在褐铁矿聚集体中，聚集体在磨矿过程中易泥化。分别采用三种方法：阶段磨矿-粗细分别磁选工艺、强磁选-阳离子捕收剂反浮选工艺、磁化焙烧-磁选工艺来处理该矿。结果表明，三种工艺均可在一定程度提高精矿铁品位，但是SiO₂、Al₂O₃含量偏高，其中分阶段磨矿-粗细粒级分别磁选工艺效果最好，可得到TFe64.22％、Al₂O₃ 2.93%的精矿，铁回收率为约75%。

中南大学姜涛等人采用强磁选工艺研究印尼某TFe 48.92%，Al₂O₃ 8.16%高铝铁矿石，仅得到TFe 49.34%，Al₂O₃7.36%的精矿。这是由于该矿石中铝主要以微细粒嵌布或以类质同像形式存在铁矿物中，导致无法有效地实现单体解离，大部分铝在磁选过程中与铁矿物一起进入磁性物，因此分选效果不明显。

磁选法处理高铝铁矿能在一定程度上提高铁品位，但总的来说该工艺的铁回收率与降铝效果难以使人满意，特别是铝以微细粒嵌布或类质同像形式存在的高铝铁矿物。

总体而言，对于铁、铝矿物嵌布关系简单的铁矿石，重选、磁选等选矿方法均能得到满足炼铁工业生产要求的铁精矿，但铁的回收率均比较低。而对于铝、铁嵌布关系复杂的铁矿石，由于其中容易形成类质同像替代，采用选矿法对其进行铝铁分离的效果较差。

1.2焙烧法

国内外学者围绕赤泥的焙烧处理工艺开展了大量研究，目前关于高铝铁矿的焙烧处理工艺研究主要集中在中南大学，包括焙烧浸出法、磁化焙烧法和直接还原法。

1.2.1焙烧浸出法

周太华等开发了钠盐焙烧-浸出工艺对印尼某Al₂O₃含量8.16%高铝铁矿石进行处理，得到了TFe62.72%、Al₂O₃3.62%的铁精矿，有效实现了矿石的铝铁分离，有价元素在浸出液中富集可进一步回收，显微研究结果表明残留在铁精矿中的铝矿物主要是呈微细粒嵌布在铁矿物中的α-Al₂O₃。但是该工艺采用硫酸进行浸出，对设备腐蚀大，成本也相对较高。

1.2.2磁化焙烧法

C.Li等以鞍山某TFe 24%、Al₂O₃7.42%、SiO₂47.39%的高铝铁矿为原料，该矿主要以赤铁矿、褐铁矿、高岭土为主，经磁化焙烧工艺处理，得到了TFe 61.3%、回收率88.2%的铁精矿。李光辉等人亦对印尼某TFe48.92%、Al₂O₃8.16%的高铝铁矿进行磁化焙烧-磁选试验，仅获得了得到TFe 63.28%、Al₂O₃ 10.3%的铁精矿。可见，磁化焙烧-磁选工艺可提高精矿铁品位，但对高铝铁矿的铝铁分离效果不好。

1.2.3直接还原法

刘牡丹等对印尼某Al₂O₃含量8.16%的高铝铁矿深入开展了钠化还原过程的热力学特性、矿物物理化学性能变化规律、反应动力学规律及矿物分离的微观机制研究，建立了高铝铁矿铝铁分离的物理化学基础，开发了高铝铁矿直接还原焙烧铝铁分离的技术原型。试验结果表明，该工艺能有效实现高铝铁矿的铝铁分离，获得TFe 91.00%、Al₂O₃ 1.36%的还原铁粉，铁的回收率为91.58%，铝的脱除率为90.47%。该金属铁粉经过进一步处理后可用于电炉炼钢，非磁性物可综合回收铝、硅、钠、铬等有价元素，实现资源的综合利用。相比于目前处理高铝铁矿的各类焙烧工艺而言，直接还原工艺是较为成功的，该法流程简单，所得产品指标优异，但以钠盐作为添加剂焙烧，成本不菲，对设备的耐腐蚀性要求较高，所以工业应用难度较大。

1.3生物法

生物法主要通过微生物菌种对高铝铁矿进行浸出，从而达到脱除铝、硅的目的，因其是一种新兴技术，因此国内外学者在这方面的研究相对较少，相关的报道不多。

N. Pradhan以Bolani TFe 52.94%，Al₂O₃含量9.95%的高铝铁矿泥为原料，分别研究了黑曲霉和环状芽胞杆菌对该铁矿铝铁分离的影响。结果表明，采用黑曲霉对高铝铁矿进行就地堆浸，15天后Al₂O₃含量可降低到5.93%，但TFe亦降低到40%左右；采用环状芽胞杆菌堆浸，6天后Al₂O₃含量为5.8%，铁品位为51.74%。采用黑曲霉在培养基浸出高铝铁矿，13天后Al₂O₃含量为7.64%，铁品位为53%，而采用环状芽胞杆菌浸出，铁的溶解相对更多。试验表明以这两种微生物作为浸出介质所得的铁精矿品质较差。

N.Deo等详细研究了多黏芽孢杆菌对赤铁矿、刚玉、石英、高岭石等矿物表面性质的影响，发现生物预处理可增强石英、高岭石的疏水性及赤铁矿、刚玉的亲水性，同时显著增强细菌蛋白质对石英、高岭石的吸附作用及多糖对赤铁矿和刚玉的吸附作用。因此，上述矿物经生物预处理后可通过浮选实现铝、硅矿物与铁矿物的分离。

整体而言，生物法虽然具有成本低、环境污染小等优势，可选择性地脱除矿石中的部分铝、硅矿物，但是反应周期长，矿浆浓度较低，且铁矿物在浸出过程也发生溶解，使得精矿铁品位和回收率降低。

2 结语

储量丰富的高铝铁矿资源具备解决全球铁矿资源供需矛盾的潜力，其资源利用的关键技术主要有三种工艺。选矿法工艺简便，处理能力大，对铝、铁嵌布关系简单的矿石能进行有效的处理，但是对嵌布关系复杂的矿石未能取得良好的分选效果。研发高效的氧化铝-氧化铁分散剂、絮凝剂与研发运用能低成本分选细粒高铝铁矿的选矿设备等途径仍是探索经济高效的铝铁分离技术方向。焙烧法能获得非常优良的产品，其产品铁品位与铁、铝回收率可达到90%以上，将来的研究方向应着重于解决处理成本过高的问题。生物法是一条新颖的处理高铝铁矿石的途径，虽然目前存在脱除效果有限、回收率不高、反应时间长等缺陷，但其拥有环境污染小、设备简单、成本低等优势，具有广阔的研究空间。

因此，如何克服现有工艺的弊端，在系统研究高铝铁矿石原料性质和工艺矿物学性质的基础上，开发简单、高效的工艺实现高铝铁矿的综合利用是将是今后科研工作的发展方向。

 (袁祥奕   刘牡丹)