隨著我國鋁土礦資源的不斷開發(fā)，高質(zhì)量的資源日益減少。為了解決鋁土礦質(zhì)量下降與氧化鋁生產(chǎn)對于鋁土礦質(zhì)量要求的矛盾，鋁土礦物理選礦脫硅的研究較為普遍。并且在氧化鋁生產(chǎn)中，應用了選礦－拜爾法的工藝。然而，自從生物處理工藝引入選礦以來，近年來，在鋁土礦的選礦研究中，生物法脫除鋁土礦中的二氧化硅的研究，成為了一個新的研究方向。生物選礦脫硅方法是有著良好前途的選礦脫硅方法，它能保證得到較高的工藝指標，并消除對環(huán)境的污染。生物選礦脫硅是用異氧微生物來分解硅酸鹽、鋁硅酸鹽礦物，如細菌可以將一個高嶺土分子破壞為氧化鋁和二氧化硅，從而使二氧化硅轉(zhuǎn)化為可溶物，而氧化鋁不溶，得以分離。這種方法對處理膠狀極細粒鋁土礦較為適合。

    一、試樣、方法和實驗條件

    實驗所用樣品為河南某地區(qū)硬水鋁石水白云母型鋁土礦。磨制成選礦試驗所需的細度。

    （一）鋁土礦樣品物質(zhì)成分

    用X洐射分析方法對鋁土礦樣的組成進行鑒定。其礦物成分為：硬水鋁石50%～55％，水白云母15％，高嶺石5％～10％，長石5％～7％，銳鈦礦5％，葉臘石5％，褐鐵礦3％～5％。

    樣品化學分析結(jié)果：A1₂O₃ 63.68％，SiO₂12.31％，F(xiàn)eO 0.06％，F(xiàn)e₂O₃ 2.75％，TiO₂ 3.91％，Na₂O 0.05％，K₂O 2.15％，MgO 0.23％，CaO 0.15％，SO₃ 0.82% P₂O₅ 0.10 %，S 0.30%，C 0.36％，燒失量13.2％，A1₂O₃／SiO₂ 5.17。

    鋁土礦以鮞粒結(jié)構(gòu)為主。主要礦物成分為硬水鋁石，其形態(tài)主要有兩種：塊狀微晶體形和縱向排列晶體形。水云母多為無色鱗片。綠泥石為水白云母中的稀疏鱗片。銳欽礦為微長顆粒，褐鐵礦為不規(guī)則的塊狀礦聚集體，存在于鮞粒的中心部。石英存在于鮞粒內(nèi)部的銳角斷片。

    膠質(zhì)物為非晶體，各向同性（均質(zhì)），或非均質(zhì)（各向異性），將硬水鋁石，水云母和其他礦膠結(jié)在一起。

    （二）微生物實驗方法

    結(jié)合以往的研究，在試驗過程中，用于鋁土礦脫硅的微生物，為從高硅鋁土礦中提取的細菌物種。使用A－27培養(yǎng)基培養(yǎng)，固液比(S∶L) =1∶5，在溫度為32℃的溫箱里孵化菌種，孵化時間為7晝夜。然后在顯微鏡下對菌種進行觀察分離。

    培養(yǎng)基成分為葡萄糖、Na₂HPO₄、氧化鋁、MgSO₄、FeCl₃、碎玻璃、CaCO₃、瓊脂等。營養(yǎng)基的pH值為6.8～7.2。

    鋁土礦脫硅使用的是培養(yǎng)4晝夜的硅酸桿菌。生物實驗通過靜態(tài)和動態(tài)兩種方式在搖瓶中進行，時間為1到7晝夜。其間，每晝夜搖測一下pH值，并在顯微鏡下拍照。最后液相分開，用開水洗凈礦石，烘干，磨碎送交化學分析。用原子吸收法測定Al₂O₃和SiO₂含量。

    二、試樣常規(guī)選礦對比實驗

    為了對比生物實驗效果，首先采用常規(guī)浮選工藝進行浮選實驗。所用設(shè)備為1L的浮選機，固液比為1∶4，按圖1流程試驗，結(jié)果見表1。

圖1  浮選工藝流程

表1  浮選實驗結(jié)果

    由得到的選礦數(shù)據(jù)可知，在浮選過程中，油酸作為捕收劑效果不好。用妥爾油在鋁土礦浮選中效果較好。精礦的Al₂O₃回收率為67.1％，鋁硅比為11.85。

    三、鋁土礦生物選礦實驗結(jié)果與討論

    生物選礦一般所用的為獨特的微生物，如硅酸桿菌。硅酸桿菌在微生物世界里占有重要的位置，它們能夠破壞鋁硅的晶格，作為生命力的能量。此微生物的這種特殊能力，被用做破壞鋁土礦的二氧化硅。然而，硅酸鹽礦物中硅的微生物浸出效果與微生物的浸出方式密切相關(guān)。

    所選的鋁土礦屬于高硅鋁土礦。從以上實驗效果看，用常規(guī)選礦方法浮選效果很好。然而，它的缺點是浮選藥劑消耗很大，Al₂O₃回收率低，且產(chǎn)生大量的尾礦，不夠環(huán)保。

    （一）靜態(tài)下細菌對于鋁土礦中SiO₂溶出實驗

    使用1^#、2^#、3^#等不同的菌種在靜態(tài)下進行實驗，其結(jié)果見圖2、圖3、圖4。

圖2  1^#菌種靜態(tài)下處理鋁土礦的實驗結(jié)果

圖3  2^#菌種靜態(tài)下處理鋁土礦的實驗結(jié)果

圖4  3^#菌種靜態(tài)下處理鋁土礦的實驗結(jié)果

    在靜態(tài)條件下，使用不同的菌種對樣品進行溶硅實驗，3^#菌表現(xiàn)了良好的活性。3^#菌是從試樣鋁土礦區(qū)中挑選的。用此菌經(jīng)過7晝夜的實驗，除去43％的二氧化硅，原礦中的氧化鋁含量則從63.7％提高到66.73％，鋁硅比為7.09。實驗結(jié)果表明，隨著生物實驗時間的延長，細菌開始不斷加速提取溶液中的二氧化硅。

    （二）動態(tài)下細菌對于鋁土礦中SiO₂溶出實驗

    為了下一步的工作，挑選了更有效的硅酸桿菌菌種(2^#和3^#）。在進行試樣生物溶硅實驗時發(fā)現(xiàn)。隨著不斷地加入新的礦料，存在著一個流動周期，如圖5、圖6所示。二氧化硅的浸出速度快了2～3倍，第2晝夜更為明顯。SiO₂在溶液中的回收率，用2^#菌為35.9％，用3^#菌為45.5％，鋁硅比為6.91和7.51。第三晝夜回收率降低了一些。精礦中的氧化鋁上升到66.16％和66.71％，精礦回收率從81.18％上升到87.97％。注意到，二氧化硅在動態(tài)條件下浸出效果更好，不僅速度快，回收率也高。可以在更短的時間處理更多的礦料，從經(jīng)濟角度講更為劃算。除此，還可以減少在培養(yǎng)基方面上的消耗。

圖5  2^#菌種動態(tài)下處理鋁土礦的實驗結(jié)

圖6  3^#菌種動態(tài)下處理鋁土礦的實驗結(jié)果

    （三）不同礦漿濃度下細菌溶出鋁土礦中硅的實驗

    礦漿密度在生產(chǎn)過程中非常重要，因為必須給微生物的生長找個最佳的生長條件。而且還要從經(jīng)濟角度來考慮。在實驗室條件下，用2^#菌進行二氧化硅浸出，在礦漿密度相同的情況下，固液比為1∶10和1∶5。此過程為動態(tài)過程，實驗結(jié)果見圖7、圖8。

圖7  2^#菌液固比1∶10溶出實驗結(jié)果

圖8  2^#菌液固比1∶5溶出實驗結(jié)果

    固液比為1∶5的情況下得到的回收率最佳，最優(yōu)浸出時間為2晝夜。精礦中的Al₂O₃提高到67.61％，SiO₂含量降低到9.51％，鋁硅比為7.11。礦漿濃度到固液比為1∶3，則浸出過程更加經(jīng)濟。

    （四）2^#菌常規(guī)條件下溶硅實驗

    試驗條件：在帶攪拌裝置的設(shè)備中，加入100g試樣和500ml濃硅酸桿菌溶液。實現(xiàn)在18～22℃的無消毒條件下進行了7晝夜。實驗結(jié)果見圖9。

圖9  2^#菌常規(guī)條件下溶硅實驗結(jié)果

    實驗結(jié)果表明，在此條件下，即某種程度接近生產(chǎn)條件下，成功地使氧化鋁提高到67.66％。而二氧化硅則降低到8.97％，鋁硅比為7.54。

    （五）組合生物方法對鋁土礦溶硅實驗

    利用生物選礦技術(shù)方法對鋁土礦的選礦，可以使各種選礦方法結(jié)合起來使用。在類似以上的條件下，使用了各種鋁土礦的選礦方法。包括連續(xù)用生物藥劑和硅酸桿菌(2^#）對1％礦含量的實驗。在這種情況下，鋁硅比為8.0（表2)。需要注意的是，通過對3^#細菌的使用，可以得到更好的選礦效果。如果強化實驗過程，在動態(tài)條件，把礦漿從排列好的溶器按序轉(zhuǎn)移，效果會更好。

表2  組合生物方法對鋁土礦的溶硅實驗結(jié)果

    四、結(jié)論

    （一）實驗結(jié)果表明，生物選礦技術(shù)方法對所選試樣鋁土礦的脫硅效果明顯。

    （二）優(yōu)選的硅酸桿菌，能夠使鋁土礦精礦的鋁硅比達到7.09到7.95，精礦氧化鋁回收率為80％～86％。

    （三）用生物藥劑和硅酸桿菌混合使用，得到的精礦鋁硅比為8.0，精礦氧化鋁回收率為93.4％。

    （四）生物選礦對于試樣鋁土礦的選礦，應用上有廣闊的前景?？傻玫礁哔|(zhì)量精礦，滿足了拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的工業(yè)生產(chǎn)需要。