摘要：文章研究了富高岭石一水硬铝石型铝土矿碱浸过程中高岭石的溶解动力学，重点考察了碱液浓度、碱浸温度、碱浸时间对浸出行为的影响规律。基于X射线衍射、扫描电子显微镜与能谱测定结果，系统阐述了高岭石溶解及其次生产物方钠石的结晶行为。通过Avrami动力学模型拟合，建立了高岭石溶解速率方程。研究结果表明，高岭石在碱浸过程中呈选择性溶解特征，与一水硬铝石共生者优先溶解，而离解态颗粒溶解相对滞后。提高碱浓度、温度或延长浸出时间，在促进高岭石溶解的同时，亦加剧方钠石的生成，进而抑制溶解过程。在优化条件下，铝土矿的铝硅比显著提升，可为高硅铝土矿的碱浸工艺优化提供理论依据。

　　关键词：铝土矿；脱硅；碱浸；高岭石；方钠石；溶解动力学

　　国内铝土矿资源中98%以上属于一水硬铝石型铝土矿［1］，70%以上的铝土矿铝硅比小于7［2］。为了高效利用低铝硅比的铝土矿资源，须通过选矿脱硅提高铝硅比，达到拜耳法生产的要求［3］。现有的选矿方法包括物理法、化学法和生物法［4］。

　　根据铝矿物与含硅矿物的溶出温度差异，碱浸脱硅尤其适用于以高岭石为主要脉石矿物的一水硬铝石型铝土矿。匡敬忠等［5］研究了偏高岭石碱溶合成方钠石的相变过程，发现升高温度和增大氢氧化钠浓度，均能加快偏高岭石转化为方钠石的进程。武国宝等［6］研究了煤下铝土矿焙烧碱浸脱硅及精矿溶出，研究表明，煤下铝土矿经970~1020℃焙烧10min，CT与ST显著降低；碱浸脱硅后精矿A/S达10.02~11.25，氧化铝回收率超98%；特定溶出条件下，氧化铝溶出率超83%，相对溶出率超92%，赤泥Na2O含量低于1%。吴艳等研究了在Na2O浓度230g/L、温度80~100℃的NaOH溶液中高岭石型一水硬铝石矿的溶解动力学，结果表明，方钠石形成前的高岭石溶解受化学反应控制，活化能为64.434kJ/mol。然而，该体系中伴随方钠石生成的高岭石溶解动力学尚未得到研究。

　　文章旨在研究富含高岭石的一水硬铝石型铝土矿碱浸过程中，伴随方钠石生成时高岭石的溶解动力学。在Na2O浓度140~260g/L、温度75~105℃、时间0~150min条件下，研究了铝土矿在NaOH溶液中的碱浸行为，推导出高岭石溶解动力学方程。

　　1实验过程

　　1.1实验材料

　　文章使用的铝土矿样品采自中国山西省孝义市某矿区。将铝土矿破碎研磨至粒径小于74μm。铝土矿的化学组成如表1所示。实验用碱为分析纯NaOH，纯度＞97%。实验中配制溶液采用蒸馏水，由TCHS-05 RO/20F型纯水设备制备。

　　由表1可知，该铝土矿中Al2O3含量较高，达61.46%，SiO2含量为17.49%，铝硅比（A/S）为3.5。

　　1.2实验过程

　　将分析纯NaOH溶解于去离子水中，分别配制成Na2O浓度为140、170、200、230和260g/L的NaOH溶液。分别取上述配制浓度的NaOH溶液5L注入单层玻璃反应器中，依次加热至75、82.5、90、97.5、105℃指定温度。随后，打开搅拌装置，将500g原料缓慢倒入单层玻璃反应釜瓶中开始碱浸。在碱浸过程中，每隔30min取约500mL浆料用布氏漏斗进行固液分离，滤饼用热水洗涤至pH值呈中性，在105℃烘箱中干燥4h后检测其化学成分。

　　1.3分析与表征

　　对原铝土矿和浸出后的铝土矿进行分析与表征。

　　对铝土矿中Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O和烧失量（LOI）进行化学成分分析，测试方法参照中国有色金属行业标准《铝土矿化学分析方法》（YS/T 575—2007）。对原铝土矿及浸出后的铝土矿进行XRD分析测试，XRD分析采用日本D/MAX 2000型X射线衍射仪，该仪器采用Cu Kα辐射源，工作电压40kV，电流40mA。原铝土矿及浸出后铝土矿微观形貌采用配备德国XFlash 6 I 60型能谱仪的场发射枪扫描电子显微镜（MAIA3）进行分析。

　　1.4计算方法

　　高岭石的溶解率(αK）和方钠石的生成率(ηS）是根据原铝土矿和浸出后铝土矿化学成分的差异计算得出［5］，如式（1）、式（2）：

　　2结果与讨论

　　2.1富高岭石型一水硬铝石铝土矿的碱浸出

　　在氧化钠（Na2O）浓度为140~260g/L的氢氧化钠（NaOH）溶液中，并在75~105℃的温度范围、浸出时间0~150min的条件下，对富高岭石型一水硬铝石铝土矿进行碱浸出实验。计算出不同碱浸条件下高岭石的溶解率(αK），结果如图1所示。结果表明，在固定的氧化钠浓度和浸出温度下，αK随浸出时间呈曲线上升，且上升速率逐渐降低。提高氧化钠浓度和浸出温度也能促进高岭石的溶解。当氧化钠浓度从140g/L提高到260g/L、浸出温度从75℃提高到105℃、浸出时间从30min延长至150min时，αK从12.44%显著提高到了82.11%。

　　当高岭石溶解到一定程度时，部分溶解组分将与NaOH溶液反应生成方钠石，化学方程式如式（5）、式（6）：

　　3结论

　　（1）本研究中使用的一水硬铝石型铝土矿中的高岭石有两种赋存形态：一种与一水硬铝石共生，另一种则是单一解离颗粒。在铝土矿的碱浸过程中，与一水硬铝石共生的高岭石优先溶解，使得一水硬铝石暴露出来。相比之下，解离的高岭石溶解缓慢，成为方钠石晶体附着生长的主要载体。

　　（2）提高碱浓度、浸出温度和时间均有利于高岭石的溶解，但同时也促进了方钠石的结晶。当高岭石的溶解率达到30%以上时，方钠石开始结晶，并在未反应的高岭石表面生长，从而阻碍了高岭石的进一步溶解。

　　（3）在Na2O浓度为140~260g/L、温度为75~105℃的碱浸条件下，高岭石的溶解动力学可用公式（11）描述。在Na2O浓度为260g/L、温度为105℃、时间为30min的碱浸条件下，铝土矿的有效铝硅比从3.5提高到了7.8，上述研究结果对铝土矿碱浸脱硅具有实际指导意义。

参考文献

　　［1］孙悦.低品位铝土矿两组分烧结技术基础及应用研究［D］.西安：长安大学，2024.

　　［2］李明晓.低品位铝土矿浮选脱硅提质研究［J］.非金属矿，2022，45（3）：66-69.

　　［3］尹海鉴.铝土矿资源特征及矿业可持续发展研究［J］.内蒙古煤炭经济，2022（10）：153-155.

　　［4］吴国亮，马俊伟，杜五星，等.铝土矿选矿脱硅和脱硫技术现状及进展［J］.矿产勘查，2024，15（12）：2351-2358.

　　［5］匡敬忠，黄哲誉，马强，等.偏高岭石碱溶合成方钠石相变过程及吸附特性［J］.材料导报，2018，32（22）：3853-3861.

　　［6］武国宝，齐利娟，韦舒耀，等.煤下铝土矿焙烧碱浸脱硅及精矿溶出试验［J］.有色金属（冶炼部分），2022（11）：48-53.