“我們研制的浮選藥劑，可使黔渝地區(qū)2億噸難利用鋁土礦得到經(jīng)濟合理的利用，而這一技術(shù)突破的背后，是我國數(shù)億噸中低品位鋁土礦的工業(yè)利用難題破解的曙光。”前不久，在位于成都的中國地質(zhì)調(diào)查局成都礦產(chǎn)綜合利用研究所，所長劉亞川欣喜地對記者講述了該所在攻克中低品位鋁土礦利用難關(guān)方面的“旅途”。
　　鋁土礦之憂
　　中國是世界最大的鋁生產(chǎn)國和消費國，國內(nèi)鋁土礦一直供應(yīng)不足。
　　“當前我國高質(zhì)量鋁土礦存量極少，如果全部采用國內(nèi)鋁土礦為原材料生產(chǎn)氧化鋁，現(xiàn)有探明可經(jīng)濟利用的鋁土礦儲量的靜態(tài)保障年限不到7年。鋁土礦資源的保障能力，已經(jīng)嚴重影響了我國氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。”中國地質(zhì)調(diào)查局成都礦產(chǎn)綜合利用研究所所長劉亞川的描述，的確令人憂慮。
　　他告訴記者，不僅資源不足，可利用資源的質(zhì)量也在逐年下降。由于我國的鋁土礦資源具有高鋁高硅、鋁硅比低的特點，鋁硅比在5以下的礦石占資源總量的70%以上，經(jīng)過多年的消耗，我國鋁硅比在8以上高品位鋁土礦已瀕臨枯竭，眾多氧化鋁企業(yè)被迫采用中低品位鋁土礦。“中國氧化鋁工業(yè)不可避免地進入低鋁硅比時代。”
　　如何解決低鋁硅比時代的資源供給？途徑有三：其一，大量依賴進口；其二，加大國內(nèi)地質(zhì)找礦力度；其三，便是通過技術(shù)提高資源利用率，使更多難利用礦石得到應(yīng)用。
　　實際上，為了彌補國內(nèi)鋁土礦資源的不足，我國每年都要從國外大量進口鋁土礦，對外依存度常年超過50%。今年3月和4月，中國鋁土礦進口量均超過400萬噸，3月甚至高達444萬噸，同比劇增144.07%。問題是，我國進口鋁土礦資源來源比較單一，主要為印度尼西亞、印度、馬來西亞、澳大利亞等少數(shù)幾個國家，很容易受制于人。2014年1月印尼施行鋁土礦出口禁令后，我國鋁礦砂及精礦進口量從2013年的7070萬噸直落至2014年的3628萬噸，便是為國家礦產(chǎn)資源安全敲響的警鐘。
　　為了立足國內(nèi)保障包括鋁土礦在內(nèi)的礦產(chǎn)資源的供給能力，前幾年我國實施了找礦突破戰(zhàn)略行動。由于華北地臺、揚子地臺、華南褶皺系及東南沿海4個成礦區(qū)都具有較好的鋁土礦成礦條件，特別是晉中—晉北、豫西—晉南、黔北—黔中3個成礦帶成礦條件較好，資源遠景誘人，鋁土礦整裝勘查近年獲得一系列突出成果。“2014年底我國鋁土礦查明資源儲量已達42.3億噸，但鑒于中國鋁土礦大多數(shù)鋁硅比不高的資源稟賦，許多新增資源仍屬難利用資源。”
　　“利用好低鋁硅比鋁土礦是中國解決鋁土資源不足的重要方向。”劉亞川說，“這也是為什么近幾年國家高度重視中低品位、難利用鋁土礦開發(fā)和綜合利用技術(shù)的原因。”
　　作為國家公益性地調(diào)隊伍，成都綜合所近年來根據(jù)國家需求積極拓寬礦產(chǎn)資源綜合利用研究領(lǐng)域，把難利用鋁土礦作為主攻的五大礦種之一，著力加強中低品位鋁土礦開發(fā)利用技術(shù)研究。2010年初，在中國地質(zhì)調(diào)查局的支持下，成都綜合所第一個有關(guān)鋁土礦的項目《黔渝地區(qū)中低品位鋁土礦鐵礦可利用性評價》工作項目正式開題。
　　千萬次地問
　　在一間不大的實驗室中，記者見到了綜合所鋁土礦項目組的一位小伙子，他正熟練地把一些很不起眼的黃土放入一個鐵罐中，加水，在研磨機上滾動研磨。這里既沒有一排排的試管，也沒有穿著白大褂的實驗室標準形象，只有一摞摞大小不等的盆，和不少看上去已有些破舊的機器。
　　“我國鋁土礦石多數(shù)為一水硬鋁石型低鋁硅比的中品位礦石，因而提鋁降硅是鋁土礦選礦工作的重要目標。我們的工作就是讓這些低品位鋁土礦更好地浮選脫硅，使其擺脫束之高閣的命運。”小伙子名叫趙開樂，是中南大學礦物加工專業(yè)的博士，是項目組的骨干之一。
　　他把研磨好的礦石連水一起倒入浮選機中，仔細地放入了一些藥劑。許多泡沫迅速涌起，趙開樂趕緊把同泡沫一起浮起的礦物從槽口刮了出來。他解釋說，這些藥劑能夠改變礦石表面的疏水性，將一水硬鋁石和高嶺土、伊利石等含硅礦物進行徹底解離，再通過浮選將一水硬鋁石附著于泡沫浮出，這也是試驗最重要的一步。后面的流程則是沉降、過濾、烘干、制樣、送化驗，再根據(jù)化驗結(jié)果繼續(xù)新的試驗。
　　這樣的試驗過程，趙開樂和同事已經(jīng)重復了上千次。盡管程序和手法沒有什么變化，但每一次，都不相同——他們不斷調(diào)整著浮選藥劑的成分或配比，而破解我國難選低品位鋁土礦應(yīng)用難題的“鑰匙”，也就在這每一次試驗中藥劑微乎其微的變化上。
　　“浮選脫硅的關(guān)鍵就是藥劑的選擇和研發(fā)，即找到適合低品位鋁土礦、脫硅效果好、且經(jīng)濟可行的浮選藥劑。”趙開樂說。
　　趙開樂用于試驗的鋁土礦正是來自重慶，只不過，不是5年前《黔渝地區(qū)中低品位鋁土礦鐵礦可利用性評價》項目需要研究鋁硅比4.2~4.5的中品位鋁土礦，而是其延伸項目《滇渝地區(qū)中低品位鋁土礦及其伴生資源合理利用技術(shù)研究》中的目標礦物——鋁硅比為3左右的低品位礦石，“我們以前還做過鋁硅比是1.9的，效果也很好。”
　　“我們項目組研制了一種高效的鋁土礦捕收劑EM505，對重慶各種鋁土礦具有較好的適應(yīng)性，解決了重慶鋁土礦利用的關(guān)鍵技術(shù)問題。”隨即，趙開樂列出了一組數(shù)據(jù)：對鋁硅比為5左右的鋁土礦，精礦鋁硅比大于10、三氧化二鋁選礦回收率80%～87%；對鋁硅比為4.5左右的鋁土礦，精礦鋁硅比大于9、三氧化二鋁選礦回收率大于75%；對鋁硅比為3左右的鋁土礦，精礦鋁硅比大于7、三氧化二鋁選礦回收率60%～73%；對鋁硅比為1.9的極低品位鋁土礦，精礦鋁硅比大于7、三氧化二鋁選礦回收率大于60%。
　　“就在不久前，他們的試驗已經(jīng)從實驗室選礦試驗、選礦擴大連續(xù)試驗和化學預(yù)脫硅試驗進入到工業(yè)試驗階段。這意味著，這項技術(shù)即將得到大規(guī)模的應(yīng)用。”劉亞川所長高興地補充道。
　　“這是你們無數(shù)次試驗換來的！”記者對趙開樂豎起大拇指。
　　“也是日日夜夜的思考換來的。我們更多的時候是在想，試驗只是用來驗證、完善我們的科學思考，幫助我們從無限可能中尋找答案?？茖W就是追尋，是對未知千萬次的問。”趙開樂說。
　　曲折的迷宮
　　第二天，記者見到了項目組的負責人閆武，令人驚訝的是，這位被劉亞川所長稱為“技術(shù)強將”、已在成都綜合所從事礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研發(fā)14年的“老同志”，竟然年輕得出乎意料——今年也只有38歲。辦公桌電腦旁照片里的可愛小男孩，是他剛剛4歲的兒子。
　　2006年~2010年，閆武作為難利用鮞狀赤鐵礦研究團隊中的選礦課題負責人，帶領(lǐng)課題組研制出了高效脫硅陽離子反浮選捕收劑和高效脫磷捕收劑，創(chuàng)新性的提出分步反浮選脫磷脫硅的“脫泥—反浮選脫磷—反浮選脫硅”流程，為我國數(shù)十億噸高磷鮞狀赤鐵礦經(jīng)濟、高效的利用提供了技術(shù)支撐。正是由于他在鮞狀赤鐵礦選礦試劑研制方面表現(xiàn)突出，2010年綜合所實施《黔渝地區(qū)中低品位鋁土礦鐵礦可利用性評價》項目時，被選派到新組建的鋁土礦項目組任負責人，擔負起為綜合所將業(yè)務(wù)拓展至低品位鋁土礦綜合利用等新領(lǐng)域的重任。
　　重慶鋁土礦屬于極難選礦石，是我國中低品位鋁土礦的代表，其礦床類型屬沉積型一水硬鋁石型鋁土礦，礦石以致密隱晶質(zhì)—膠狀結(jié)構(gòu)為主，組成礦物結(jié)晶差，粒度微細，而且礦物混雜嵌布，含硅雜質(zhì)礦物形態(tài)復雜，礦石性質(zhì)差。閆武與項目組成員研究分析后認為，該地區(qū)的鋁土礦含硫含硅高，脫硅是最大的難點，浮選脫硅工藝流程與重選相比更高效，而浮選的核心是藥劑的研發(fā)。如果藥劑過關(guān)了，設(shè)備、工藝就可以簡單些，利于成本下降。
　　“氧化礦有通性，而我在研制鮞狀赤鐵礦選礦試劑方面又積累了一些經(jīng)驗，所以剛開始信心十足，心情還算輕松。但我們努力了將近一年都沒什么進展，加上逐漸了解到此前國內(nèi)已有多家知名單位對重慶地區(qū)中低品位鋁土礦進行過選礦研究都鎩羽而歸，不是選礦精礦鋁硅比低、三氧化二鋁回收率不高、選礦脫硅的指標結(jié)果不理想，就是成本過高、不適合推廣應(yīng)用，壓力才陡然大了起來。”回首那段艱難歲月，閆武語氣都變得沉重了不少，“正巧又趕上愛人懷孕生子，真是焦頭爛額。”
　　不過，再難，也得堅持。
　　2011年冬天，閆武顧不上剛出生不久的孩子，天天扎在實驗里，繼續(xù)從上百種藥劑、上萬種配方中篩選合適的原料和組合，動腦動手，一次次復配，一次次試驗。那會兒，睡著了都在想方案。愛人嗔怪他，“連晚上做夢也在喊鋁土礦啊”。
　　“科研就像進入曲折的迷宮，必然會有一條甚至幾條道路是通向真知的。”閆武琢磨，從工藝礦物學的角度看、從礦石的性質(zhì)分析，提高低品位鋁土礦的硅鋁比在理論上是完全可行的，現(xiàn)在達不到要求，肯定是沒找到正確的途徑。只要可能，就有機會。
　　終于，閆武與他的同伴推開了通向成功的大門。他永遠記得那一天的感受，“試驗現(xiàn)象很好，化驗結(jié)果也非常理想，但我發(fā)現(xiàn)我根本沒有想象中的驚喜，反而平靜地跑到實驗室又重復了兩次試驗。當三次化驗結(jié)果完全一致，我才相信我們真的試驗成功了。如釋重負。后來，為了驗證，我們又把樣品送到其他單位測試，效果還是一樣。”為了慶祝這來之不易的成果，常年加班的項目組特地放了兩天假。
　　無盡的追尋
　　“到現(xiàn)在，我每周也只休息一天。主要是孩子小，又特別黏我，我得拿出周末的一天盡量多陪陪他。”閆武有點不好意思地解釋，“不過，只要有新想法，無論什么時候都得趕來，不能讓靈感消失啊。我們這個團隊特別團結(jié)，一說做試驗，他們都會放下手中的事立即跑過來。”
　　2012年，閆武項目組在重慶難利用鋁土礦選礦脫硅技術(shù)研究方面取得重大進展——研制了高效鋁土礦捕收劑，對高硫鋁土礦提出“浮選脫硫—脫水—浮選脫硅”工藝，初步解決了重慶地區(qū)中低品位鋁土礦浮選脫硅難題，并成功入選2012年中國地質(zhì)調(diào)查十大進展。
　　幾乎沒有間隙，項目組又繼續(xù)擴大科研工作，連續(xù)接手了多個任務(wù)。2012年9月，受中國鋁業(yè)股份有限公司委托，實施了“滇渝地區(qū)中低品位鋁土礦及其伴生資源合理利用技術(shù)研究”項目，希望通過技術(shù)革新“救危難于水火”。
　　原來，由于重慶地區(qū)高硫中低品位鋁土礦礦石極為難選，中國鋁業(yè)重慶分公司只得采用高能耗的“選礦脫硫—串聯(lián)法”工藝生產(chǎn)氧化鋁，但問題是不僅氧化鋁生產(chǎn)成本過高，而且選礦脫硫效果也始終不理想，導致公司自投產(chǎn)以來一直嚴重虧損，投資達70億元的工廠被迫停產(chǎn)。
　　工廠虧損、停產(chǎn)，不僅是經(jīng)濟問題，而且是社會問題。這幾年，閆武項目組也心急如焚，可喜的是，通過對重慶大佛巖高硫中低品位鋁土礦進行實驗室試驗、擴大連續(xù)試驗、工業(yè)試驗，已經(jīng)取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟指標——得到的鋁精礦鋁硅比高、硫含量低，三氧化二鋁選礦回收率比其他相關(guān)研究提高了8～10個百分點，還可得到硫含量大于41%的硫精礦。項目組改進了鋁土礦捕收劑EM505的配方，優(yōu)化選礦工藝，研制了高效浮選脫硫藥劑，在該礦選礦脫硫、浮選脫硅等方面取得突破。中鋁公司的權(quán)威專家認為，這一研究成果是近十幾年來鋁土礦選礦的重大突破。如今，成都綜合所研究提出的改進“選礦—拜耳法”工藝，已作為中國鋁業(yè)重慶分公司重要的技術(shù)改造方案。
　　云南文山地區(qū)也是鋁土礦的重要產(chǎn)地，但這里的鋁土礦高鐵、高鈦、高硅、低氧化鋁，如按現(xiàn)行技術(shù)方法對邊界品位以上鋁土礦進行氧化鋁生產(chǎn)，該地區(qū)資源量只能支撐5年左右。為了走出資源困境，云鋁集團找了很多科研單位，期望破解該地區(qū)難利用鋁土礦的應(yīng)用難題。
　　2013年至今，鋁土礦項目組根據(jù)文山地區(qū)鋁土礦的資源特色，對鋁土礦捕收劑配方進行改進，使之適合浮選高鐵高鈦的鋁土礦，采用新型的抑制劑，使鋁精礦中鐵、鈦無明顯的富集。試驗結(jié)果與其他研究單位相比，鋁精礦鋁硅比相當，三氧化二鋁回收率高1～2個百分點，鋁精礦中全鐵和二氧化鈦含量較低，為該礦選礦分離鐵、鈦、鋁，更好地綜合利用鐵鈦資源打下良好的基礎(chǔ)。
　　“成都綜合所通過完善工藝和藥劑使中低品位鋁土礦得以應(yīng)用的技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，現(xiàn)在的重點是推廣。2017年以后，所里還將重點攻關(guān)其他地區(qū)難利用的高鐵鋁土礦。不僅是鋁土礦，只要是難選的金屬礦產(chǎn)，我們都會關(guān)注和研究。”劉亞川所長對記者說。
　　科技的一小步，往往是應(yīng)用領(lǐng)域的一大步。在礦產(chǎn)資源綜合利用領(lǐng)域，一個看起來很小的突破，都可能形成科技動能，為國家經(jīng)濟、社會和環(huán)境帶來巨大效益。
　　從小處來說，當前國際國內(nèi)礦業(yè)形勢不好，包括鋁土礦在內(nèi)的許多礦產(chǎn)資源銷路不暢、價格低迷，要拯救大批礦業(yè)企業(yè)就要著力于技術(shù)升級，通過降低成本來度過難關(guān)。從大處而言，人類對礦產(chǎn)資源的需求是持續(xù)的，礦產(chǎn)資源必然會越用越少，人類要解決這個難題，也唯有通過持續(xù)改進技術(shù)、工藝，逐步提高對各類礦產(chǎn)資源的利用程度，高效利用已經(jīng)探明的和正在通過礦產(chǎn)勘查不斷“出產(chǎn)”的新資源。很顯然，人類發(fā)展對科技的需求是無限的，礦產(chǎn)資源綜合利用方面的探索之路永無止境。
　　正如閆武所說：“綜合利用好現(xiàn)有礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的應(yīng)有之義，我們的科技攻關(guān)沒有終點！”