“我们研制的浮选药剂，可使黔渝地区2亿吨难利用铝土矿得到经济合理的利用，而这一技术突破的背后，是我国数亿吨中低品位铝土矿的工业利用难题破解的曙光。”前不久，在位于成都的中国地质调查局成都矿产综合利用研究所，所长刘亚川欣喜地对记者讲述了该所在攻克中低品位铝土矿利用难关方面的“旅途”。
铝土矿之忧
中国是世界大的铝生产国和消费国，国内铝土矿一直供应不足。
“当前我国高质量铝土矿存量极少，如果全部采用国内铝土矿为原材料生产氧化铝，现有探明可经济利用的铝土矿储量的静态保障年限不到7年。铝土矿资源的保障能力，已经严重影响了我国氧化铝工业的可持续发展。”中国地质调查局成都矿产综合利用研究所所长刘亚川的描述，的确令人忧虑。
他告诉记者，不仅资源不足，可利用资源的质量也在逐年下降。由于我国的铝土矿资源具有高铝高硅、铝硅比低的特点，铝硅比在5以下的矿石占资源总量的70以上，经过多年的消耗，我国铝硅比在8以上高品位铝土矿已濒临枯竭，众多氧化铝企业被迫采用中低品位铝土矿。“中国氧化铝工业不可避免地进入低铝硅比时代。”
如何解决低铝硅比时代的资源供给?途径有三：其一，大量依赖进口;其二，加大国内地质找矿力度;其三，便是通过技术提高资源利用率，使更多难利用矿石得到应用。
实际上，为了弥补国内铝土矿资源的不足，我国每年都要从国外大量进口铝土矿，对外依存度常年超过50。今年3月和4月，中国铝土矿进口量均超过400万吨，3月甚至高达444万吨，同比剧增144.07。问题是，我国进口铝土矿资源来源比较单一，主要为印度尼西亚、印度、马来西亚、澳大利亚等少数几个国家，很容易受制于人。2014年1月印尼施行铝土矿出口禁令后，我国铝矿砂及精矿进口量从2013年的7070万吨直落至2014年的3628万吨，便是为国家矿产资源安全敲响的警钟。
为了立足国内保障包括铝土矿在内的矿产资源的供给能力，前几年我国实施了找矿突破战略行动。由于华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海4个成矿区都具有较好的铝土矿成矿条件，特别是晋中—晋北、豫西—晋南、黔北—黔中3个成矿带成矿条件较好，资源远景诱人，铝土矿整装勘查近年获得一系列突出成果。“2014年底我国铝土矿查明资源储量已达42.3亿吨，但鉴于中国铝土矿大多数铝硅比不高的资源禀赋，许多新增资源仍属难利用资源。”
“利用好低铝硅比铝土矿是中国解决铝土资源不足的重要方向。”刘亚川说，“这也是为什么近几年国家高度重视中低品位、难利用铝土矿开发和综合利用技术的原因。”
作为国家公益性地调队伍，成都综合所近年来根据国家需求积极拓宽矿产资源综合利用研究领域，把难利用铝土矿作为主攻的五大矿种之一，着力加强中低品位铝土矿开发利用技术研究。2010年初，在中国地质调查局的支持下，成都综合所个有关铝土矿的项目《黔渝地区中低品位铝土矿铁矿可利用性评价》工作项目正式开题。
千万次地问
在一间不大的实验室中，记者见到了综合所铝土矿项目组的一位小伙子，他正熟练地把一些很不起眼的黄土放入一个铁罐中，加水，在研磨机上滚动研磨。这里既没有一排排的试管，也没有穿着白大褂的实验室标准形象，只有一摞摞大小不等的盆，和不少看上去已有些破旧的机器。
“我国铝土矿石多数为一水硬铝石型低铝硅比的中品位矿石，因而提铝降硅是铝土矿选矿工作的重要目标。我们的工作就是让这些低品位铝土矿更好地浮选脱硅，使其摆脱束之高阁的命运。”小伙子名叫赵开乐，是中南大学矿物加工专业的博士，是项目组的骨干之一。
他把研磨好的矿石连水一起倒入浮选机中，仔细地放入了一些药剂。许多泡沫迅速涌起，赵开乐赶紧把同泡沫一起浮起的矿物从槽口刮了出来。他解释说，这些药剂能够改变矿石表面的疏水性，将一水硬铝石和高岭土、伊利石等含硅矿物进行彻底解离，再通过浮选将一水硬铝石附着于泡沫浮出，这也是试验重要的一步。后面的流程则是沉降、过滤、烘干、制样、送化验，再根据化验结果继续新的试验。
这样的试验过程，赵开乐和同事已经重复了上千次。尽管程序和手法没有什么变化，但每一次，都不相同——他们不断调整着浮选药剂的成分或配比，而破解我国难选低品位铝土矿应用难题的“钥匙”，也就在这每一次试验中药剂微乎其微的变化上。
“浮选脱硅的关键就是药剂的选择和研发，即找到适合低品位铝土矿、脱硅效果好、且经济可行的浮选药剂。”赵开乐说。
赵开乐用于试验的铝土矿正是来自重庆，只不过，不是5年前《黔渝地区中低品位铝土矿铁矿可利用性评价》项目需要研究铝硅比4.2~4.5的中品位铝土矿，而是其延伸项目《滇渝地区中低品位铝土矿及其伴生资源合理利用技术研究》中的目标矿物——铝硅比为3左右的低品位矿石，“我们以前还做过铝硅比是1.9的，效果也很好。”
“我们项目组研制了一种高效的铝土矿捕收剂EM505，对重庆各种铝土矿具有较好的适应性，解决了重庆铝土矿利用的关键技术问题。”随即，赵开乐列出了一组数据：对铝硅比为5左右的铝土矿，精矿铝硅比大于10、三氧化二铝选矿回收率80～87;对铝硅比为4.5左右的铝土矿，精矿铝硅比大于9、三氧化二铝选矿回收率大于75;对铝硅比为3左右的铝土矿，精矿铝硅比大于7、三氧化二铝选矿回收率60～73;对铝硅比为1.9的极低品位铝土矿，精矿铝硅比大于7、三氧化二铝选矿回收率大于60。
“就在不久前，他们的试验已经从实验室选矿试验、选矿扩大连续试验和化学预脱硅试验进入到工业试验阶段。这意味着，这项技术即将得到大规模的应用。”刘亚川所长高兴地补充道。
“这是你们无数次试验换来的!”记者对赵开乐竖起大拇指。
“也是日日夜夜的思考换来的。我们更多的时候是在想，试验只是用来验证、完善我们的科学思考，帮助我们从无限可能中寻找答案。科学就是追寻，是对未知千万次的问。”赵开乐说。
曲折的迷宫
第二天，记者见到了项目组的负责人闫武，令人惊讶的是，这位被刘亚川所长称为“技术强将”、已在成都综合所从事矿产资源综合利用技术研发14年的“老同志”，竟然年轻得出乎意料——今年也只有38岁。办公桌电脑旁照片里的可爱小男孩，是他刚刚4岁的儿子。
2006年~2010年，闫武作为难利用鲕状赤铁矿研究团队中的选矿课题负责人，带领课题组研制出了高效脱硅阳离子反浮选捕收剂和高效脱磷捕收剂，创新性的提出分步反浮选脱磷脱硅的“脱泥—反浮选脱磷—反浮选脱硅”流程，为我国数十亿吨高磷鲕状赤铁矿经济、高效的利用提供了技术支撑。正是由于他在鲕状赤铁矿选矿试剂研制方面表现突出，2010年综合所实施《黔渝地区中低品位铝土矿铁矿可利用性评价》项目时，被选派到新组建的铝土矿项目组任负责人，担负起为综合所将业务拓展至低品位铝土矿综合利用等新领域的重任。
重庆铝土矿属于极难选矿石，是我国中低品位铝土矿的代表，其矿床类型属沉积型一水硬铝石型铝土矿，矿石以致密隐晶质—胶状结构为主，组成矿物结晶差，粒度微细，而且矿物混杂嵌布，含硅杂质矿物形态复杂，矿石性质差。闫武与项目组成员研究分析后认为，该地区的铝土矿含硫含硅高，脱硅是大的难点，浮选脱硅工艺流程与重选相比更高效，而浮选的核心是药剂的研发。如果药剂过关了，设备、工艺就可以简单些，利于成本下降。
“氧化矿有通性，而我在研制鲕状赤铁矿选矿试剂方面又积累了一些经验，所以刚开始信心十足，心情还算轻松。但我们努力了将近一年都没什么进展，加上逐渐了解到此前国内已有多家知名单位对重庆地区中低品位铝土矿进行过选矿研究都铩羽而归，不是选矿精矿铝硅比低、三氧化二铝回收率不高、选矿脱硅的指标结果不理想，就是成本过高、不适合推广应用，压力才陡然大了起来。”回首那段艰难岁月，闫武语气都变得沉重了不少，“正巧又赶上爱人怀孕生子，真是焦头烂额。”
不过，再难，也得坚持。
2011年冬天，闫武顾不上刚出生不久的孩子，天天扎在实验里，继续从上百种药剂、上万种配方中筛选合适的原料和组合，动脑动手，一次次复配，一次次试验。那会儿，睡着了都在想方案。爱人嗔怪他，“连晚上做梦也在喊铝土矿啊”。
“科研就像进入曲折的迷宫，必然会有一条甚至几条道路是通向真知的。”闫武琢磨，从工艺矿物学的角度看、从矿石的性质分析，提高低品位铝土矿的硅铝比在理论上是完全可行的，现在达不到要求，肯定是没找到正确的途径。只要可能，就有机会。
终于，闫武与他的同伴推开了通向成功的大门。他永远记得那一天的感受，“试验现象很好，化验结果也非常理想，但我发现我根本没有想象中的惊喜，反而平静地跑到实验室又重复了两次试验。当三次化验结果完全一致，我才相信我们真的试验成功了。如释重负。后来，为了验证，我们又把样品送到其他单位测试，效果还是一样。”为了庆祝这来之不易的成果，常年加班的项目组特地放了两天假。
无尽的追寻
“到现在，我每周也只休息一天。主要是孩子小，又特别黏我，我得拿出周末的一天尽量多陪陪他。”闫武有点不好意思地解释，“不过，只要有新想法，无论什么时候都得赶来，不能让灵感消失啊。我们这个团队特别团结，一说做试验，他们都会放下手中的事立即跑过来。”
2012年，闫武项目组在重庆难利用铝土矿选矿脱硅技术研究方面取得重大进展——研制了高效铝土矿捕收剂，对高硫铝土矿提出“浮选脱硫—脱水—浮选脱硅”工艺，初步解决了重庆地区中低品位铝土矿浮选脱硅难题，并成功入选2012年中国地质调查十大进展。
几乎没有间隙，项目组又继续扩大科研工作，连续接手了多个任务。2012年9月，受中国铝业股份有限公司委托，实施了“滇渝地区中低品位铝土矿及其伴生资源合理利用技术研究”项目，希望通过技术革新“救危难于水火”。
原来，由于重庆地区高硫中低品位铝土矿矿石极为难选，中国铝业重庆分公司只得采用高能耗的“选矿脱硫—串联法”工艺生产氧化铝，但问题是不仅氧化铝生产成本过高，而且选矿脱硫效果也始终不理想，导致公司自投产以来一直严重亏损，投资达70亿元的工厂被迫停产。
工厂亏损、停产，不仅是经济问题，而且是社会问题。这几年，闫武项目组也心急如焚，可喜的是，通过对重庆大佛岩高硫中低品位铝土矿进行实验室试验、扩大连续试验、工业试验，已经取得了良好的技术经济指标——得到的铝精矿铝硅比高、硫含量低，三氧化二铝选矿回收率比其他相关研究提高了8～10个百分点，还可得到硫含量大于41的硫精矿。项目组改进了铝土矿捕收剂EM505的配方，优化选矿工艺，研制了高效浮选脱硫药剂，在该矿选矿脱硫、浮选脱硅等方面取得突破。中铝公司的专家认为，这一研究成果是近十几年来铝土矿选矿的重大突破。如今，成都综合所研究提出的改进“选矿—拜耳法”工艺，已作为中国铝业重庆分公司重要的技术改造方案。
云南文山地区也是铝土矿的重要产地，但这里的铝土矿高铁、高钛、高硅、低氧化铝，如按现行技术方法对边界品位以上铝土矿进行氧化铝生产，该地区资源量只能支撑5年左右。为了走出资源困境，云铝集团找了很多科研单位，期望破解该地区难利用铝土矿的应用难题。
2013年至今，铝土矿项目组根据文山地区铝土矿的资源特色，对铝土矿捕收剂配方进行改进，使之适合浮选高铁高钛的铝土矿，采用新型的抑制剂，使铝精矿中铁、钛无明显的富集。试验结果与其他研究单位相比，铝精矿铝硅比相当，三氧化二铝回收率高1～2个百分点，铝精矿中全铁和二氧化钛含量较低，为该矿选矿分离铁、钛、铝，更好地综合利用铁钛资源打下良好的基础。
“成都综合所通过完善工艺和药剂使中低品位铝土矿得以应用的技术已经比较成熟了，现在的重点是推广。2017年以后，所里还将重点攻关其他地区难利用的高铁铝土矿。不仅是铝土矿，只要是难选的金属矿产，我们都会关注和研究。”刘亚川所长对记者说。
科技的一小步，往往是应用领域的一大步。在矿产资源综合利用领域，一个看起来很小的突破，都可能形成科技动能，为国家经济、社会和环境带来巨大效益。
从小处来说，当前国际国内矿业形势不好，包括铝土矿在内的许多矿产资源销路不畅、价格低迷，要拯救大批矿业企业就要着力于技术升级，通过降低成本来度过难关。从大处而言，人类对矿产资源的需求是持续的，矿产资源必然会越用越少，人类要解决这个难题，也唯有通过持续改进技术、工艺，逐步提高对各类矿产资源的利用程度，高效利用已经探明的和正在通过矿产勘查不断“出产”的新资源。很显然，人类发展对科技的需求是无限的，矿产资源综合利用方面的探索之路永无止境。
正如闫武所说：“综合利用好现有矿产资源是现代矿业发展的应有之义，我们的科技攻关没有终点!”