贵州某铝土矿石灰拜耳法溶出试验研究_刘安荣.pdf

贵州某铝土矿石灰拜耳法溶出试验研究 刘安荣 1 李勇 2 彭伟 1 王振杰 1 （1. 贵州省冶金化工研究所， 贵州 贵阳 550002； 2. 贵州省新材料研究开发基地， 贵州 贵阳 550002） 摘要贵州某高硅中低品位铝土矿石Al2O3品位为57.62、 SiO2含量为9.54， 铝硅比为6.04。为实现氧化 铝高效溶出， 进行了铝土矿石灰拜耳法溶出氧化铝工艺试验。结果表明 在溶出温度为 265 ℃， 溶出时间为 65 min， 磨矿粒度为-0.074 mm含量90， 石灰添加量为1.4， 矿浆液固比为4， 搅拌转速为500 r/min条件下， 可以获得氧 化铝溶出率83以上， 赤泥平均铝硅比为1.33的溶出指标。试验结果可为该类铝硅比较低的铝土矿资源的合理开 发利用提供借鉴。 关键词铝土矿石灰拜耳法赤泥溶出率 中图分类号TD925.6文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -04-101-04 DOI10.19614/ki.jsks.201904020 Experimental Study on Lime Bayer Process Dissolution of a Bauxite Ore in Guizhou Liu Anrong1Li Yong2Peng Wei1Wang Zhenjie12 （1. Guizhou Institute of Metallurgical and Chemical Engineering， Guiyang 550002， China； 2. Guizhou Research and Development Base of New Materials， Guiyang 550002， China） Abstract A high-silicon low-grade bauxite ore in Guizhou contains 57.62 Al2O3， SiO2content is 9.54，mole ratio of aluminum to silicon is 6.04. To high efficiently dissolve alumina，alumina dissolution by Lime Bayer Process test was conducted on bauxite ore. Results indicated that，with leaching temperature 265 ℃，leaching time 65 min，grinding parti- cle size -0.074 mm content 90，lime addition 1.4 according to mole ratio of calcium to silicon，slurry liquid to solid ra- tio 4，and agitation speed 500 r/min，the leaching index of alumina over 83 and red mud average aluminum to silicon ratio 1.33 were obtained. The test results can provide reference for the rational development and utilization of this kind of bauxite resources with low bauxite-silicon content. KeywordsBauxite， Lime Bayer process， Red mud， Dissolution rate 收稿日期2019-03-22 基金项目贵州省科学技术基础研究基金项目 （编号 黔科合基础 ［2017］ 1175） 。 作者简介刘安荣 （1983） ， 男， 高级工程师。通讯作者李勇 （1970） ， 男， 助理研究员。 贵州铝土矿资源较为丰富， 现已探明储量居全 国第三， 主要集中分布于清镇、 修文片区、 遵义南部 和凯里、 黄平片区， 其中清镇、 修文片区铝土矿储量 高达3亿t， 储量极为丰富， 开发前景广阔 ［1-2］。清镇铝 土矿主要以沉积型一水硬铝石为主， 主要杂质为白 云石， 少量石英和方解石， 矿石铝硅比小于7， 铝土矿 的铝硅比较低达不到拜耳法生产氧化铝工艺的入料 标准。针对此类铝硅比较低的铝土矿通常采用石灰 拜耳法工艺进行溶出， 石灰拜耳法工艺是在拜耳法 生产氧化铝工艺的基础上添加适当过量的石灰， 使 其脱硅产物由含碱的水合铝硅酸钠转化为不含碱的 水和铝硅酸钙， 改变常规拜耳法工艺需要较高铝硅 比的缺点 ［3-5］。目前， 国内外学者进行了大量石灰拜 耳法工艺的研究， 如改变石灰添加点的拜耳法溶出 工艺 ［6］、 活性石灰拜耳法溶出工艺［7］、 中低品位铝土 矿石灰拜耳法溶出工艺 ［8］等。针对贵州清镇铝土矿， 中低品位铝土矿石灰拜耳法溶出工艺是最合适的选 别工艺。因此， 本项目采用石灰拜耳法对贵州清镇 铝土矿溶出氧化铝工艺进行试验研究， 对影响石灰 拜耳法溶出指标的各因素进行优化， 确定了最适合 该铝土矿的石灰拜耳法溶出条件， 为实现氧化铝高 效溶出提供参考。 总第 514 期 2019 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 514 April 2019 101 ChaoXing 1试验原料及试验方法 1. 1矿石性质 试验矿石取自贵州清镇某铝土矿山， 矿石主要 组成矿物为一水硬铝石， 主要杂质为白云石， 其次为 石英和方解石。矿石主要化学成分分析结果见表1。 由表1可以看出， 矿石Al2O3品位为57.62，SiO2 含量为9.54，铝硅比为6.04， 其余杂质组分含量较 低。 1. 2试验药剂 （1） 石灰。选用工业级石灰， 取自贵州省清镇某 氧化铝厂， 主要化学成分见表2。 （2） 铝酸钠循环母液。取自贵州省清镇某氧化 铝厂， 母液主要成分分析结果见表3。 注 NK为母液苛性碱浓度， NT为母液全碱浓度。 1. 3试验方法 石灰拜耳法生产氧化铝工艺是在拜耳法生产氧 化铝工艺的基础上添加适当过量的石灰， 使其脱硅 产物由含碱的水合铝硅酸钠大部分转化为不含碱的 水和铝硅酸钙 （水化石榴石） ， 大幅降低生产碱耗， 改 变常规拜耳法工艺需要较高铝硅比的缺点， 其反应 式为 xNa2SiO33Ca （OH）22NaAl （OH）4aq→ 3CaO Al2O3 xSiO2 nH2O2 （1-x） NaOHaq. 将碎磨至一定粒度的铝土矿试样、 石灰和循环 母液按一定比例混合均匀后装入体积为150 mL的钢 弹内， 将钢弹密封， 放入XGYF-6150型反应釜中， 设置反应温度， 调整搅拌速率， 反应一段时间后， 取 出钢弹， 冷却后， 进行液固分离， 固体滤饼用清水反 复洗涤， 将滤饼烘干、 称量， 制备样品后分析， 计算氧 化铝的溶出率。 2试验结果与讨论 2. 1磨矿粒度对溶出性能的影响 矿石的粒度大小决定了矿石的比表面积， 比表 面积越大， 矿石与药剂接触表面积就越大， 溶出效率 就越高。在溶出温度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 石灰添加量 （以CaO与铝土矿中SiO2的含量比， 即钙 硅比表示） 为1.4， 液固比为4.0， 搅拌转速为500 r/min 条件下， 考察不同磨矿粒度对氧化铝溶出性能的影 响。试验结果见图1。 由图1可以看出 随着磨矿粒度的增加， 氧化铝 的溶出率逐渐增大， 增大幅度逐渐变小， 赤泥中的 铝硅比则逐渐降低， 降低幅度逐渐变小； 当磨矿粒 度-0.074 mm粒级小于90时， 氧化铝溶出率随磨矿 细度提高增长较快， 赤泥铝硅比随磨矿细度提高下 降较快， 当-0.074 mm粒级含量大于90时， 氧化铝 溶出率和赤泥铝硅比随磨矿细度提高变化均不明 显。综合考虑氧化铝溶出率和赤泥铝硅比， 确定磨 矿粒度为-0.074 mm粒级占90。此时， 氧化铝溶出 率为83.58， 赤泥铝硅比为1.32。 2. 2石灰添加量对溶出性能的影响 拜耳法生产氧化铝过程中添加石灰能降低杂质 TiO2的影响， 提高氧化铝的溶出率， 降低碱耗 ［9］。在 溶出温度为 265 ℃， 溶出时间为 65 min， 磨矿粒度 为-0.074 mm粒级占90， 液固比为4， 反应釜搅拌转 速为500 r/min条件下， 考察石灰添加量对氧化铝溶 出性能的影响。试验结果见图2。 由图2可以看出 当石灰添加量小于1.4时， 氧化 铝溶出率和赤泥铝硅比随石灰添加量增加变化不明 显； 当石灰添加量大于1.4时， 氧化铝溶出率随石灰 添加量增加快速降低， 赤泥铝硅比随石灰添加量增 加快速增加， 继续增加石灰添加量， 氧化铝溶出率和 赤泥铝硅比随石灰添加量增加变化幅度变小。综合 考虑， 确定石灰添加量为1.4。 2. 3液固比对溶出性能的影响 在溶出温度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 磨矿 金属矿山2019年第4期总第514期 102 ChaoXing 粒度为-0.074 mm粒级占90， 石灰添加量为1.4， 反 应釜搅拌转速为500 r/min条件下， 考察液固比对氧 化铝溶出性能的影响。试验结果见图3。 由图3可以看出 随着液固比的增大， 氧化铝的 溶出率逐渐增大， 增大幅度逐渐变小， 赤泥中的铝硅 比则逐渐降低， 降低幅度逐渐变小； 当液固比大于4.0 时， 氧化铝溶出率和赤泥中铝硅比随着液固比的增 大变化幅度变小。综合考虑， 确定液固比为4.0， 此 时， 氧化铝溶出率为83.49， 赤泥中铝硅比为1.34。 2. 4搅拌转速对溶出性能的影响 强烈的搅拌使矿浆成分趋于均匀， 矿粒表面上 的扩散层厚度减小， 从而可以强化溶出过程。因此， 在溶出温度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 磨矿粒度 为-0.074 mm粒级占90， 石灰添加量为1.4， 矿浆液 固比为4条件下， 考察搅拌转速对氧化铝溶出性能的 影响。试验结果见图4。 由图4可以看出 随着搅拌转速的增大， 氧化铝 溶出率逐渐增大， 但增幅较小， 赤泥中铝硅比则逐渐 降低。综合考虑氧化铝溶出率、 赤泥中铝硅比和能 耗问题， 确定搅拌转速为500 r/min。 2. 5溶出温度对溶出性能的影响 温度是氧化铝溶出过程重要影响因素之一， 温 度影响溶出过程中化学反应的速率和分子之间的扩 散速率。在溶出时间为65 min， 磨矿粒度为-0.074 mm粒级占90， 石灰添加量为1.4， 液固比为4， 搅拌 转速为500 r/min条件下， 考察溶出温度对氧化铝溶 出性能的影响。试验结果见图5。 由图 5 可以看出 溶出温度从 245 ℃增加至 275 ℃时， 氧化铝的溶出率先增加后变化不明显， 赤 泥中铝硅比则先降低后变化不明显。综合考虑， 确 定溶出温度为265 ℃。 2. 6溶出时间对溶出性能的影响 在溶出温度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 磨矿 粒度为-0.074 mm粒级占90， 石灰添加量为1.4， 液 固比为4， 搅拌转速为500 r/min条件下， 考察溶出时 间对氧化铝溶出性能的影响。试验结果见图6。 由图6可以看出 随着溶出时间的增加， 氧化铝 溶出率先增加后变化不明显， 赤泥中铝硅比则先降 低后变化不明显。综合考虑， 确定溶出时间为 65 min。 2. 7验证试验 在溶出温度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 磨矿 刘安荣等 贵州某铝土矿石灰拜耳法溶出试验研究2019年第4期 103 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ 粒度为-0.074 mm粒级占90， 石灰添加量为1.4， 液 固比为4， 搅拌转速为500 r/min条件下， 进行Al2O3溶 出验证试验， 结果见表4。 由表4可以看出 矿石在最优条件下进行3次重 复试验， 氧化铝溶出率结果均在83以上， 赤泥中铝 硅比平均值为1.33， 溶出指标较好。 3结论 （1） 贵州清镇某铝土矿主要矿物组成为一水硬 铝石， 主要杂质为白云石， 矿样Al2O3品位为57.62， SiO2含量为8.54， 铝硅比为6.04。 （2） 对矿石进行石灰拜耳法试验研究， 在溶出温 度为265 ℃， 溶出时间为65 min， 磨矿粒度为-0.074 mm含量90， 石灰添加量为1.4， 矿浆液固比为4， 搅 拌转速为 500 r/min 条件下， 可获得氧化铝溶出率 83以上， 赤泥平均铝硅比为1.33的溶出指标。 参 考 文 献 刘娇.贵州省铝土矿资源的合理开发利用探究 ［J］ .科技资讯， 2014， 12 （22） 90. 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