两段烧结法处理中低品位铝土矿.pdf

第5 7 卷第3 期 2005 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 7 ．N o ．3 A u g u s t 2 0 0 5 两段烧结法处理中低品位铝土矿 何润德，黎志英，张念炳，车蓉，毛小浩 贵州工业大学材料科学与冶金工程学院，贵阳5 5 0 0 0 3 摘要研究处理中低品位铝土矿 A ／S 为5 左右 的两段烧结工艺。结果表明，一段烧结最佳条件为碱比1 ．2 、烧结温度 1 1 0 0 ℃、烧结时间4 0 r a i n 。一段烧结氧化铝溶出率达8 7 ．9 9 ％，9 0 ℃时，溶出溶液硅量指数已大于4 0 0 。二段烧结最佳条件为钙比 2 ．2 5 、烧结温度1 2 0 0 ℃、烧结时间4 0 m i n 。氧化铝溶出率达8 6 ．0 4 ％。两段烧结氧化铝总溶出率达9 8 ．2 3 ％。碱化学损失约1 1 ．2 0 k gN a 2 C 0 3 ／t - A 1 2 0 3 。 关键词有色金属冶金；中低品位铝土矿；二段烧结法；熟料溶出 中图分类号T F 8 2 1 ；T F S 0 2 ．6 7 ；T F 8 0 3 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 3 0 0 5 5 0 4 我国的铝土矿绝大部分属于高铝、高硅、低铁、 低铝硅比，因而铝硅比大于7 的能够用纯拜耳法生 产的铝土矿仅占1 0 ％。6 0 ％以上的铝土矿铝硅比 在4 ～6 之间，对于处理这样的铝土矿目前尚无理想 的方法。为此进行了用两段烧结法处理中低品位铝 土矿的研究。两段烧结法即先采用纯碱烧结法处理 铝硅比为4 ～6 的铝矿进行纯碱烧结，所得熟料经溶 出后，赤泥再配入石灰进行二次烧结。这样做最主 要的目的是为了减少熟料烧结时的二次反应，提高 氧化铝和氧化钠的回收率，从而降低碱耗。研究结 果表明，两段烧结法具有抑制二次反应的作用，并且 可起到脱硅作用。当溶出温度为9 5 ℃时，溶液硅量 指数可达到4 5 5 ．5 0 ，这样就可省略专门的脱硅过 程。因此，两段烧结法有许多优点和可取之处，值得 加以研究和进一步探讨。 表2 一段溶出赤泥成分 T a b l e 2R e dm u dc o m p o s i t i o nf r o m o n e s t a g es i n t e r i n gp r o c e s s 成分A 1 2 0 3F e 2 0 3s i 0 2 C a OT i 0 2N a 2 0A ／SR N 含量／％2 4 ．6 23 ．4 02 8 ．8 00 ．8 08 ．3 71 7 ．7 6 0 ．8 5 5 1 ．0 9 1 1 ．2 试验过程 试验采用贵州中低品位铝土矿为原料，加纯碱 进行一段烧结，运用正交实验方法考查碱比、烧结温 度、烧结时间对氧化铝溶出率的影响，找到一段最佳 烧结条件。然后在最佳烧结条件下进行溶出兼脱硅 试验，考查温度变化对氧化铝溶出率、溶液硅量指数 的影响。最后以一段最佳烧结条件下的一次溶出渣 为原料，添加适量的石灰再进行二次烧结试验，考查 钙比、烧结温度、烧结时间对氧化铝溶出率的影响， 找到二段最佳烧结工艺条件。 1实验方法 2试验结果与讨论 1 ．1 原料 试验所用矿石和一段溶出赤泥成分分别见表1 和表2 。所用试剂氧化钙，化学纯，C a O 含量不少 于9 8 ％；纯碱，化学纯，N a 2 C O ，含量不少于9 9 ．8 ％。 表1 原料矿石成分 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fo r e 成分弛0 3S i 0 2T i 0 2F e 2 0 3C a OA ／S 含量／％6 7 ．1 01 2 ．4 5 3 ．4 91 ．4 00 ．6 05 ．4 收稿日期2 0 0 4 0 4 1 3 基金项目贵州省科学基金资助项目 2 0 0 1 3 0 7 2 作者简介何润德 1 9 4 3 一 ，男，湖南汝城县人，教授，主要从事氧 化铝生产新工艺、新技术等方面的研究。 2 ．1 一段烧结及浸出结果 一段烧结条件与A 1 2 0 3 浸出率的关系见表3 。 由极差分析可知，碱比是影响氧化铝溶出率最 主要的因素，烧结温度次之。一段烧结最佳条件碱 比1 ．2 ，烧结温度1 1 0 0 ℃，时间4 0 m i n 。 由表1 试验结果整理出回归方程如式 1 所示。 张 一1 0 3 ．1 6 7 A 2 2 6 0 ．1 5 0 7 A 一 0 ．0 0 0 2 2 9 6 6 7 8 2 0 ．5 1 5 1 6 7 4 B 一0 ．0 0 1 7 6 6 6 7 C 2 0 ．1 5 6 6 6 6 7 5 C 一3 6 7 ．8 6 0 8 1 式中讹一一段氧化铝的溶出率 ％ ；A 一碱比；B 一烧结温度 ℃ ；C 一烧结时间 r a i n 。 万方数据 有色金属第5 7 卷 表3 一段烧结试验结果 T a b l e3L e a c h i n gr e s u l t sf o ro n e s t a g es i n t e r i n g 将一段烧结最佳条件代人式 1 中，求得一段最 佳烧结条件下的氧化铝溶出率为8 7 ．9 9 ％。 根据式 1 ，作出碱比R 在一定条件下对氧化 铝溶出率的影响曲线，如图1 所示。 8 8 8 6 8 4 蓬 套8 2 8 0 7 8 L I J l J 1 ．0 5I ．L UI ．1 5L 2 0I ．2 a RY 图I碱比R 对A 1 2 0 3 溶出率的影响 烧结温度一定，烧结4 0 m i n F i g ．1 E f f e c to fRo nr e s u o h i t i o no fA 1 2 0 3 u n d e rc e r t a i n s i n t e r i n gt e m p e r a t u r ef o rr e t e n t i o n4 0 r a i n 碱比R 是影响一段烧结舢2 0 3 溶出率最主要 的因素。从图1 可看出，碱比R 为1 ．2 时鹏0 3 溶 出率达到最大。当碱比R N 1 ．2 时，多余的碱在高温下 1 0 0 0 ℃ 会 阻碍N a 2 0 A 1 2 0 3 生成，熟料溶出时，在没有石灰存 在的情况下过多的游离N a 2 C 0 3 有脱硅作用，生成 N a 2 0 ’鹏0 3 ‘2 S i 0 2 n H 2 0 N a 2 C 0 3 方钠石 ，导致 节A 1 ．n 降低，碱耗增大。 碱比R 一定，烧结温度在1 1 0 0 ℃时，呀A L o ．较 高，此温度比目前碱石灰烧结法的烧结温度低1 0 0 ～1 5 0 ℃，因而单位质量熟料的热耗较碱石灰烧结法 低。当烧结温度过低时，炉料中只有少量液相出现， 化学反应速度较慢，在一定时间内，化学反应进行不 完全，熟料欠烧， 7 A L o 低。当烧结温度过高时，熟料 过烧，泥渣沉降性能也差，叩A lo 也低。同时，由于高 温烧结引起碱的挥发，熔体在冷却时来不及分解的 三元化合物增加，使熟料坚硬难磨、气孔率低，更不 利于颗粒溶出，因此，这种熟料的溶出率也不会高。 烧结时间是三个考查因素中最次要的因素。时 间长短的改变对于氧化铝溶出率的影响不显著。烧 结时间短，物料反应不充分，炉料中的虬O ，不能全 部生成N a 2 0 他0 3 而溶出，7 札q 低。烧结时间过 长，有可能导致碱的烧损增加，从而影响7 ～，q 。烧 结时间t 4 0 m i n 较适宜。 两段烧结法一个最大的优点是，在一段熟料溶 出过程中基本上消除了二次反应的影响，所以在一 段熟料溶出过程中可以提高温度，这样在溶出过程 中同时起到了脱硅作用。由表4 可见当溶出温度高 于9 0 ℃时，溶液的硅量指数达到4 0 0 以上，因此可 以取消专门的脱硅工序。 表4 溶出温度对铝酸钠溶液硅量指数的影响 T a b l e4E f f e c to fl e a c h i n gt e m p e r a t u r eo n A ／So fl e a c h i n gs o l u t i o n 2 ．2 二段烧结浸出结果 二段烧结条件与A 1 2 0 3 浸出率的关系如表5 所 示。由极差分析得到的二段烧结最佳条件为钙比 R 。 2 ．2 5 ，烧结温度1 2 0 0 ℃，烧结时间4 0 m i n 。由 试验结果整理出回归方程如式 2 所示。 讹 一4 4 3 ．5 A 2 2 0 0 9 ．1 5 A 一0 ．0 0 0 3 2 8 2 0 ．7 8 1 4 6 6 6 B 一0 ．0 0 4 0 3 7 5 C 2 0 ．2 6 0 9 1 0 0 5 C 一 2 6 6 9 ．8 8 7 7 6 6 2 式中私一石灰烧结氧化铝的溶出率 ％ ；A ～钙 比；B 一烧结温度 C ；C 一烧结时间 r a i n 。 将二段烧结最佳条件代入回归方程，求得二段 最佳烧结条件下的氧化铝溶出率为8 6 ．4 2 ％。根据 式 2 ，作出钙比R c 在一定条件下对氧化铝溶出率 万方数据 第3 期何润德等两段烧结法处理中低品位铝土矿 5 7 的影响曲线，如图2 所示。 表5 二段烧结试验结果 T a b l e5L e a c h i n gr a t eo fA 1 2 0 3w i t ht W O s t a g es i n t e r i n g 编号钙比R c烧结温度厂c烧结时／r a i n 他0 3 ／％ 12 ．0 51 1 0 02 06 2 ．4 3 22 ．0 51 1 5 04 06 4 ．4 6 32 ．0 51 2 0 06 06 1 ．8 5 42 ．2 51 1 0 04 08 0 ．5 8 52 ．2 51 1 5 06 08 3 ．4 4 62 ．2 51 2 0 02 08 5 ．9 8 72 ．4 51 1 0 06 06 3 ．8 9 82 ．4 51 1 5 02 06 8 ．2 2 92 ．4 51 2 0 04 07 2 ．7 l ∞ 7 6 冰 7 2 、 6 8 6 4 6 0 2 ．0 52 ．J a2 ．2 5Z ．3 52 ．4 a R c 图2钙比R c 对A 1 2 0 3 溶出率的影响 烧结温度一定，烧结4 0 r a i n F i g ．2 E f f e c to fR co nr e s u o l u t i o no fA 1 2 0 3 u n d e rc e r t a i n s i n t e r i n gt e m p e r a t u r ef o rr e t e n t i o n4 0 m i n 在二段烧结溶出中，钙比是影响刁扎o ，最主要 的因素。从图2 可以看出，钙比为2 ．2 5 时，氧化铝 溶出率较好。在配人钙量时，还必须充分考虑C a O T i 0 2 稳定相的生成。当钙比R c 2 ．2 5 时，配入的钙量过多，游离的C a O 在溶出时与铝酸 钠溶液反应生成水合铝酸钙 3 C a O 她0 3 6 H 2 0 沉 淀，造成她0 3 损失，枫q 同样不高。 烧结温度对于二段烧结的影响程度较钙比次 之，适宜的烧结温度主要决定于炉料成份。当烧结 温度过低时，化学反应进行不完全，因而使熟料中的 业0 3 和N a 2 0 溶出率降低。同时，由于存在着未反 应的游离态石灰。在赤泥分离过程增加出现赤泥膨 胀的可能性。溶出液与赤泥接触的时间延长，赤泥 中的2 C a O S i 0 2 与溶液中的A 1 2 0 3 、N a 2 0 发生二次 反应的机会增多，使A 1 2 C h 、N a 2 0 的损失增加。当 烧结温度过高时，熟料过烧使设备的作业失常，且热 耗增加，得不偿失。 烧结时间的改变对仙．q 影响不大。烧结时间 为2 0 、3 0 、4 0 m i n 时，氧化铝的溶出率相近，相差不超 过0 ．6 ％。 3结论 一段烧结最佳烧结温度为1 1 0 0 ℃，碱比为1 ．2 ， 烧结时间为4 0 m i n 。氧化铝溶出率达到8 7 ．9 9 ％。 两段烧结法在熟料溶出时可以兼顾进行脱硅， 溶出温度为9 0 ℃时，溶液硅量指数达到4 4 4 ．5 6 ，大 于一般要求的精液的硅量指数4 0 0 。 二段烧结最佳烧结温度为1 2 0 0 ℃，钙比为 2 ．2 5 ，烧结时间为4 0 m i n ，此时熟料不会熔化，氧化 铝溶出率达到8 6 ．4 2 ％。 两段烧结新工艺处理铝硅比为5 ．6 的矿石，氧 化铝总溶出率通过计算可达9 8 ％左右，碱的化学损 失约1 1 ．2 0k gN a 2 C O s ／t A 1 2 0 3 。 [ 1 ] 杨重愚．试论两段烧结法处理我国铝土矿的合理性[ J ] ．轻金属，1 9 7 8 ， 4 l 一4 ． [ 2 ] 杨重愚．轻金属冶金学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 1 7 0 9 0 ． [ 3 ] 罗琳，邱冠周，刘永康，等．论中国高硅低铁一水硬铝石型铝土矿的几种处理方法[ J ] ．轻金属，1 9 9 6 ， 2 1 4 1 7 ． [ 4 ] 杨重愚．氧化铝生产工艺学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 3 2 5 1 2 9 1 ． [ 5 ] 毛小浩，车蓉，何润德，等．中低品位铝土矿两段烧结法中I 段烧结工艺研究[ J ] ．贵州工业大学报，2 0 0 3 ，3 2 2 1 1 1 4 ． 下转第6 6 页，C o n t i n u e do nP ．6 6 万方数据 有 色金属 第5 7 卷 S l u r r yE l e c t r o l y s i sT e c h n o l o g yf o rR e f r a c t o r yG o l dC o n c e n t r a t eA s s o c i a t e dw i t hC o p p e ra n dL e a d C H E NY o n g - q i a n 9 1 一，Q I UD i n g - f a n 2 ，W A N GC h e n g - y a n2 ，H A NY i n g - d o n 9 3 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．U n i v e r c i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e O i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 3 ．H e n a nZ h o n g y u a nG o l dS m e l t e r ，S a n m e n x i a4 7 2 0 0 0 ，H e n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h en o v e lt e c h n o l o g yo f “s l u r r ye l e c t r o l y s i s c y a n i d el e a c h i n g f l o a t a t i o n ’’f o rt r e a t m e n to fc o m p l i c a t e d g o l dc o n c e n t r a t ec o n t a i n i n gc o p p e ra n dl e a di si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gr e c o v e r yo fP b ， C ua n dA ga r e9 5 ．0 5 ％，1 4 ．2 8 ％a n d7 5 ．6 6 ％i ns l u r r ye l e c t r o l y s i sp r o c e s s ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h eA ur e m a i n s i nr e s i d u ec o m p l e t e l y ．T h eA ul e a c h i n gr e c o v e r yf r o ms l u r r ye l e c t r o l y s i sr e s i d u ei nc y a n i d el e a c h i n gp r o c e s si s 9 5 ．3 0 ％．a n dt h ec y a n i d ec o n s u m p t i o ni sd e c r e a s e dt o5 ．1 k g ／tf r o mn o r m a l1 4 k g ／tc o r r e s p o n d i n gt ot h ec o n c e n t r a t e ．T h ef l o a t a t i o nr e c o v e r i e so fC u ，A ua n dA gf r o mc y a n i d el e a c h i n gr e s i d u ea r e8 1 ．8 6 ％，4 0 ．1 ％a n d 8 3 ．7 9 ％，r e s p e c t i v e l y ，t h ef l o a t a t i o nt a i l i n g sc a nb es o l da ss u l f u rc o n c e n t r a t e ．T h en o v e lt e c h n o l o g yw i t hr a t i o n a ls t r u c t u r ea n da d v a n t a g e si nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fr e s o u r c ei sa ne n v i r o n m e n t a lf r i e n d s h i p ，e c o n o m i c a l a n de f f e c t i v em e a s u r ef o rr e f r a c t o r yg o l do r et r e a t m e n t ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；r e f r a c t o r yg o l dc o n c e n t r a t e ；s l u r r ye l e c t r o l y s i s 上接第5 7 页，C o n t i n u e df r o mP ．5 7 T w o - s t a g eS i n t e r i n gP r o c e s sf o rM i d d l e - l o wG r a d eB a u x i t eH a n d l i n g H ER u n d e ，L IZ h i - y i n g ，Z H A N GN i a n b i n g ，C I T ER o n g ，M A OX i a o - h a o D e p a r t m e n to l ‘M e t a l l u r g y ，G u i z h o uU i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et w o - s t a g es i n t e r i n gp r o c e s st ot r e a tt h em i d d l e l o wb a u x i t e A ／S 5 i si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t s s h o wt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o nf o rt h ef i r s ts t a g es i n t e r i n gi sa l k a l i r a t i o1 ．2 ．s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e11 0 0 ℃ a n ds i n t e r i n gt i m e4 0 r a i n ，t h el c a c h i n gr e c o v e r yo fA 1 2 0 3i su pt o8 7 ．9 9 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n ，w h i l e l e a c h i n ga t9 0 ℃．A ／Si nt h el e a c h i n gs o l u t i o ni so v e r4 0 0 ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o no ft h es e c o n ds t a g es i n t e r i n g i sc a l c i u m r a t i o2 ．2 5 ，s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e1 2 0 0 ℃a n ds i n t e r i n gt i m e4 0 r a i n ，A 1 2 0 3l e a c h i n gr e c o v e r yr e a c h e s 8 6 ．0 4 ％f o rs e c o n ds t a g es i n t e r i n gu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n ．T h ef i n a lr e c o v e r yo fA 1 2 0 3i s9 8 ．2 3 ％．a n d t h ec h e m i c a lc o n s u m p t i o no fN a 2 C 0 3i sa b o u t11 ．2 0 k g ／t A 1 2 0 3 ． K e y w o r d s n o n f e r r o u sm e t a l l u r g y ；m i d d l e l o wb a u x i t e ；t w o s t a g es i n t e r i n gp r o c e s s ；s i n t e rl e a c h i n g 万方数据