钠硅渣石灰烧结法工艺探索研究.pdf

3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p l l y s y l ．b g r i r n m ．c n 2 0 1 5 年第7 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 l ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 7 ．0 0 9 钠硅渣石灰烧结法工艺探索研究 杨会宾1 ’2 ，涂赣峰1 ，于海燕1 ，潘晓林1 1 ．东北大学材料与冶金学院，沈阳1 1 0 8 1 9 ；2 ．大唐国际高铝煤炭研发中心，呼和浩特0 1 0 0 5 0 摘要对钠硅渣熟料配方及烧结温度进行了试验研究，并进行探索性工业溶出试验。结果表明，钠硅渣 熟料应采用高钙比 c ／s 2 ．1 ～2 ．2 配方，熟料烧结温度宜在l2 0 0 12 7 0 ℃；由于熟料品位低，使得溶 出液固含高、溶出二次反应剧烈，溶出浆液必需进行快速分离，以获得较好的溶出效果。 关键词钠硅渣；烧结法；配方；钙比 中图分类号T F 8 2 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 E x p l o r a t o r yS t u d yo fL i m eS i n t e rP r o c e s sf o rS o d i u mA l u m i n o s i l i c a t eC l i n k e r Y A N GH u i b i n l ”，T UG a n f e n 9 1 ，Y UH a l y a n l ，P A NX i a o l i n l 1 ．S c h o o lo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ．S h e n y a n g1 1 0 8 1 9 ，C h i n a 2 ．D a t a n gI n t e r n a t i o n a lH i g hA l u m i n u mC o a lR DC e n t e r ，H o h h o t ，0 1 0 0 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t C a l c i u ms i l i c ar a t i o c ／s o fs o d i u ma l u m i n o s i l i c a t ec l i n k e ra n ds i n t e r i n gt e m p e r a t u r ew e r e s t u d i e d ．E x p l o r a t o r yi n d u s t r i a ld i s s o l u t i o n t e s tw a sc o n d u c t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts o d i u m a l u m i n o s i l i c a t ec l i n k e rs h o u l db es i n t e r e da t12 0 0 ～12 7 0 ℃w i t hc ／so f2 ．1 ～2 ．2 ．T h ed i g e s t i o ns o l u t i o n h a sh i g hs o l i dc o n c e n t r a t ea n ds e c o n d a r yd i g e s t i o nr e a c t i o ni si n t e n s ed u et ol o wg r a d eo fc l i n k e r ．T h e d i g e s t i o ns o l u t i o nm u s tb ef i l t e r e dq u i c k l yt oo b t a i nb e t t e rd i g e s tr e s u l t s ． K e yw o r d s s o d i u ma l u m i n o s i l i c a t ec l i n k e r ；s i n t e rp r o c e s s ；f o r m u l a ；c a l c i u ms i l i c ar a t i o 钠硅渣是氧化铝生产过程中的～次脱硅产物， 钠硅渣与钙硅渣混合在一起返回生料配制系统，目 的是回收钠硅渣中的氧化铝和氧化钠口] 。钠硅渣中 有价成分的回收技术分为火法工艺和湿法工艺。国 内研究得较多[ 2 卅的是湿法工艺，火法工艺处理钠硅 渣研究得比较少，尤其是纯钠硅渣单独配料烧结回 收氧化铝的文献报道更少。采用一定工艺手段可以 把钠硅渣从氧化铝生产流程中分离出来，分离出来 的钠硅渣不和钙硅渣或赤泥} 昆合在一起，纯度较高， 可采用多种方法和途径进行综合回收或利用[ 7 。。1 。 本文以回收钠硅渣中的氧化铝和氧化钠为目的，研 究了纯钠硅渣与生石灰单独配料烧结工艺技术，包 括此技术路线所涉及的熟料配方、烧结及溶出等技 收稿日期2 0 1 5 一0 1 3 0 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 1 0 4 0 4 1 作者简介杨会宾 1 9 7 6 一 ，男，河南濮阳人，硕士，高工 术问题。钠硅渣熟料与传统铝土矿熟料相比，熟料 中氧化铝含量低、铝硅比低，属于低品位熟料类 型[ 1 1 。”] ，有必要开展工艺研究来确定最佳工艺参数。 1 钠硅渣的制备 烧结法氧化铝生工艺中，铝酸钠粗液首先需要 经过一段高压脱硅，脱硅温度在1 5 0 ℃左右，脱硅时 间9 0m i n 左右，脱硅产物为方钠石型含水铝硅酸钠， 俗称钠硅渣。由于工业脱硅过程加入的种子中含有 钙硅渣，所以，在烧结法工艺中一次脱硅产物是钠硅 渣和钙硅渣混合在一起的混合硅渣，二者不可分离。 拜耳法生产氧化铝工艺中，矿石溶出过程与脱硅过程 同在溶出工序完成，钠硅渣与赤泥混合在一起，所 以，传统的拜耳法工艺也不能分离出纯钠硅渣。 万方数据 2 0 1 5 年第7 期有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．o n 3 l 本研究所用钠硅渣是实验室制备的纯钠硅渣。 首先，从工业上取烧结法氧化铝熟料，熟料在碱溶液 中溶出制得铝酸钠粗溶液，然后粗液添加纯钠硅渣做 种子高压脱硅，脱硅温度1 5 0 ℃，脱硅时间1 2 0m i n 。 脱硅反应后过滤分离，制取的纯相钠硅渣化学成分 分析结果 ％ S i 0 23 3 ．7 l 、A 1 2 0 33 2 ．5 9 、N a 2O 2 4 ．3 5 、灼减5 ．0 8 。其X R D 分析结果如图1 所示。 Ol O2 03 04 05 06 07 0 2 鲫o 图1 钠硅渣的X R D 谱 F i g ．1 X R Dp a t t e r no fs o d i u ma l u m i n o s i l i c a t e 从物相分析可以看出，脱硅产物为纯相钠硅渣。 后续熟料烧结试验均是以此钠硅渣为原料。 2 钠硅渣熟料钙比配方试验 钠硅渣理论碱比为1 ．0 。由于硅渣制备过程中 存在洗涤不彻底及结晶过程带碱等因素，实际碱比 氧化铝和氧化钠的分子比 往往大于1 ．0 。本研究 所用钠硅渣的碱比为1 ．1 9 。在生料配料过程中，不 再调节碱比，只配人石灰，调节生料钙比 氧化钙与 氧化硅的分子比，c ／s 。考察不同钙比条件下钠硅 渣熟料的溶出性能。 2 ．1 钙比配方试验 根据铝酸钠熟料烧结经验，初步确定熟料烧结 冰 、 碍 丑 建 漆 、 静 毫 遵 温度为12 0 0 ℃，烧结时间为3 0m i n ，开展不同钙比 条件下的烧结试验。烧结完成后，熟料做标溶，以熟 料中氧化铝、氧化钠的标准溶出率来判定熟料质量 优劣。结果如图2 所示。 图2 不同钙比熟料的标准溶出率 F i g ．2 S t a n d a r dd i s s o l u t i o nr a t eo fc l i n k e r u n d e rd i f f e r e n tc a l c i u ms i l i c ar a t i o 由图2 可看出，熟料氧化铝、氧化钠标准溶出 率随钙比升高而增大，在C ／S 2 ．0 ～2 ．2 时，二者 的标准溶出率均达最高水平，氧化铝标溶率在 9 3 ％～9 5 ％，氧化钠标溶率在9 4 ％～9 5 ％。当钙 比大于2 ．2 后，熟料氧化铝、氧化钠标溶率均开始 下降。所以，对于钠硅渣单独烧结的这种低品位熟 料，钙比在2 ．0 ～2 ．2 最好，可见这种低品位熟料适 用于高钙配方。 2 ．2 不同钙比时烧结温度试验 根据钙比试验结果，确定熟料钙比为2 ．0 和 2 ．2 ，开展了不同烧结温度试验，烧结时间均为3 0 m i n 。熟料烧结完成后，分别做标准溶出试验，计算 氧化铝和氧化钠的溶出率，试验结果见图3 。 a 钙比2 ．0 b 钙比2 ．2 图3 不同钙比时烧结温度对熟料溶出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fs i n t e r i n gt e m p e r a t u r eo ns t a n d a r dd i s s o l u t i o nr a t e o fc l i n k e ru n d e rd i f f e r e n tc a l c i u ms i l i c ar a t i o 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第7 期 由图3 a 可知，在钙比为2 ．0 时，熟料氧化铝、氧 化钠的标溶率随烧结温度的升高而增加。在烧结温 度低于11 5 0 ℃时，熟料标溶率较低；尤其在11 0 0 ℃以下时，熟料氧化铝标溶率只有7 6 ％左右，氧化 钠标溶率只有8 5 ％左右；烧结温度超过12 0 0 ℃后， 氧化铝标溶率升高幅度不大，基本稳定在9 4 ％左 右；从12 0 0 ～12 5 0 ℃的升温过程中，氧化钠标溶 率仍有升高，最高为9 4 ．3 1 ％。所以，钙比2 ．0 时， 熟料的烧结温度不宜低于12 0 0 ℃。 由图3 b 可见，熟料钙比为2 ．2 时，其氧化铝、氧 化钠的标准溶出率变化规律与钙比2 ．0 时基本一 致。综合来看，烧结温度也需要保持在12 0 0 ℃以 上，此时，氧化铝、氧化钠标准溶出率均可保持在 9 3 ％以上。 氧化铝生产过程中熟料钙比的控制范围不宜过 宽，也不能过窄。钙比控制范围过宽时，经常会引起 生产指标波动；控制范围过窄，实际操作比较困难， 生产上难以实现。熟料烧结温度范围也不能过窄， 否则生产上难以实现。从试验数据看，烧结温度在 12 0 0 ～12 5 0 ℃范围内，熟料中氧化铝、氧化钠的标 溶率有上升趋势，更好的烧结温度应该在12 5 0 ℃ 以上。但是，考虑到回转窑的实际应用温度和耐火 材料的承受能力，温度也不宜太高。所以，结合熟料 配比及烧结试验结果和生产实际情况，建议生产过 程中这种熟料的钙比控制在2 ．1 ～2 ．2 ，烧结温度控 制在12 0 0 ～l2 7 0o C ，碱比以钠硅渣原料的碱比为 准，不再进行调节，本研究中熟料碱比为1 ．1 9 。 2 ．3 熟料工业溶出试验 为考察熟料的实际溶出效果，开展了熟料工业 溶出探索试验，熟料钙比2 ．2 ，烧结温度12 0 0 ℃，烧 结时间3 0m i n 。用工业调配液、在工况条件下于水 浴槽内搅拌溶出，考察熟料在实际工业流程中的溶 出效果。根据氧化铝厂溶出条件确定熟料工业溶出 条件为温度8 5 ℃、溶出时间3 0m i n 、溶出液固质 量比 L ／S 分别为4 ．0 和2 ．5 。在确定溶出液固比 时考虑了以下两方面 1 传统烧结法熟料溶出液固比约为3 ．5 ～4 ．0 ， 所以确定一个L ／S 4 ．0 的溶出条件 1 号试验 ； 2 由于钠硅渣熟料品位低，熟料中氧化铝含量 只有1 9 ％左右，用L ／S 为4 ．0 的试验条件溶出时， 溶出液的氧化铝浓度会比较低，与生产上实际溶出 粗液浓度相差较大，所以又确定了一个L ／S 一2 ．5 的溶出条件 2 号试验 ，以使溶出粗液浓度与工业 生产相当。 溶出液和固体分析结果如表1 ～2 所示。 表1熟料工业溶出试验溶液分析结果 1 h b l e1 C o m p o s i t i o no fi n d u s t r i a ld i s s o l u t i o n s o l u t i o no fc l i n k e ro fi n d u s t r yd i s s o l u t i o n ／ g L - 1 样品N a 2 0 TA 1 2 0 3N a z O 。S i 0 2a 。 调配液 6 8 ．3 05 1 ．6 02 0 ．3 2 1 ．5 3 0 1 号溶出液 9 3 ．3 48 4 ．9 01 2 ．8 23 ．5 61 ．5 6 0 2 号溶出液 1 1 3 ．0 41 1 2 ．5 01 4 ．9 95 ．4 01 ．4 3 4 表2 熟料工业溶出试验固体分析结果 T a b l e2 S o l i dc o m p o s i t i o no fc l i n k e ro f i n d u s t r i a ld i s s o l u t i o n ／％ 从溶出结果看，高液固比 L ／S 4 ．0 条件下氧 化铝溶出率可以达到8 8 ．8 0 ％、氧化钠溶出率为 9 5 ．3 6 ％，但溶出液的氧化铝浓度较低；低液固比 L ／S 2 ．5 条件下，溶出液的氧化铝浓度为1 1 2 ．5 0 g ／L ，接近工业流程中1 2 0g ／L 的铝酸钠粗液浓度， 但熟料溶出率下降严重，氧化铝、氧化钠的溶出率分 别只有7 6 ．5 6 ％、8 8 ．3 5 ％。 从溶出赤泥看，2 号试验赤泥中氧化钠含量为 2 ．0 3 ％，而1 号试验只有0 ．8 6 ％，说明低液固比条 件下赤泥的二次反应更为严重，溶出浆液需要快速 进行液固分离。对于这种低品位熟料的工业溶出， 后续需要在调配液成分、溶出条件、赤泥快速分离等 进行更多的研究，寻找最优工艺条件，以达到最佳工 业溶出效果。 3结论 1 钠硅渣熟料适用高钙比配方 C ／S 一2 ．1 ～ 2 ．2 ，在此条件下，氧化铝和氧化钠标溶率分别为 9 3 ％～9 5 ％和9 4 ％～9 5 ％。 2 钠硅渣熟料烧结温度宜在12 0 0 ～12 7 0 ℃， 在此温度范围内、最佳钙比条件下，氧化铝、氧化钠 标准溶出率均可保持在9 3 ％以上。 3 这种低铝硅比熟料溶出过程中，随着溶出液 固比的降低和粗液氧化铝浓度的升高，二次反应加 剧，工业生产应用时，溶出浆液需实现快速分离，以 达到较高的氧化铝溶出率和较低的碱耗指标。 万方数据 2 0 1 5 年第7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ，o n 3 3 参考文献 [ 1 ] 毕诗文，于海燕．氧化铝生产工艺[ M ] ．北京化学工业 出版社，2 0 0 6 2 3 6 2 3 7 ． [ 2 ] 张亚莉。钠硅渣湿法处理工艺与理论研究[ D ] ．长沙 中南大学，2 0 0 3 ． [ 3 ] h 天梅，焦淑红，郭晋梅，等．烧结法深度脱硅工艺试验 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 2 2 6 2 8 ． [ 4 ] 郑洁．钠硅渣中氧化铝和氧化钠回收的基础研究[ D ] ． 长沙中南大学，2 0 1 2 ． [ 5 ] 潘海娥，李太昌，冯国政．C a O 水化法从钠硅渣中回收 氧化钠的研究[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 9 3 4 0 一4 3 ． [ 6 ] 杨长付．钠硅渣湿法溶出性能研究[ J ] ．轻金属，2 0 0 9 3 1 6 2 0 ． [ 7 ] 杨会宾，张淑珍．钠硅渣综合利用途径[ J ] ．轻金属， 2 0 0 8 1 1 1 6 - 1 9 ． E 8 ] 杨会宾．钠硅渣改性制备4 A 沸石试验报告[ R ] ．山东 淄博中国铝业山东分公司研究院，2 0 0 3 ． E 9 ] 杨会宾，刘国艳．用氧化铝生产中的副产品钠硅渣生产 洗涤用4 A 沸石的方法中国，2 0 0 4 1 0 0 2 3 9 1 6 ．5 [ P ] ． 2 0 0 5 - 0 1 1 2 ． [ 1 0 ] 王晓峰．酸法处理钠硅渣试验报告[ R ] ．山东淄博中 国铝业山东分公司，2 0 0 3 ． [ 1 1 ] 王素刚，李鹏飞，张志军．拜耳法溶出矿浆与烧结法粗 液合流的生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 1 2 1 8 2 0 ． [ 1 2 ] 韩安玲．串联法氧化铝生产中的合流脱硅E J ] ．轻金 属，2 0 0 6 5 2 4 2 6 ． [ 1 3 ] 殷希丽．稳定串联法熟料烧成热工制度的工艺措施 [ J ] ．轻金属，2 0 1 0 7 2 3 2 5 ． [ 1 4 ] 张仲波，卜天梅，王宏．烧结法熟料低碳钠溶出的研究 及应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 1 1 3 1 3 3 ． [ 1 5 ] 李来时，刘瑛瑛，张帅．中低品位铝土矿串联法和选矿 拜耳法生产氧化铝比较[ J ] ．轻金属，2 0 1 3 8 1 6 1 9 ． [ 1 6 ] 程来星．烧结法熟料溶出工艺研究[ J ] ．有色金属 冶 炼部分 ，2 0 1 3 1 2 4 2 6 ． [ 1 7 ] 刘康．霞石烧结法的工艺研究[ D ] ，昆明昆明理工大 学，2 0 0 8 1 1 ． 方、沪乜p p 、p q p q p 、p t p t p p q p 、9 P t 户、9 p 、t ≯q 妒攀‘心’心。p ‘乜p 喝声p 心‘廿、p 。妒_ 4 、p 扩乜妒_ 、、妒、p 矿p 、p p 、p 、p 。一p d 。√。粤 ； ；。； 2 现货供应 { A A ； 务 A 气 o d s “t p 混合澄清槽离心萃取器 请联系大连市沙河口区精华萃取设备设计研发中心 法人代表叶春林 { 电话1 3 7 0 4 1 1 3 6 7 7 ／0 4 1 1 8 8 1 2 4 2 2 7 { 邮箱s h 。p 8 8 8 8 8 9 2 0 s o h u ．c 。m 2 更多信息请登录Ⅵn 唧c u i q u s h e b e i c 。m 和w w w L _ 1 一e x t r a c t i 。n c 。m { 秽p t 毋一一一毋一{ 一{ f “毋毋一{ 一一p 毋一毋妒p p { 一毋，p p p p e 9 p ，毋一一毋一一{ 丹一c 9 毋。 、J ≮ 万方数据