烧结法熟料溶出工艺研究.pdf

2 4 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 3 年1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 0 8 烧结法熟料溶出工艺研究 程来星 黄石职业技术学院，湖北黄石4 3 5 0 0 摘要通过正交试验与单因素试验考察了溶出时间、液固比、溶出温度及调整液中碳酸钠浓度等因素对 烧结法熟料溶出过程的影响，并确定了影响因素的主次关系。结果表明，影响因素主次关系依次是温 度、时间、液固比、碳酸钠浓度，在下述条件下，氧化铝溶出率达到9 1 ．2 6 ％碳酸钠浓度2 0g ／L 、液固比 5 1 、溶出时间3 0m i n 、溶出温度8 0 ℃。 关键词氧化铝；烧结法；熟料溶出；正交试验 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 3 0 1 0 0 2 4 0 3 S t u d yo nS i n t e r i n gC l i n k e rD i g e s t i o nP r o c e s s C H E N G L a i x i n g H u a n g s h iP o l y t e c h n i cC o l l e g e ，H u a n g s h i4 3 5 0 0 0 ，H u b e i ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e ，t i m e ，r a t i oo f1 i q u i dt os o l i d L ／S ，a n dc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc a r b o n a t ei nc o r r e c t i o nl i q u o ri nc l i n k e rd i g e s t i o np r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e dw i t ho r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n d s i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t 。a n dt h ef o u rf a c t o r sw e r ed e t e r m i n e db a s e do ni n f l u e n c em o m e n t u m ．T h er e s u l t s s h o wt h a tt h ef o u rf a c t o r si ns e q u e n c ef r o mh i g ht o1 0 Wa r et e m p e r a t u r e ，t i m e ，L ／S ，c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc a r b o n a t e ．T h el e a c h i n gr a t eo fa l u m i n ai s91 ．26 ％u n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gd i g e s t i o nt e m p e r a t u r eo f8 0 ℃，d i s s o l v i n gt i m eo f3 0m i n ，L ／So f5 1 ，a n dc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc a r b o n a t eo f2 0g ／L ． K e yw o r d s a l u m i n a ；s i n t e r i n gp r o c e s s ；d i g e s t i o no fc l i n k e r ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t 烧结法生产氧化铝工艺中由于熟料溶出时发生 二次反应[ 1 。2 ] ，不仅使氧化铝溶出率降低，还会影响 其他工艺过程的正常运行，从而直接影响氧化铝生 产技术经济指标口] 。近年来，不少研究探索了溶出 过程中工艺条件对二次反应的影响规律[ 4 。7 ] ，并总结 出了一套抑制二次反应的措施[ 8 12 | 。为了获取熟料 中氧化铝最大溶出率，更好地了解二次反应程度以 及添加剂对二次反应的抑制效果，本文针对某铝厂 提供的原料，通过正交试验与单因素试验研究溶出 温度和时间、液固比和碳酸钠浓度对溶出的影响，并 确定最佳溶出条件。 1试验原料 试验用熟料来于国内某铝厂，成分分析结果 ％ S i 0 21 0 ．5 0 、F e 2 0 34 ．5 2 、A 1 2 0 32 7 ．8 4 、C a O 1 7 ．6 4 、T i 0 21 ．5 6 、N a 2 0 K 1 7 ．2 6 、N a 2 0 。2 ．6 0 、K 2 0 4 ．0 5 。粒度分析结果 ％ 0 ．8 3 3m m0 ．2 7 、一 0 ．8 3 3 ～ 0 ．3 1 0m m1 ．6 2 、一0 ．3 1 0 ～ 0 ．1 4 7m m 1 6 ．9 5 、一0 ．1 4 7 ～ 0 ．1 0 4m m2 9 ．4 8 、一0 ．1 0 4m m 5 1 ．6 8 。 根据某铝厂的实际生产数据，按照文献u 胡配制 所需的铝酸钠溶液。 收稿日期2 0 1 2 1 0 1 2 基金项目湖北省黄石市科技局项目 2 0 1 2 2 0 2 3 7 3 3 8 ．5 ；黄石职业技术学院重点研究项目 2 0 1 2 1 7 作者简介程来星 1 9 6 4 一 ，男，湖北黄石人，副教授． 万方数据 2 0 1 3 年I 期 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 5 2试验结果与分析 2 ．1 正交试验结果及极差分析 按照I 。。 3 4 进行正交试验，结果如表1 所示。 表1 正交试验结果 T a b l e1R e s u l to fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t D 溶出 E 溶出时F 液固G 碳酸钠浓溶出率／ ⋯ 温度／℃问／r a i n比度／ I ．g o ％ 1 4 02 04 11 08 6 ．5 2 24 03 05 1 2 08 3 ．2 2 34 04 06 13 08 5 ．6 6 46 0 2 06 12 08 5 ．5 9 56 03 04 13 09 0 ．3 1 66 0 4 05 11 08 5 ．9 2 78 02 05 ；13 09 1 ．0 1 88 03 06 11 09 0 ．8 1 98 04 04 12 09 1 ．15 K 1 7 8 ．4 7 K 28 7 ．6 1 K 3 9 4 ．5 4 R1 6 ．0 7 由表1 可知，影响因素的主次关系依次是溶出 温度、溶出时间、液固比、碳酸钠浓度。最优条件为 D 。E 。F 。G 。，考虑生产实际和节能情况，较合理的条 件为D 。E 。F G ，即溶出温度8 0 ℃、溶出时间3 0 m i n 、液固比5 1 、碳酸钠浓度2 0g ／L 。 2 ．2 溶出温度对溶出率的影响 固定条件液固比5 1 、碳酸钠浓度2 0g ／L 、溶 出时间3 0r a i n ，溶出温度对氧化铝溶出率的影响如 图1 所示。 图1溶出温度对溶出率的影响 F i g ．1 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n gr a t e 图1 表明，随溶出温度的增加，氧化铝的溶出率 也增加，当温度大于8 0 ℃后，氧化铝溶出率衄线趋 于平缓。因为当温度升高时，溶液黏度减小，分子运 动速度加快，促进了氧化铝的溶出。因此，溶出温度 选择8 0 ℃较适宜。 2 ．3 溶出时间对溶出率的影响 固定条件碳酸钠浓度2 0g ／L 、液固比5 1 、溶 出温度8 0 ℃，溶出时间对氧化铝溶出率的影响如图 2 所示。 图2 溶出时间对溶出率的影响 F i g ．2 E f f e c t so ft i m eo nl e a c h i n gr a t e 图2 表明，溶出时问在1 0 ～2 0m i n 时，氧化铝 溶出率增加迅速，当溶出时问达到3 0m i n 后，氧化 铝溶出率开始逐渐下降。在反应初期，溶出剂浓度 比较高，反应物能够与溶出剂充分接触，使得溶出率 增加较快。但随着反应时间的延长，溶出剂浓度下 降，内扩散速度缓慢，反应界面愈合，并有可能发生 二次反应，使得后期的溶出率逐渐下降。因此，合适 的溶出时间为3 0r a i n 。 2 ．4 液固比对溶出率的影响 固定条件碳酸钠浓度2 0g ／L 、溶出温度8 0 ℃、溶出时间3 0r a i n ，液固比对溶出率的影响如图3 所示。 图3 表明，氧化铝溶出率随液固比的增加而增 加，大于5 1 后，溶出率曲线趋于平缓。综合考虑， 适宜的液固比为5 1 。 2 ．5 碳酸钠浓度对溶出率的影响 固定条件溶出温度8 0 ℃、液固比5 1 、溶出 时间3 0m i n ，碳酸钠浓度对溶出率的影响见图4 。 图4 表明，随碳酸钠浓度的增加，氧化铝溶出率 也增加，在2 0g ／L 以后溶出率曲线由上升逐渐变为 下降。所以，适宜的碳酸钠浓度为2 0g ／L 。 3结论 影响氧化铝溶出率因素的主次关系是溶出温 万方数据 2 6 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 3 年1 期 枣 、 褂 丑 蜊 液固比 图3 液固比对溶出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fL ／So nl e a c h i n gr a t e 冰 、 料 丑 剿 礞酸钠浓度他’L ‘1 图4 碳酸钠浓度对溶出率的影响 F i g ．4 E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fs o d i u m c a r b o n a t eo nl e a c h i n gr a t e 度、溶出时间、液固比、碳酸钠浓度。在下述优化条 件下，氧化铝溶出率达到9 1 ．2 6 ％溶出温度8 0 ℃、 溶出时间3 0m i n 、液固比5 1 、碳酸钠浓度2 0g ／L 。 参考文献 [ 1 ] 杨重禹．轻金属冶金学[ M ] - 北京冶金工业出版社， 2 0 0 4 7 2 7 5 ． [ 2 ] 徐华军．氧化铝熟料溶出过程中二次反应的研究[ D I ． 长沙中南大学，2 0 0 6 ． [ 3 ] 王捷．氧化铝生产工艺[ M 1 ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 6 3 6 - 4 0 ． [ 4 ] 李太昌．二次反应抑制剂及其添加工艺技术研究F J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 1 2 6 2 8 ． [ 5 ] 王奎．碳酸钠浓度对熟料氧化铝净溶出的影响及控制 [ J 1 ．轻金属，2 0 0 0 1 1 9 - 1 2 ． [ 6 ] A r l y u kBI ．S t u d yo fa ne f f e c to fan e p h e l i n er a wm a t e r i a lc o m p o s i t i o no np r o c e s sp a r a m e t e r so fa l u m i n ap r o d u c t i o nb yt h es i n t e r i n gm e t h o d s [ J 1 ．L i g h tm e t a l s ，1 9 9 4 5 9 - 6 6 ． [ 7 ] 冯国政．碳酸钠在烧结法熟料溶出过程中作用与浓度 控制[ J ] 。矿产保护与利用，2 0 0 0 3 3 2 3 5 。 [ 8 ] R a y z m a nV ．M o r ec o m p l e t ed e s i l i c a t i o no fa l u m i n a t eS O l u t i o ni st h ek e y - f a c t o rt Or a d i c a li m p r o v e m e n to fa l u m i - n ar e f i n i n g [ J ] ．L i g h tM e t a l s ，1 9 9 6 1 0 9 1 1 4 ． [ 9 1 袁华俊．铝酸盐熟料溶出二次反应研究[ J ] ．贵州工学 院学报，1 9 9 5 ，2 4 2 1 - 6 ． [ 1O ] K l i m e s c hDS ，R a yA ．E f f e c t so fq u a r t zp a r t i c l es i z e a n dk a o l i no nb y d r o g a r n e tf o r m a t i o nd u r i n ga u t o c l a v i n g [ J ] ．C e m e n ta n d C o n c r e t eR e s e a r c h ，1 9 9 8 ，9 2 8 1 3 1 7 1 3 2 3 ． [ 1 1 ] 王一雍，金辉，李继东，等．球磨一浸出工艺处理三水铝 石矿的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 4 1 9 2 2 ． [ 1 2 1 陈红武，周宗科．烧结法熟料溶出条件对二次反应影 响分析[ J ] ．轻金属，2 0 0 1 8 1 4 1 6 ． [ 1 3 ] 康立武．烧结法熟料溶出过程中抑制二次反应的研究 [ D ] ．江西赣州江西理工大学，2 0 0 9 ． 万方数据