球磨-浸出工艺处理三水铝石矿的研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 1 9 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 1 ．0 4 ；0 0 6 球磨一浸出工艺处理三水铝石矿的研究 王一雍，金辉，李继东，李静 辽宁科技大学，辽宁鞍山1 1 4 0 5 1 摘要采用自行研制的球磨装置对三水铝石矿进行了球磨溶出工艺研究。考察了填充系数、转速、料球 比、配矿量和溶出温度等因素对球磨溶出性能的影响，并对球磨溶出矿浆进行了X R D 分析。结果表明， 三水铝石矿的最佳球磨工艺为装球量3 0 ％、钢弹转速1 0 0r ／r a i n 、料球比1 ．2 ；1 、球磨钢球采用混合球 2 ～2 0m m 、1 0 0m L 母液配矿量2 5g 、溶出温度1 5 0 ℃。 关键词球磨；三水铝石矿；溶出性能；转速 中图分类号T F 8 2 1 ；T F 8 0 3 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 4 一0 0 1 9 0 4 S t u d yo fB a l lM i l l i n gD i g e s t i o no nG i b b s i t e W A N GY i y o n g ，J I NH u i ，L Ij i d o n g ，L IJ i n g U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fL i a o n i n g ，A n s h a n1 1 4 0 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t B a l lm i l l i n gd i g e s t i o nt e c h n i q u e so ng i b b s i t ew e r es t u d i e du s i n gb a l lm i l l i n gd e v i c ed e s i g n e db y o u r s e l v e s ．E f f e c t so ff i l lr a t i o ，r o t a t i o ns p e e d ，t h er a t i oo fs l u r r ya n db a l l s ，o r ea m o u n ta n dt e m p e r a t u r eo n d i g e s t i o np r o p e r t i e sw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h ed i s s o l v e ds l u r r yw a sa n a l y z e db yX R D ．T h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h eo p t i m a lb a l lm i l l i n gt e c h n i q u e so ng i b b s i t ei n c l u d er a t eo fb a l la m o u n tr a t eo f3 0 ％，r o t a t i o ns p e e d o f1 0 0r ／m i n ，t h er a t i oo fs l u r r ya n db a l l so f1 ．2 1 ，m i x e db a l l sw i t ht h es i z ef r o m2m mt o2 0m ma n d d i g e s t i n gt e m p e r a t u r eo f15 0 ℃． K e yw o r d s B a l lm i l l i n g ；G i b b s i t e ；D i g e s t i o np r o p e r t i e s ；R o t a t es p e e d 拜耳法是目前从铝土矿中生产氧化铝的主要方 法，目前强化拜耳法溶出主要有两大途径一是提高 溶出温度；二是通过外场处理改变铝土矿自身晶体 结构，改善其溶出性能。比如机械活化[ 1 叫] 、焙烧活 化[ 5 1 等方式。将机械活化同湿法冶金相结合有两种 途径 1 先活化，后浸出； 2 边活化边浸出，浸出和 活化在同一设备完成1 6 ] 。本文在自行设计的球磨溶 出釜中考察机械活化球磨溶出的各种工艺参数，揭 示机械力作用的特点和原理。 1试验 1 ．1 试验原料 试验所采用的铝土矿石来自某铝厂，经过破碎， 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 8 7 4 0 6 1 作者简介王一雍 1 9 8 0 一 ，男，辽宁省鞍山人，讲师 细磨至所需粒度。矿石的X R D 分析表明该矿中的 硅主要以石英形式存在。浸出用液由某铝厂的种分 母液和分析纯氢氧化钠及氢氧化铝配制而成。 1 ．2 试验过程 试验在如图1 所示的试验装置中进行，根据试 验设定的溶出条件，将配制好的矿浆和钢球装入反 应钢弹中，加盖密封。加热至预定温度，设定转速开 始球磨溶出，按试验要求控制保温时间，完成浸出过 程。浸出结束后，拿出钢弹放到冷却水中进行强制 冷却后，打开釜盖取出溶出液进行固液分离。固液 分离过程中，先取出具有代表性的滤液样品用于分 析。 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 图1 球磨反应釜 F i g ．1 T h eb a l lm i l l i n gr e a c t o r 2 结果与讨论 2 ．1 填充系数对溶出性能的影响 填充系数是指所装球的体积与球磨罐总体积之 比。填充系数对矿石溶出性能的影响如图2 所示。 图2 填充系数对溶出率的影响 F i g ．2 E f f e c to ff i l lf a c t o ro nd i g e s t i o n 图2 表明，随着填充系数的增加，氧化铝的溶出 率呈现先增加后降低然后又增加的趋势，这是因为 从本质上说，球磨机的球磨效果是由磨球来完成的， 球磨机内填充量的多少决定了球磨作用的强弱。当 转速一定时，装球鼍过小时，球的摩擦力减小，部分 磨球在钢弹内滑动，减弱了对物料的破碎和球磨效 果；当装球量过大时，靠近钢弹筒体中心的钢弹，由 于远离筒壁，主要作蠕动而很少作抛落运动，球磨效 率减弱。但是当装球量进一步增大，其强化搅拌和 扩散作用就突显出来，导致其溶出率相对也提高了。 本研究中填充系数为0 ．3 时，其溶出率最高。 2 ．2 球磨机转速对溶出性能影响 转速与溶出效果关系如图3 所示，由图3 可知， 球磨机转速较低时，球和物料沿简体上升至自然坡 角，然后滚下 泻落 。这时物料的粉碎主要通过球 与筒壁之间的摩擦来完成，因此，随着转速的增加， 氧化铝的溶出率逐渐增加，当转速增至1 0 0r ／r a i n 时，达到临界转速，此时的溶出率最佳。继续增加转 速，当离心力超过球的重力时，钢球紧靠筒壁和筒体 一起回转，此时球对物料的粉碎作用将停止，因此溶 出率有所降低，但转速增加到较高值时，钢球又在离 心力的作用下，随着筒体上升的高度较大，然后在重 力作用下落 抛落 。这时物料不仅通过球与球及球 壁之间的摩擦作用，还可以受球落下时的冲击作用 而粉碎，溶出率又有所增加。 转速／ r m i n 。 图3 转速对溶出的影响 F i g ．3 E f f e c t so fr o t a t es p e e do nd i g e s t i o n 2 ．3 最佳料球比的确定 本文球料比是指钢球的堆积体积与矿浆 母液 的体积之比，料球比对溶出效果的影响如图4 所示， 由图4 可知，当料球比较低时，由于加入的母液较 少，球与矿浆接触的机会更多，磨细作用很明显，溶 出率较高。进一步增加料球比，其溶出率快速降低， 当增加到1 ．2 1 时，溶出率反而上升，这是由于球 料密度不一样，其运动规律也不一样，当球和料总体 在钢弹内的装载率小于8 0 ％时，球料的回旋余地 高，当过了8 0 ％后，回旋余地小，磨矿效果更好了， 当进一步增大料球比，料球在很有限的空间里无法 作抛落式运动，溶出率降低也是很显然的。有资料 证明，球磨机内磨筒的装载率在8 0 ％左右最好。 料球比低，磨矿和溶出效果好，但是利用率低， 在工业上一般固液反应球磨也不采用，且溶出液太 少不够作赤泥沉降和后续分析用，所以本文后续都 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年4 期 2 1 图4 料球比对溶出的影响 F i g ．4 E f f e c t so ft h er a t i oo fs l u r r ya n d b a l l so nd i g e s t i o n 采用料球比1 ．2 1 进行溶出试验。 2 ．4 配矿量对溶出效果的影响 由于该矿石是石英较多的三水铝石矿，以石英 形态存在的二氧化硅会与母液中的碱反应，所以配 矿时必须考虑，以使原矿的溶出率高并且有较低的 溶出分子比。配矿量以9 0m L 母液加入原矿量来 表示，试验结果如图5 所示。 矿石加入量，g 图5 配矿量对溶出的影响 F i g ．5 E f f e c t so fa m o u n to fo r eo nd i g e s t i o n 由图5 可知，当矿石加入量是2 2 ．5g 时，其溶 出率最高，溶出液的分子比也已经降到了1 ．2 5 4 。 所以对于9 0m L 母液加入2 2 ．5g 原矿是最佳的。 在加入少量的矿时，必然保证溶出率高但是没有发 挥母液的最大溶出能力，赤泥量较小沉降速率较小， 过多的配矿量必然会造成矿石不会充分溶出而浪 费。 2 ．5 溶出温度对球磨溶出效果的影响 溶出温度对球磨溶出效果的影响如图6 所示。 由图6 可看出，当温度由7 5 ℃上升到1 5 0 ℃时，该 矿的溶出率快速上升，到了1 5 0 ℃后，溶出率基本稳 定，所以1 5 0 ℃对于溶出该矿已经足够了。甚至可 以在球磨的条件下适当降低温度，延长溶出时间来 达到最大溶出率，同时还能降低能耗。文献指出[ 3 ] ， 二氧化硅的活性在1 5 0 ℃是很小的，当溶出温度高 于1 5 0 ℃时，其活性增大会消耗掉矿石的苛碱和氧 化铝形成钠硅渣，造成碱耗的增大和矿石的浪费。 图6 溶出温度对溶出的影响 F i g ．6 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nd i g e s t i o n 图7 是赤泥在不同温度溶出后的X R D 衍射图， 可以看出该矿在1 2 5 ℃反应4 0m i n 还不能充分溶 出，赤泥中还有三水铝石相，但是此时的主峰是石英 相了，在1 5 0 ℃溶出后，三水铝石相基本消失，且钠 硅渣相都是玛瑙，此时主峰是石英相；当在1 7 5 ℃溶 出后，石英相被削弱，说明其反应活性增大并与溶出 液反应了，且生成了复杂形式的钠硅渣，铝硅分子比 为1 ．1 5 0 ．8 5 ，此时会有更多的铝形成钠硅渣并进 入赤泥，造成铝的损失。综上所述，该三水铝石矿在 1 5 0 ℃左右为最佳溶出温度。 3结论 1 球磨溶出可强化三水铝石矿的溶出过程，可 将磨矿和溶出工艺在同一反应器中进行； 2 球磨溶出的最佳工艺参数转速1 0 0r ／m i n ， 填充系数0 ．3 ，料球比1 ．2 1 ，磨球采用混合球，给 矿量为1 0 0m L 母液2 5g ； 3 在1 5 0 ℃的溶出温度下，球磨溶出达到了较 好的溶出效果，溶出温度过高会增加氧化铝的损失。 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 石 0 O2 0 4 05 0 8 01 0 0 2 0 ／ 。 02 04 , 0“J8 4 l } 2 0 ／ 。 矿1 守面广荫广亩广嗡， 2 0 ／ o 图7 不同温度溶出后赤泥的X R D 图 F i g ．7 X R D p a t t e r no fr e dm u da f t e rd i g e s t e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 参考文献 [ 1 ] P a w l e kF ．T h eL e a c h i n gB e h a v i o ro fb a u x i t ed u r i n gM e c h a n i c a lC h e m i c a lT r e a t m e n t [ J ] ．L i g h tM e t a l s ，1 9 9 2 2 9 1 9 5 ． [ 2 ] 刘今，龙志奇，巩前明，等．力化学对铝土矿溶出的作用 [ J ] ，中南工业大学学报，1 9 9 9 ，3 0 3 2 6 6 ～2 6 9 ． [ 3 ] 杨家红，李洪桂．矿物机械活化基础理论的研究进展 [ J ] ，稀有金属与硬质合金，1 9 9 6 4 3 8 4 3 ． [ 4 ] 赵中伟，孙培梅．机械活化强化冶金反应的几个问题 [ J ] ，中南工业大学学报，1 9 9 5 ，2 6 6 7 5 8 ． [ 5 ] 李晓斌．铝土矿焙烧过程及焙烧矿溶出动力学研究 [ D ] ，长沙中南工业大学，1 9 8 5 ． [ 6 ] 李运姣，李洪桂，刘茂盛，等．浅谈机械活化在湿法冶金 中的应用[ J ] ，稀有金属与硬质合金，1 9 9 3 3 3 8 - - 4 2 ． 万方数据