微波加热预处理一水硬铝石矿的工艺研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年2 期 2 7 微波加热预处理一水硬铝石矿的工艺研究 王一雍，金辉 辽宁科技大学，辽宁鞍山1 1 4 0 5 1 摘要利用微波加热对我国一水硬铝石矿进行了活化焙烧的实验研究，以降低拜耳法溶出的温度。从微 波添加剂、微波加热功率和微波加热时间对铝土矿的溶出性能的影响等方面进行了研究。并利用S E M 技术对活化焙烧矿的微观形貌进行了分析。实验结果表明，微波加热焙烧的最佳工艺条件为N a O H 添 加量1 0 0k g ／t 。微波加热温度5 3 5 ℃，加热时间5m i n 。短时间的微波辐射就能使矿石的微观形貌发生 显著变化。 关键词一水硬铝石；微波；焙烧；溶出性能 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 2 0 0 2 7 0 4 S t u d yo nM i c r o w a v eR o a s t i n go fD i a s p o r e W A N GY i y o n g ，J I NH u i 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 R o a s t i n gp r o c e s so fd i a s p o r eb ym i c r o w a v ew a st e s t e di no r d e rt od e c r e a s et h ed i g e s t i o nt e m p e r a - t u r e ，t h ee f f e c t so fo p e r a t i o np a r a m e t e r ss u c ha sN a O Ha d d i t i o n ，r o a s t i n gt e m p e r a t u r ea n dr o a s t i n gt i m e w e r ei n v e s t i g a t e d ，t h ed i g e s t i o np e r f o r m a n c eo fr o a s t i n go r ea n dh e a do r ew e r ec o m p a r a t i v e l ys t u d i e d ，a n d t h em i c r o s t r u c t u r eo fr o a s t i n go r ew a sa n a l y z e db yS E M ．T h eo p t i m a lc o n d i t i o n si s1 0 0k g ／tN a O Ha d d i - t i o n ，5 3 5 ℃r o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，a n d5m i nr o a s t i n gt i m e 。s h o r tm i c r o w a v ei r r a d i a t i o nt i m eh a so b v i o u s i n f l u e n c eo nm i c r o s t r u c t u r eo fr o a s t i n go r e ． K e y w o r d s D i a s p o r e ；M i c r o w a v e ；R o a s t i n g ；D i g e s t i o np e r f o r m a n c e 在冶金中，微波加热技术已被用于矿石的破碎， 难选金矿的预处理、从低品位矿石和尾矿中回收金、 从矿石中提取稀有金属和重金属、铁矿石及钒钛磁 铁矿的碳热还原和工业废料处理等方面。所得到的 结果均明显优于传统处理工艺[ 1 - 3 ] 。微波加热预处 理矿石是近年才发展起来的预处理方法。此方法主 要是针对矿石中各种矿物介电常数不同的特性，利 用微波选择性加热的特点，辐射矿石使其中的某些 矿物发生化学反应或物相转化，而不影响其他矿物。 因此，某些用常规方法难以处理的矿物，经微波加热 预处理后就易于处理，且微波处理作用时间短，具有 明显的节能降耗作用。一水硬铝石矿中含有多种矿 物，当用微波加热时，由于组成矿石的各种矿物具有 不同的性质，它们在微波场中的升温速率各不相同， 因而矿石中的不同矿物也应能被加热到不同的温 度。因此，微波加热方法也应可以应用于一水硬铝 石矿的焙烧预处理[ 4 - 6 ] 。但一水硬铝石矿主要含有 铝矿物、铁矿物和脉石矿物，这些矿物并不直接吸收 微波，单纯采用微波直接加热一水硬铝石矿，矿石并 不会发生明显变化，需在微波加热过程中引入添加 剂，才能使一水硬铝石矿的微波加热过程顺利进行， 这是一水硬铝石矿的微波预处理与其他矿石不同之 处。因此，系统研究在一水硬铝石矿中引入添加剂 的基础上利用微波加热焙烧一水硬铝石矿，研究微 基金项目国家自然科学基金资助项目[ 5 0 1 7 4 0 1 8 ] ；辽宁省优秀青年科技人才基金项目[ 2 0 0 5 2 2 1 0 1 2 ] 作者简介王一雍 1 9 8 0 - - ，男，辽宁省鞍山人，讲师． 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年2 期 波加热条件对铝土矿溶出性能的影响规律以及添加 剂在微波预处理矿石中的作用机理就极具理论及实 践意义。 1买验 1 ．1 实验原料 实验所用一水硬铝石矿产地河南，化学成分 ％ A 1 2 0 36 6 ．4 8 、S i 0 2 7 ．2 2 、F e 2 0 35 ．4 5 、T i 0 2 3 ．5 9 、灼减1 4 ．5 7 。采用D ／M A X R B 型衍射仪对矿 石进行了X R D 分析，结果表明，该矿主要由结晶致 密的一水硬铝石构成，这是它难浸出的主要原因。 浸出用液配制由某铝厂的种分母液和分析纯 氢氧化钠及分析纯氢氧化铝配制而成。其组分为 N a 2 0 T 浓度2 3 2g ／L ，N a 2 0 k 浓度2 1 2g ／L ，A 1 2 0 3 浓度1 1 3g ／L N a O 。指铝酸钠溶液中苛性碱，包括 与氧化铝反应生成铝酸钠的N a z O 和以N a 0 H 形 式存在的游离N a 2 0 ；N a 2 0 T 为N a O c 浓度与 N a 2 0 k 浓度总和；N a 2 0 c 指以N a 2 C 0 。形式存在的 N a 2 0 。 1 ．2 实验过程 微波焙烧实验在G W X S L I O S - - 0 1 型微波设备 中进行，微波装置采用红外探头进行测温。将预处 理矿石置于石墨坩埚中，放人微波装置内，启动微波 加热装置。进行微波焙烧试验。 焙烧矿浸出试验在w H F S 一1 型高压釜进行， 采用的工艺条件为浸出温度2 0 0 。C ，浸出时间6 0 r a i n ，石灰添加量5 ％。浸出液与焙烧矿混合后放入 高压釜内，浸出过程结束后，将浸出矿浆抽滤，过滤 分离浸出赤泥，然后分别测定溶液中的A l 。0 。和 N a 。O k 浓度及赤泥中的A l 。0 。和S i 0 2 的含量，算出 不同条件下的A 1 O 。浸出率．r ] ，以及浸出液苛性比 值a k 。 2 结果与讨论 2 ．1 添加剂对焙烧矿溶出性能的影响 已有的研究表明，K M n 0 4 、N a O H 、N a N O s 、 N a C O 。等添加剂可有效促进微波加热反应的进 行，考虑到添加剂不会对溶出过程有不良影响，引入 不必要的杂质，因此，选择了N a O H 作为添加剂，考 察了其添加量对预处理效果的影响。实验结果见图 1 。 图1 表明，当N a O H 添加量在O ～1 0 0k g ／t 时， 随着N a O H 用量的增加，溶出率曲线呈显著上升趋 势，氧化铝溶出率逐渐增加，相应的溶出液分子比呈 02 04 06 08 0 1 0 01 2 0 1 4 01 6 01 8 0 N a O l - I ／ k g ‘t - 1 图1N a O H 添加量对焙烧矿溶出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fN a o Ha d d i t i o n o nd i g e s t i o ne f f i c i e n c y 下降趋势。当N a O H 用量从1 0 0k g ／t 增加到1 6 0 k g ／t 时，矿石的溶出性能并没有明显增加，实验中 发现，当N a O H 的用量增加到1 2 0k g ／t 时，微波预 处理后易形成很坚硬的固熔体，预处理后的试样极 其坚硬，难以从盛载容器中剥离开来，因此N a O H 的用量应控制在1 0 0k g ／t 左右。 2 ．2 微波加热温度对焙烧矿溶出性能的影响 将矿物与添加剂均匀混合后进行微波预处理， 将微波功率设置在5 ．2k W ，当物料温度达到实验要 求温度后，调节微波功率，使微波加热温度控制在稳 定值，进行5m i n 的微波加热，溶出条件为溶出温 度1 8 0 ℃，溶出时间6 0m i n ，焙烧矿进行溶出性能研 究，溶出效果如图2 所示。 图2 微波加热温度对氧化铝溶出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fr o a s t i n gt i m eo nl e a c h i n g e f f i c i e n c yo fA l z0 3 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年2 期2 9 由图2 可以看出，微波焙烧后的一水硬铝石矿 溶出率在5 3 5 ℃时达到最大8 2 ．7 7 ％，焙烧温度低于 5 3 5 ℃时，溶出率随焙烧温度的升高而增加，焙烧温 度高于5 3 5 ℃时，溶出率随焙烧温度的增加而降低。 焙烧温度高于5 3 5 ℃时，这说明5 3 5 ℃是微波焙烧一 水硬铝石矿的最佳温度点。 2 ．3 微波加热时间对焙烧矿溶出性能的影响 不同微波加热时间对铝土矿溶出性能的影响效 果见图3 。从图3 可以看出，微波处理可以显著地促 进铝土矿的溶出过程。在0 ～5 r a i n 的微波处理时 间内，随着微波加热时间的延长，相应的氧化铝的溶 出率显著提高、，当微波加热时间超过5r a i n 后，延 长微波加热时间对铝土矿的溶出性能影响不大。 以上分析说明，短时间的微波焙烧就能增加一 水硬铝石矿活性，使其溶出性能得到改善。在本研 究条件下，微波焙烧一水硬铝石矿的适宜时间是 5 m i n 。当达到5 m i n 微波焙烧时间后，继续增加微 波焙烧时间氧化铝的溶出性能改善不大，而且还增 加能耗。 图3 微波加热时间对氧化铝溶出率的影晌 F i g ．3 E f f e c to fr o a s t i n gt i m eo nl e a c h i n g e f f i c i e n c yo fA 1 20 3 2 ．4 微波加热对矿石微观形貌的影响 为了对一水硬铝石活化焙烧的微观机理有更进 一步的认识，对焙烧矿的晶体形貌进行了观察，焙烧 矿的电镜照片如图4 ～5 所示。 图4 不同微波加热温度下焙烧矿的S E M 照片 F i g ．4S E Mp h o t o g r a p h so fr o a s t e do r ea td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 从图4 可以看出，温度对一水硬铝石矿的表面 形貌影响十分显著，随着焙烧温度的增加，这种结构 变化趋势越来越明显，4 3 5 ～4 8 5 ℃还能看到类似一 水硬铝石矿的晶体结构。当焙烧温度达到5 3 5 。C 时，致密的一水硬铝石晶体结构完全消失，晶体表面 完全由孔洞和微裂纹构成。当焙烧温度达到 5 8 5 ℃，局部晶体表面有致密化的趋势，原因是焙烧 温度过高造成铝土矿的烧结。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年2 期 图5 不同微波加热时间下焙烧矿的S E M 照片 F i g ．5 S E Mp h o t o g r a p h so fr o a s t e do r ew i t hd i f f e r e n tt i m e 从图5 可以看出，在前5m i n 微波加热时间内， 随着微波加热时间的增加，矿物的微观形貌变化趋 势较明显，表面孔洞和微裂纹增加的趋势较明显，矿 石的比表面积变化较大。随着微波加热时间的增 加，矿石的表面形貌不再有明显变化。由此说明，微 波焙烧无需较长的焙烧时间，短时间内就已经完成 了矿物的表面活化，这是微波焙烧预处理一水硬铝 石矿的一大优点。 3结论 1 微波活化矿石需要加入N a O H 作为添加剂 才能达到良好的活化效果，没有N a o H 作为添加 剂，矿石无法在微波作用下得到活化。N a O H 的最 佳添加量为1 0 0k g ／t 左右； 2 微波焙烧预处理适宜的工艺条件为温度 5 3 5 ℃，时间5r a i n ； 3 微波加热能够短时间改变矿石的微观形貌， 随着焙烧温度的增加，焙烧矿表面的缝隙和微裂纹 都明显增加，表面变得疏松多孔。但高温焙烧又会 使矿物发生烧结现象。 参考文献 [ 1 ] 王一雍。张廷安，陈霞，等．我国铝土矿溶出技术的发展 趋势[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 6 1 2 5 2 7 ． [ 2 ] 顾松青．我国的铝土矿资源和高效低耗的氧化铝生产技 术[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 4 ，1 4 S 1 9 1 9 7 ． [ 3 ] E r e m i nNI ．P r o c e s sa n dE q u i p m e n ti nA l u m i n ap r o d u c t i o n m I - 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