微波预处理矿石溶出赤泥的比较研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 1 7 微波预处理矿石溶出赤泥的比较研究 王一雍1 ’2 ，金辉1 ，张廷安2 1 ．辽宁科技大学材料科学与工程学院，鞍山1 1 4 0 5 1 ；2 ．东北大学，沈阳1 1 0 0 0 4 摘要分别对原矿、马弗炉焙烧矿和微波焙烧矿的溶出赤泥进行了微观形貌的分析，并考察了在絮凝剂 作用下，不同预处理方式和条件对溶出矿浆性能的影响。结果表明焙烧预处理使溶出赤泥的表面形貌 疏松多孔，并使针铁矿转化为赤铁矿。焙烧预处理使溶出矿浆的沉降速度略有降低，但同时也极大地降 低了赤泥的压缩液固比。高温焙烧使溶出赤泥的沉降性能恶化。相对于马弗炉焙烧，微波焙烧矿溶出 矿浆的沉降性能更优良。 关键词微波预处理；赤泥；絮凝剂；针铁矿 中国分类号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 0 9 0 5 0 0 1 7 ～0 4 R e s e a r c ho nE f f e c to fP r e t r e a t m e n to nP r o p e r t i e so fD i g e s t i o no fD i a s p o r e W A N GY i y o n 9 1 “。J I NH u i l ，Z H A N GT i n g a n 2 1 ．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 ； 2 ．S c h o o lo fM a t e r i a l s ＆M 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 g11 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h em i c r o s t r u c t u r e so fh e a do r e ，m u f f l er o a s t e do r ea n dm i c r o w a v er o a s t i n go r ew e r ea n a l y z e d ， a n dt h ee f f e c t so fp r e t r e a t m e n t so ns e t t l i n gp e r f o r m a n c eo fd i g e s t i n gs l u r r yw e r es t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o w t h a tr o a s t i n gp r e t r e a t m e n tm a k et h ea p p a r e n to fr e dm u dl o o s ea n dp o r o u s ，a n dt r a n s f o r m e dg o e t h i t ei n t o h e m a t i t e ．T h es e t t l i n gr a t eo fd i g e s t i n gs l u r r yr e d u c e dl i t t l e ，b u tt h el i q u i d s o l i dc o m p r e s s i o nr a t i oo fd i g e s t i o ns l u r r yr e d u c e d ，h i g ht e m p e r a t u r er o a s t i n gw o r s e n e dt h es e t t l i n gp e r f o r m a n c eo fd i g e s t i n gs l u r r y ． C o m p a r i n gt ot h ed i g e s t i o ns l u r r yo fm u f f l er o a s t e do r e ，t h ed i g e s t i o ns l u r r yo fm i c r o w a v er o a s t e do r eh a s b e t t e rs e t t l i n gp e r f o r m a n c e ． K e y w o r d s M i c r o w a v ep r e t r e a t m e n t ；R e dm u d ；F l o c e u l a n t ；G o e t h i t e 微波加热在冶金中的应用是近年来发展起来的 一种冶金新技术。一些发达国家，如美国、英国、日 本、加拿大等都很重视这一新技术的研究[ 1 3 ] ，我国 也在2 0 世纪8 0 年代开始了这一领域的研究工 作[ 4 q ] 。氧化铝生产包括湿法和火法部分。其中磨 矿、溶出、沉降、分解、蒸发等过程为湿法过程；而烧 结法的熟料烧结及A 1 0 H 。焙烧成氧化铝产品则 为火法过程，但不论是湿法或火法均与热过程息息 相关。因此，微波在处理其它矿物时的积极效果应 该也能应用于处理氧化铝的生产过程。基于此思 想，本文首次将微波加热技术应用到一水硬铝石矿 的焙烧预处理上。众所周知，在氧化铝生产中，赤泥 的沉降分离是一个非常重要的环节，它影响着氧化 铝的产能、品质及效益[ 9 叫引。因此，为考察微波加 热预处理对溶出赤泥沉降性能的影响，本文对微波 焙烧矿的溶出赤泥的沉降性能与常规加热方法得到 的焙烧矿的溶出赤泥沉降性能进行了比较研究。 基金项目国家自然科学基金资助项目[ 5 0 1 7 4 0 1 8 ] ；教育部高校博士点基金项目[ 2 0 0 5 0 1 4 5 0 2 9 ] ； 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 3 ． 作者简介王一雍 1 9 8 0 - - ，男，辽宁鞍山人，博士研究生． 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 1实验方法 1 ．1 原料 矿石试验所采用的铝土矿石来自某铝厂，经过 破碎，细磨至实验所需粒度。矿石的化学成分 ％ A 1 2 0 36 6 ．4 8 、S i 0 27 ．2 2 、F e 2 35 ．4 5 、T i 0 23 ．5 9 。 X R D 分析表明，铝土矿主要由一水硬铝石矿组成， 还含有针铁矿、高岭石、锐钛矿等共生矿物。 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。组分为 N a 2 0 T2 3 2g ／L ，N a z O k2 1 2g ／L ，A 1 2 0 31 1 3g ／L 。 絮凝剂的配置采用某铝厂提供的N A C L O 絮 凝剂溶于3g ／L 的碱液中，在温度为3 0 ～4 0 ℃的水 浴中加热缓慢溶解，制成所需浓度的N A C I 。O 溶 液。 1 ．2 实验过程 焙烧实验在W X S L l 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 石置于石英坩埚中，放入微波装置内，启动微波加热 装置。进行焙烧试验。 溶出实验在W H F S 一1 型高压釜进行，浸出液 与焙烧矿混合后放入高压釜内，溶出过程结束后，将 浸出矿浆抽滤，过滤分离浸出赤泥，进行赤泥沉降实 验。 溶出矿浆沉降性能试验在恒温水浴槽中进行， 如图1 所示。采用w M Z K 一0 1 温度仪控制温度。 将溶出赤泥稀释到一定浓度，加入到1 0 0m L 量筒 内，放入水浴温度为8 0 ℃的水浴槽内，按要求向溶 出液中加入规定数量的絮凝剂。同时用玻璃棒搅拌 1r a i n 后，按动秒表，可使计算沉降时间，并每隔一 定时间记录一侧泥浆层高度，沉降结束后称量沉降 泥浆重。再将泥浆过滤分离，浸出赤泥经洗涤，烘干 后称重，计算压缩液固比。 图1 试验沉降装置图 F i g ．1 S c h e m a t i co fe x p e r i m e n t a l s e t t l i n ga p p a r a t u s 2结果与讨论 2 ．1 浸出赤泥微波形貌分析 原矿、马弗炉焙烧矿、微波焙烧矿的S E M 照片 如图2 所示。 图2 溶出赤泥的S E M 照片 F i g ．2S E Mp h o t o so fr e dm u d 从图2 可以看出。原矿溶出赤泥的晶体结构仍 致密完善，针状结晶较多，这主要是因为一水硬铝 石矿结晶比较致密，因而细粒矿在同等条件下总是 先溶完，大颗粒、结晶好的一水硬铝石晶体囚未溶出 而残留在赤泥中。因此赤泥中残留的粒度较粗，经 X 射线分析结晶致密的矿物颗粒的主要组成为一水 硬铝石。针状结晶为针铁矿的形貌。 焙烧矿溶出赤泥的微观形貌与原矿溶出赤泥相 比已经有了很大区别，从图2 可以看出，马弗炉焙烧 矿溶出赤泥的晶体结构相对较疏松，针状结晶已明 显减少，表面的缝隙与孔洞也明显增多，而微波焙烧 矿的溶出赤泥的晶体疏松度最大，几乎已没有针状 的结晶物。这在沉降过程中是有利于赤泥颗粒的团 聚和对絮凝剂的吸附，从而促进沉降过程。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 1 9 分析原因主要是因为，矿石经焙烧预处理后，矿 石中的一水硬铝石已经转化为结晶不完善的活性氧 化铝 口一A l 0 。及其中间态氧化铝 ，使原本致密的 结晶结构遭到破坏，因此在溶出后，赤泥的形貌呈现 疏松多孑L 的趋势。而且原矿中的针铁矿在焙烧过程 中大部分转化成为赤铁矿，这是焙烧矿的针状结晶 较少的原因，这对沉降过程也是及其有利的。微波 焙烧除了发生晶形转化外，由于各种矿物对微波吸 收的程度不同，因而矿石中的不同矿物会被加热到 不同的温度。从而使它们之间产生热应力，当这种 热应力达到一定的程度时，就会在矿物之间的界面 上产生裂缝，因而，微波焙烧矿溶出赤泥的晶体的疏 松度最大。 2 ．2 马弗炉焙烧矿溶出赤泥沉降性能 不同焙烧温度下焙烧矿的赤泥沉降性能见表1 和图3 。 表1 浸出赤泥的沉降性能 T a b l e1 S e t t l i n gp e r f o r m a n c eo fr e dm u d 马弗炉 1 4 04 9 ．5 6 1 4 04 9 1 4 0 4 7 ．7 4 i 4 05 9 ．0 8 1 4 06 0 ．3 4 4 5 ．0 8 4 4 ．1 4 3 ．5 4 5 2 ．5 5 6 ．7 4 0 ．8 8 4 0 ．3 2 3 9 ．2 4 8 ．1 6 5 2 ．9 2 3 8 ．9 2 3 7 ．5 2 3 7 ．6 6 4 6 ．2 4 8 ．7 2 2 9 ．4 2 9 ．4 2 9 ．4 3 2 ．2 3 2 ．3 4 6 ．1 3 2 6 ．2 2 4 6 ．2 0 8 5 ．7 1 2 5 ．5 6 l O ．8 6 0 ．7 9 8 0 ．7 2 9 1 ．0 4 1 ．1 4 微波 3 6 ．6 8 4 3 ．4 4 4 ．6 6 3 5 ．8 4 3 2 ．3 4 3 4 ．0 2 3 9 ．3 4 4 0 ．4 6 3 3 ．4 6 2 9 ．5 4 3 1 ．9 2 3 7 ．6 6 3 7 ．8 3 0 ．9 4 2 7 ．7 2 3 0 ．9 42 5 ．2 3 6 ．42 9 ．4 3 6 ．42 9 ．4 3 0 ．6 62 3 ．8 2 6 ．62 1 7 ．0 4 8 6 ．2 1 6 6 ．2 16 6 ．5 6 0 6 ．8 0 4 1 ．0 4 1 ．4 1 0 ．6 6 0 ．6 1 8 0 ．8 0 l l 越 坦 巡 避 好 沉降时I H J ／r a i n 图3 不同温度马弗炉焙烧矿赤泥沉降速度 F i g ．3 S e t t l i n gc u r v eo fr e dm u da t d i f f e r e n tm u f f l er o a s t i n gt e m p e r a t u r e 可以看出，焙烧矿的赤泥前1 0m i n 的沉降速度 均低于原矿，但是沉降1h 后的固液压缩比低于原 矿。这说明，经焙烧处理后，溶出赤泥地沉降速度有 所下降，但溶出赤泥的压缩液固比也随之下降。且 随着焙烧温度的升高，这种趋势越来越明显，当焙烧 温度在4 3 5 ～5 3 5 ℃时，铝土矿的赤泥液固压缩比降 低1 7 ．3 ％～2 7 ％，但是当焙烧温度增加到5 8 5 ℃以 上时，赤泥压缩液固比又有所上升。作者认为，适当 温度的焙烧能提高赤泥的压缩液固比，但是温度过 高，反而使赤泥沉降性能恶化。 2 ．3 微波焙烧矿溶出赤泥沉降性能 微波焙烧矿的赤泥沉降性能见表1 和图4 。可 以看出，经微波在不同温度下焙烧后，赤泥的沉降速 度也有所降低，但要高于马弗炉焙烧矿溶出赤泥。 从表1 还可以看出，随着焙烧温度的升高，赤泥压缩 液固比也呈先减小后增大的趋势，当焙烧温度在 l 交 饵 趟 进 蜉 图4 原矿与不同温度微波焙烧 矿赤泥沉降速度 F i g ．4S e t t l i n gc u r v eo fr e dm u da t d i f f e r e n tm i c r o w a v er o a s t i n gt e m p e r a t u r e 他M弘似●扎扎弧蛾∞ 4 北牝牝们d．；1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5拈鸲娼铋船一鹳蛆∞船∞ 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 4 8 5 ～5 8 5 ℃时，液固压缩比较原矿提高了2 3 ％～ 4 0 ．6 ％，当焙烧温度增加到5 8 5 ℃时，赤泥沉降性能 明显恶化。这与马弗炉焙烧后赤泥沉降的规律基本 一致。 3浸出赤泥沉降过程的机理研究 赤泥的沉降过程受矿石粒度的影响和矿石的矿 物组成和化学成分的影响。 矿石在焙烧过程中，其中的矿物晶体发生破碎、 离解而使矿石的粒度变小。由于赤泥在沉降过程 中，需要有细的赤泥粒子聚结成能够克服液体阻力 的大颗粒，矿石粒度越细，溶出后赤泥的细化现象越 严重，对赤泥的沉降性能越不利。同时，铝土矿的矿 物组成和化学成分也影响赤泥浆液沉降性能。经X 射线分析，矿石中的大部分针铁矿经高温加热发生 脱水氧化反应生成具有憎水性能的赤铁矿，这又改 善了赤泥的沉降性能。但粒度对赤泥沉降速度的影 响要大于赤铁矿，因此焙烧后铝土矿的溶出赤泥沉 降速度有所下降，但由于赤铁矿的憎水性，使焙烧矿 溶出赤泥的压缩性能明显改善。较马弗炉焙烧矿， 微波焙烧矿的颜色更红，可以推断出微波焙烧矿中 针铁矿向赤铁矿的晶型转变更完全，故经过微波焙 烧预处理的铝土矿的赤泥沉降性能要优于马弗炉焙 烧矿。但无论是何种焙烧方式，过高的焙烧温度都 使赤泥沉降性能恶化。 4结论 1 焙烧预处理对浸出赤泥的沉降性能有很大 影响，焙烧预处理使赤泥的表观形貌更加疏松多孔， 微波焙烧矿的溶出赤泥的矿物结晶最不完善，疏松 度最大； 2 焙烧预处理使浸出矿浆的沉降速度略有降 低，焙烧使矿物的颗粒细化，影响了赤泥的沉降性 能。焙烧过程中针铁矿向赤铁矿的转化使得赤泥的 压缩液固比降低很大； 3 高温焙烧后，赤泥的沉降性能恶化，为不影 响赤泥的沉降性能，要在适宜的温度下进行焙烧预 处理； 4 微波焙烧矿浸出矿浆的沉降性能要好于马 弗炉焙烧矿，虽然与原矿浸出矿浆比，沉降速度略有 降低，但赤泥浆液的压缩性提高很大，因此微波焙烧 预处理不会对赤泥沉降过程产生不利影响。 参考文献 [ 1 ] D a v i dEC ，D i a n eCF 。J o nKW ．P r o c e s s i n gM a t e r i a l s w i t hM i c r o w a v eE n e r g y [ J ] ．M a t ．S c i ．E n g ．A S t r u c t ， 2 0 0 0 ，2 8 7 2 1 5 3 1 5 8 ． [ 2 ] S h e e t sRW ，T u r p e nSL ，H i l lP ．E f f e c to fm i c r o w a v e h e a t i n go nl e a c h i n go fl e a df r o mo l dc e r a m i cd i n n e rw a r e [ J ] ．S c i e n c eo ft h eT o t a lE n v i r o n m e n t ，1 9 9 6 ，1 8 2 1 3 1 8 7 1 9 0 ． [ 3 ] H u aY ，L i nZ ，Y a nZ ．A p p l i c a t i o no fM i c r o w a v ei r r a d i a t i o nt oQ u i c kL e a c h i n go fZ i n cS i l i c a t eO r e [ J 1 ．M i n e r ． E n g ．，2 0 0 2 ，1 5 6 4 5 1 4 5 6 ． [ 4 ] 高起鹏．难浸金矿氰化预处理工艺的进展[ J ] ．有色矿 冶，2 0 0 4 ，2 0 4 2 6 2 9 ． [ 5 ] 蔡卫权，李会泉，张懿．微波技术在冶金中的应用[ J ] ． 过程T 程学报，2 0 0 5 ，5 2 2 2 8 2 3 2 ． [ 6 ] 林柞彦，华一新．高硅氧化锌矿硫酸浸出的T 艺及机理 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 5 9 1 1 ． [ 7 ] 佟志芳，毕诗文，杨毅宏．微波辐射加热下高炉硅酸钙炉 渣的浸出性能[ J - 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