高硅铝土矿的盐酸浸出试验研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 2 9 高硅铝土矿的盐酸浸出试验研究 张利华1 ，蒋训雄2 ，汪胜东2 ，范艳青2 1 ．昆明理工大学，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要对高硅铝土矿进行了盐酸浸出的探索性试验研究。考察了液固比、浸出时间、浸出温度、盐酸质量 百分浓度对铝土矿中氧化铝和铁的浸出率影响。通过各单因素条件试验确定了铝土矿盐酸浸出的最佳 工艺参数，A 1 z O 。的浸出率可以达到9 3 ％以上。 关键词铝土矿；盐酸浸出；氧化铝；铁 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 5 一0 0 2 9 一0 3 I n v e s t i g a t i o no nt h eH y d r o c h l o r i cA c i dL e a c h i n gf o rH i g h S i l i c o nB a u x i t e Z H A N GL i h u a l ，J I A N GX u n x i o n 9 2 ，W A N GS h e n g d o n 9 2 ，F A NY a n q i n 9 2 1 ．K u n m i n gU 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 y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ‘ 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h eh y d r o c h l o r i ca c i dl e a c h i n gf o rh i g h s i l i c o nb a u x i t ei sr e s e a r c h e d ．T h er e l e v a n tp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sf o ra l u m i n aa n di r o nl e a c h i n gi nh y d r o c h l o r i ca c i da r es t u d i e d ，i n c l u d i n gt h er a t i oo fl i q u i dt os o l i d ，l e a c h i n gt i m e ，t e m p e r a t u r e ，a n da c i dc o n c e n t r a t i o n ．T h eo p t i m u mp a r a m e t e r saree s t a b l i s h e df o rt h e l e a c h i n go fah i g h s i l i c o nb a u x i t e ，a n dm o r et h a n9 4 ％a l u m i n ac a nb el e a c h e do u t ． K e y w o r d s B a u x i t e ；H y d r o c h l o r i ca c i dl e a c h i n g ；A l u m i n a ；I r o n 目前，氧化铝的生产方法主要有拜耳法、碱石灰 烧结法、联合法、酸法等n ] 。世界上9 0 ％的氧化铝 是以优质三水铝石型铝土矿为原料，铝硅比 A ／S 大于8 ，采用流程简单、能耗低、产品质量好的拜耳 法生产的。有部分氧化铝从低铝硅比铝土矿采用碱 石灰烧结法或联合法生产而得，有少量氧化铝从霞 石制取。但是近年来，随着优质三水铝石型铝土矿 资源的逐年减少，世界各国都加强了高硅低品位铝 土矿、明矾石、霞石、高岭土及粉煤灰等含铝资源中 采用酸法、碱石灰烧结法、联合法等方法生产氧化铝 的研究。特别是对于非铝土矿的含铝资源，采用酸 法处理工艺 主要采用硫酸和盐酸 生产氧化铝已取 得了很大进展[ 2 叫] 。酸法工艺适合于处理高硅低铁 的原料，利用硫酸、硝酸、盐酸等无机酸处理含铝原 料而得到相应的铝盐的酸性水溶液，矿石中的氧化 硅不与酸作用而残留于渣中，铝盐进一步净化除铁 作者简介张利华 1 9 8 2 一 ，女，江西萍多人，硕士研究生 后，以水合物晶体 经过蒸发结晶 或碱式铝盐 水解 结晶 从溶液中析出，也可用碱中和这些铝盐的水溶 液，使铝成为氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或 者各铝盐的水合晶体或碱式铝盐，可得到无水氧化 铝。 相比较于硫酸、磷酸、硝酸等酸性溶剂，盐酸法 的经济性及技术可行性是最好的，并且盐酸更容易 再生循环，是国外研究酸法提铝最受重视的方法之 一[ 7 1 。 本文针对澳洲某公司所提供的铝土矿具有铝硅 比 A ／S 2 ．6 4 低的特点，采用盐酸浸出的方法，考 察了液固比、酸浸时间、酸浸温度、盐酸浓度对氧化 铝浸出率的影响，并确定了最佳的氧化铝浸出工艺 参数。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 1实验原料 主要化学成分 ％ A 1 2 0 34 2 ．4 8 、F e1 4 ．2 6 、 C a O0 ．0 4 4 、M g O0 ．0 6 6 、S i 0 21 6 ．0 8 。粒径分布 0 ．1 5 4m m1 ．7 6 ％、一0 ．1 5 4 ～ 0 ．0 7 4m m0 ．2 9 ％、 一0 ．0 7 4 ～ 0 ．0 5m m1 7 ．4 8 ％、一0 ．0 5 ～ 0 ．0 3 8 5 m m6 ．4 3 ％、一0 ．0 3 8 5m m7 4 ．0 4 ％。 X R D 表明，铝土矿的主要矿物为三水铝石、石 英、赤铁矿及少量云母。 铝土矿中S i O 含量很高，导致铝硅比低，不宜 直接采用碱法处理，理论上采用使S i O 。不溶解的酸 法处理更合适。 2实验仪器与方法 试验是在带有密闭装置的三口瓶中进行，首先 将定量的铝土矿和设定浓度的盐酸溶液装入三口瓶 中，一起置于反应所需温度的电热恒温水浴锅中，启 动机械搅拌装置，体系预热到恒定温度后开始计时。 在整个反应过程中体系都应处于密闭状态，防止盐 酸挥发影响实验结果。反应结束后真空抽滤进行矿 浆的液固分离，将所得的渣样用定量的去离子水洗 涤后，干燥、称重并取样分析，滤液和洗液经计量后 取样分析，根据分析结果计算铝土矿中各成分的浸 出率。 3实验结果与讨论 3 ．1 液固比对浸出的影响 控制盐酸的质量百分浓度为2 0 ％、反应温度9 5 ℃、时间4h 、搅拌转速5 0 0r ／m i n ，不同液固比试验 结果如图1 所示。 摹 、 碍 茁 则 图1液固比对铝土矿浸出结果的影响 F i g ．1 V a r i a t i o no fA l z0 3a n dF ee x t r a c t i o n w i t hL ／Sr a t i oo fb a u x i t e 由图1 可知在液固比为4 时，F e 的浸出率已 经达到了9 5 ．9 2 ％，随着液固比进一步增大，对铁的 浸出率影响不明显。液固比的增加对铝土矿中 A l 。0 。的浸出是有利的。随着液固比的增大，在盐 酸浓度恒定的情况下，氧化铝与盐酸接触的机会增 加，反应速率提高，氧化铝的浸出率增大。但是，随 着液固比的增大，将会加大后续工艺中的液固分离 及盐酸再生工序的负担，进一步影响到酸耗和能耗。 综合考虑，液固比控制在8 1 。 3 ．2 酸浸时间对浸出的影响 控制盐酸的质量百分浓度为2 0 ％、液固比 8 1 、反应温度9 5 ℃、搅拌转速5 0 0r ／r a i n ，不同酸 浸时间试验结果如图2 所示。 浸出时间／h 图2 酸浸时间对铝土矿浸出结果的影响 F i g ．2 V a r i a t i o no fA 1 20 3a n dF e e x t r a c t i o nw i t hr e a c t i o nt i m eo fb a u x i t e 从图2 可看出，开始的4 ～8h 内，铝土矿中 A l 0 。浸出率随时间的延长而明显增长，反应8h 后，A l z 0 。浸出率的增长幅度减缓，至1 2h 时， A l O 。的浸出过程接近平衡。在开始反应的4h 内 几乎完成了铁的浸出。由此可知，在一定的浸出条 件下，随着反应时间的延长，铝土矿与盐酸的液固反 应越来越接近平衡状态，即溶液中A l 。0 。、F e 的浓 度增加越来越不明显。因此，在反应趋于平衡状态 时，一味地延长反应时间，并不能有效地增加A l O 。 的浸出率，同时还将影响生产效益。综合考虑，控制 反应时间为1 0h 即可。 3 ．3 酸浸温度对浸出的影响 控制盐酸的质量百分浓度为2 0 ％、液固比 8 1 、浸出时间1 0h 、搅拌转速5 0 0r ／r a i n ，考察酸浸 温度对浸出的影响。结果如图3 所示。 温度的增加有利于铝土矿中A l O 。的浸出。 温度低于6 0 ℃时，铝土矿中A l z O 。的浸出效果不 是很明显，而在6 0 ～9 5 ℃时，随着温度的增加，铝土 ∞ ％ 妮 昭 弘 舳 伯 摹＼静丑嬲 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期3 1 誉 ＼ 哥 琶 嬲 酸授温度I ℃ 图3 酸浸温度对铝土矿浸出结果的影响 F i g ．3 V a r i a t i o no fA 1 20 3a n dF ee x t r a c t i o n w i t hr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo fb a u x i t e 矿中A l z 0 。的浸出率大幅提高，铝土矿中铁的浸出 率也在增加。可见，随着温度的升高，化学反应速度 及分子扩散速度都增加，溶液中A l O 。的平衡浓度 得到提高，因此铝土矿中A l O 。的溶出率增大。 3 ．4 盐酸浓度对浸出的影响 控制液固比为8 1 、浸出时间1 0h 、浸出温度 9 5 ℃、搅拌转速5 0 0r ／r a i n ，不同盐酸浓度试验结果 如图4 所示。 l O O 9 8 9 6 9 4 善 ＼9 2 墼9 0 嬲8 8 8 6 8 4 8 2 8 0 图4 盐酸浓度对浸出结果的影响 F i g ．4 V a r i a t i o no fA 1 20 3a n dF ee x t r a c t i o n w i t hh y d r o c h l o r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n 从图4 可知，盐酸的质量百分浓度对铝土矿中 A 1 。0 。的浸出效果影响非常明显。在一定的浸出条 件下，随着盐酸浓度的增加，铝土矿与盐酸的液固反 应越剧烈，A l 。O 。的溶解率明显增加。而铝土矿中 的铁非常容易被浸出，在1 8 ％浓度盐酸下9 7 ％以上 的铁都被浸出。考虑到后续废液中盐酸循环及再 生，目前成熟工艺中盐酸再生的浓度只能达到1 8 ％ ～2 5 ％。因此，综合考虑选取盐酸质量百分浓度为 2 5 ％，铝土矿中A l 0 。的浸出率可以达到9 3 ％以 上。 4结论 1 高硅铝土矿的盐酸浸出最佳工艺参数盐酸 的质量百分浓度2 5 ％，反应温度9 5 ℃、反应时间 1 0h 、液固比8 1 。在此条件下，A l 。o 。的浸出率可 以达到9 3 ％以上。 2 铝土矿中的F e 在盐酸介质中是一种非常 容易溶解的金属杂质，在最佳工艺条件下F e 的浸 出率达到了9 8 ％以上，这是影响后续工艺流程中产 品质量的主要因素。盐酸浸出液中除铁的相关研究 有待进一步开展。 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s o l u t i o nk i n e t i c so fK a o l i ni nH C ls o l u t i o n [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 3 ，6 8 7 7 8 1 ． 万方数据