硅渣常压脱硅效果研究.pdf

2 0 1 2 年9 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 3 1 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 2 ．0 9 ．0 0 9 硅渣常压脱硅效果研究 马科友1 ，王红伟1 ，龙建华2 ，秦凤婷 1 ．济源职业技术学院，河南济源4 5 4 6 5 0 ；2 ．中国铝业股份有限公司河南分公司，郑州4 5 0 0 4 1 摘要在烧结法脱硅工序中，采用硅渣做晶种进行常压脱硅，研究在不同的A l 。0 s 浓度、种子添加量和 原液a t 条件下的脱硅效果，并与拜耳赤泥的脱硅效果进行比较。结果表明，控制原液A l z o s 浓度1 1 0 ～ 1 2 5g ／L ，a k 一1 ．4 0 ～1 ．5 0 ，脱硅温度1 0 0 ℃，脱硅时间4h ，种子添加量5 0g ／L 时，硅量指数可达到3 0 0 以上。 关键词氧化铝；硅量指数；硅渣；常压脱硅；晶种；烧结法 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 2 0 9 0 0 3 1 0 3 D e s i l i c a t i o nE f f e c to fS i l i c aR e s i d u ef o rN o r m a l p r e s s u r eD e s i l i c a t i o n M A K e y o u l ，W A N GH o n g w e i l ，L O N GJ i a n h u a 2 ，Q I NF e n g t i n 9 1 1 ．J i y u a nV o c a t i o n a lT e c h n i c a lC o l l e g e ，J i y u a n4 5 4 6 5 0 ，H e n a n ，C h i n a ’ 2 ．H e n a nB r a n c h ，A l u m i n u mC o r p o r a t i o no fC h i n aL i m i t e d ，Z h e n g z h o u4 5 0 0 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t S i l i c ar e s i d u ew a su s e da sc r y s t a ls e e df o rn o r m a l p r e s s u r ed e s i l i c a t i o ni nd e s i l i c a t i o np r o c e s so f s i n t e r i n g ．T h ed e s i l i c a t i o ne f f e c t sw e r ei n v e s t i g a t e dw i t hr e s p e c tt od i f f e r e n ta l u m i n ac o n c e n t r a t i o n ，s e e d a d d i t i v ea m o u n ta n da ko fr a wl i q u o r ．D e s i l i c a t i o ne f f e c t sw e r ec o m p a r e dw i t ht h o s eo fB a y e rr e dm u da s c r y s t a ls e e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es i l i c a i n d e xc a nb ei m p r o v e du pt oo v e r3 0 0u n d e rt h ef o l l o w i n g c o n d i t i o n si n c l u d i n gA 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o no fr a w l i q u o ro f1 1 0 ～1 2 5g ／L ，a k 一1 ．4 0 ～1 ．5 0 ，d e s i l i c a t i o nt e m p e r a t u r eo f1 0 0 ℃，d e s i l i c a t i o nt i m eo f4h ，a n ds e e da m o u n t o f5 0g ／L ． K e yw o r d s a l u m i n a ；s i l i c a i n d e x ；s i l i c ar e s i d u e ；n o r m a l p r e s s u r ed e s i l i c a t i o n ；c r y s t a ls e e d ；s i n t e r i n g p r o c e s s 我国8 5 ％的铝土矿是高铝、高硅、低铁的一水 硬铝石，主要采用能耗高、成本高的烧结法或拜耳法 和烧结法联合 即联合法 进行生产。在烧结法熟料 溶出后的粗液中，溶解有3 ～6g ／L 的S i O 。 与溶液 中碳酸钠浓度有关 ，硅量指数约2 0 ～3 0 [ 1 ] 。这些 S i O 。不稳定，分解时大部分会析出进入氢氧化铝， 使成品氧化铝的质量不符合要求。因此，这种粗液 在进行分解之前必须经过专门的脱硅处理[ 2 ] ，使溶 液中以过饱和状态存在的S i 0 转变为溶解度很小 的化合物沉淀析出。 ． 目前烧结法脱硅工序多采用拜耳赤泥作为脱硅 收稿日期2 0 1 2 0 2 0 4 作者简介马科友 1 9 7 1 一 ，男，河南信阳人，讲师 种子，而大部分硅渣返回配料，使配料组分增加，既增 大了配料的难度，也增大了熟料折合比，增加了生产 过程的A l 0 3 、N a 。0 损失和氧化铝产品的能耗J 。 人们对硅渣中有价金属的回收和综合利用也进行了 大量研究[ 4 1 ] ，但都未能实现大规模工业化。硅渣与 拜耳赤泥成分基本相同，本文采用硅渣作晶种，研究 硅渣常压脱硅的效果，以实现硅渣的有效利用。 1试验 1 ．1 试验原料 粗液取自氧化铝厂的烧结法粗液槽，母液取自 万方数据 3 2 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 2 年9 期 氧化铝厂的种分母液和大蒸发母液，化学成分见表 1 。脱硅种子取自氧化铝厂拜耳法分离沉降槽底流 及烧结法常压脱硅槽，其化学成分见表2 ，粒度见表 3 。 表1 母液成分 T a b l e lC h e m i c a lc o m p o n e n t so fB a y e rs o l u t i o n 1 ．2 试验设备 硅渣脱硅试验在2 5 0m L 钢弹水浴中进行。 1 ．3 试验方法 将粗液按试验要求与种分母液或蒸发母液调配 成不同A l 。O 。浓度与a t 的调整液，再按要求加入硅 渣做晶种配制成脱硅原液，进行脱硅试验。 2 试验结果与讨论 2 ．1原液A l 0 3 浓度对脱硅效果的影响 固定条件温度～9 8 ℃，调整液a 。一1 ．4 5 ，以硅 渣做晶种，种子量5 0g ／L ，脱硅时间5h ，A 1 。O 。浓 度对脱硅效果的影响试验结果见图1 。 由图1 可看出，脱硅原液A 1 0 。浓度对硅渣脱 硅效果影响较大，随原液A 1 。0 。浓度升高，硅量指 数逐渐降低。A l o 。浓度低于1 2 2 ．2 1g ／L 时，硅量 指数降低幅度较小，高于1 2 2 ．2 1g ／L 时，硅量指数 降低幅度较大，低浓度的溶液有利于制得硅量指数 较高的精液，综合分析认为，原液A l 。O 。浓度为1 1 0 ～1 2 5g ／L 比较合适。 2 ．2 原液a 。对脱硅效果的影响 在～9 8 ℃，调整液A l O 。浓度1 2 0g ／L ，硅渣添 加量5 0g ／L ，脱硅时间5h 的条件下，脱硅原液a 。 对脱硅效果的影响如图2 所示。 由图2 可看出，硅渣的脱硅效果受原液a t 的影 响不大，但a 。较低时，溶液中A l 0 。损失较大，如a t 瓤 靶 卿 悄 图1A i 0 3 浓度对脱硅效果的影响 F i g ．1 E f f e c to fa l u m i n ac o n c e n t r a t i o no n d e s i H c a t i O ne f f e c t 、 为1 - 3 7 的溶液脱硅5h ，A l 0 。浓度由1 2 2 ．8 3g ／L 降低到1 0 6 ．2 2g ／L ，这可能是因为随着脱硅反应进 行，溶液中S i O 。含量大为降低，低苛性比值的铝酸 钠溶液将失去足够的稳定性而自发分解析出 A l O H 。；当a k 为1 ．4 2 以上时，A 1 2 0 。浓度降低幅 度减少，在1 0g ／L 左右。因此，在脱硅时，应保持适 宜的苛性比值以保证溶液的稳定性，同时还要考虑 脱硅后精液的苛性比值以满足种分的需要，综合考 虑，a k 宜控制在1 ．4 0 ～1 ．5 0 。 2 ．3 晶种添加量对脱硅效果的影响 粗液脱硅时，添加晶种的作用是为了克服含水 铝硅酸钠成核困难，并增加结晶表面积，提高脱硅速 万方数据 2 0 1 2 年9 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 3 3 瓤 m 删 趟 图2 脱硅原液a 。对脱硅效果的影响 F i g ．2 E f f e c to fn ko fr a wl i q u o ro n d e s i l i c a t i o ne f f e c t 度和深度。固定试验条件温度～9 8 ℃，调整液 A l 。O 。浓度1 2 0g ／L ，0 c k 1 ．4 5 ，脱硅时间5h 。晶种 硅渣的添加量对脱硅效果的影响见图3 。 由图3 可看出，硅量指数随种子添加量的增加 而提高。种子添加量越多，脱硅效果越好，但添加大 量种子会使物料流量和硅渣分离设备的负担增大并 且易堵塞管道。同时，大量使用硅渣的效果随溶液 浓度和分子比的提高而明显降低[ 7 j 。综合考虑，种 子量为4 0 ～6 0g ／L 较合适。 赫 靼 血8 制 图3晶种添加量对脱硅效果的影响 F i g ．3 E f f e c to fs e e da d d i t i v ea m o u n t o nd e s i l i c a t i o ne f f e c t 2 ．4 综合条件下硅渣的脱硅效果 通过对以上试验结果分析表明，工艺条件对硅 渣脱硅效果影响较大。根据试验研究和生产实际， 综合考虑各因素对脱硅效果的影响，在～9 8 ℃，原 液A 1 。O 。浓度～1 2 5g ／L ，a t 一1 ．5 ，晶种硅渣的添加 量5 0g ／L ，脱硅时间4h 的条件下，研究硅渣的脱硅 效果。试验结果如表4 所示。 表4 硅渣的常压脱硅效果 T a b l e4N o r m a lp r e s s u r ed e s i l i c a t i o ne f f e c to fs i l i c ar e s i d u e 由表4 可看出，通过控制适宜的条件，硅渣用于 常压脱硅效果较好。 2 ．5 硅渣与拜耳赤泥的脱硅效果对比试验 目前生产上多采用拜耳赤泥作为脱硅时的种 子，根据结晶学原理，晶型晶格相同或相似的晶粒， 最容易起核心作用，最易促进结晶析出和使晶粒附 着长大。硅渣与拜耳赤泥成分基本相同，为此在脱 硅温度1 0 0 ℃，调整液A l 。O 。浓度1 2 0g ／L ，晶种添 加量5 0g ／L ，脱硅时间4h 的条件下，分别以拜耳法 赤泥和硅渣为晶种，进行脱硅效果对比试验，试验结 果如表5 所示。 表5 硅渣与拜耳赤泥的脱硅效果比较 T a b l e5D e s i l i c a t i o ne f f e c tc o m p a r i s o no fB a y e rr e dm u da n ds i l i c ar e s i d u e 由表5 可以看出，采用硅渣作晶种，在上述试验 条件下脱硅硅量指数可达到3 0 0 以上，但比同条件 下拜耳赤泥的脱硅效果略差，这有可能是由种子的 活性及粒度等方面的原因造成的。 下转第3 7 页 万方数据 2 0 1 2 年9 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 3 7 “过烧现象”造成的。 5结论 1 铜离子对硫氰酸盐氨性体系浸出金具有一定 的催化作用。 2 在硫氰酸铵浓度3m o l ／L ，浸出温度1 5 0 ℃， 氧压3 ．0M P a ，搅拌速度7 5 0r ／m i n ，氨水浓度为理 论量1 ．1 倍，液固比5 1 ，铜浓度1 ．5g ／L ，浸出时 间6h 条件下，金浸出率仅为6 1 ．7 ％。 3 氨性硫氰酸盐直接加压氧化浸出该毒砂金矿 的效果不理想。经过4 0 0 ℃焙烧预处理后，金浸出 率提高到8 6 ．2 ％。 参考文献 [ 1 ] 柯家骏．难浸金矿氰化提金的现状与问题[ J ] ．黄金科 学与技术，1 9 9 8 ，6 1 3 2 3 9 ． [ 2 ] w h i t eH A ．T h es o l u b i l i t yo fg o l di nt h i o s u l p h a t e sa n d t h i o c y a n a t e s [ J ] ．J o u r n a lo ft h eC h e m i c a l ，M e t a l l u r g i c a l a n dM i n i n gS o c i e t yo fS o u t hA f r i c a ，1 9 0 5 ，6 1 0 9 1 1 9 ． [ 3 ] F l e m i n gCA ．Ap r o c e s sf o rs i m u l t a n e o u sr e c o v e r yo f g o l da n du r a n i u mf r o mS o u t hA f r i c a no r e s [ 刀．S o u t h A f r i c a nI n s t i t u t i o no fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，1 9 8 6 ，2 3 0 1 3 0 9 ． [ 4 ] B a r b o s a - F i l h oO ，M o n h e m i u sAJ 。L e a c h i n go fg o l di n t h i o c y a n a t es o l u t i o n s [ J ] ．T r a n s a c t i o n so ft h eI n s t i t u t i o n o f M i n i n g M e t a l l u r g y S e c t i o nC ，1 9 9 4 ，1 0 3 C 1 0 5 一 C 1 2 5 ． [ 5 ] K h o l m o g o r o vAG ，K o n o n o v aON ，P a s h k o vG L ．T h i o c y a n a t es o l u t i o n si ng o l dt e c h n o l o g y [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g Y ，2 0 0 2 ，6 4 1 4 3 4 8 ． [ 6 ] 郭欢，杨声海，陈永明，等．硫氰酸盐体系从难处理硫化 金精矿中氧压浸金[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 0 2 3 2 6 ． [ 7 ] 庞锡涛，陈建勋，宋贵和，等．硫氰酸盐提金中间试验研 究[ J ] ．黄金，1 9 9 5 ，1 6 1 2 3 2 3 5 ． [ 8 ] 冀少华，安莲英，唐明林．硫氰酸盐法从工业废渣中浸 取金银的试验研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 9 1 4 4 4 5 ， 4 9 ． [ 9 ] 陈建勋，庞锡涛．硫氰酸盐法从含铜黄铁矿焙砂中浸金 研究[ J ] ．黄金，1 9 9 7 ，1 8 3 3 3 3 8 ． [ 1 0 ] 王治科，叶存玲，范顺利，等．浸金体系的E h - p H 图及 其热力学分析[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 3 3 7 4 0 ． 上接第3 0 页 的增加先增后减，随煅烧时间的延长逐渐增大。 3 粉状石油焦经挤压后可提高煅后焦的实收率 和真密度，降低石油焦煅烧损耗。 参考文献 [ 1 ] 张新海，包崇爱，高守磊．铝用预焙阳极生产对石油焦 变化趋势采取的策略[ 刀．轻金属，2 0 1 1 6 3 7 4 0 ． [ 2 ] 张玉珠．石油焦煅烧质量的控制与提高[ J ] ．炭素技术， 2 0 0 3 2 4 0 4 3 ． [ 3 ] 余海波，孙柏青，刘常林，等．石油焦煅烧综合技术的开 发与应用[ J ] ．轻金属，2 0 0 5 4 4 3 4 5 ． [ 4 ] 王平甫．铝电解炭阳极生产与应用[ M ] ．北京冶金工 业出版社，2 0 0 5 5 7 5 9 ． [ 5 ] H e i n t zEA ．E f f e c to fc a l c i n a t i o n s r a t eo np e t r o l e u m c o k ep r o p e r t i e s [ J ] ．C a r b o n ，1 9 9 5 ，3 3 6 8 1 7 8 2 0 ． [ 6 ] 赫永琴，刘瑞．石油焦性能与阳极消耗[ J ] ．轻金属， 2 0 0 4 6 4 6 5 0 ． 上接第3 3 页 3结论 控制一定的脱硅条件，硅渣用于常压脱硅效果 较好。最佳脱硅条件是控制原液A l O 。浓度1 1 0 ～1 2 5g ／L ，q k 一1 ．4 0 ～1 ．5 0 ，脱硅温度1 0 0 ℃，脱硅 时间4h ，种子添加量5 0g ／L 。此时，硅量指数可达 到3 0 0 以上。 参考文献 [ 1 ] 王玉玲，于先进．烧结法铝酸钠粗液低压脱硅过程的研 究[ J ] ．山东理工大学学报自然科学版，2 0 0 5 ，1 9 5 8 Z ． [ 2 ] 杨重愚．氧化铝生产工艺学[ M ] ．北京；冶金工业出版 社，1 9 9 2 2 4 9 ． [ 3 ] 刘占强．烧结法硅渣直接烧结回收氧化铝和碱工业试 验[ J ] ．轻金属，2 0 0 9 8 1 9 2 2 ． [ 4 ] 刘伟．钠硅渣湿法处理技术研究[ D ] ．长沙中南大学， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 杨长付．钠硅渣湿法溶出性能研究[ J ] ．轻金属，2 0 0 9 3 1 6 - 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