添加水化铁酸钙拜耳法新工艺溶出规律及机理研究.pdf

1 8 有色金属 冶炼鄢分 2 0 0 8 年6 期 添加水化铁酸钙拜耳法新工艺溶出 规律及机理研究 李新华k 2 ，顾松青k 2 ，尹中袜2 ，王亚东2 ，武溪宝2 ，翟玉春1 1 ．东北大学，沈辩1 1 0 0 0 4 ；2 ．中铝股份郑州研究挠，郑州4 5 0 0 4 1 摘要在添熊水纯铁酸钙的条孛串下系统进得了洛出审低龉位铝矿试验，缭暴表弱。隧承位铁骏钙舔如 耋瑶多，滚凌券瓣锯硅跑、镳疆跑辫餐；驻嚣矿垂减少、海燕湛囊爨蹇、溶窭瓣闯延长，溶墨赤淡锻疆爱终 低．在强震2 6 0 “ C ．对间6 0r a i n ，使用水纯铁酸钙添龆荆，褥魏了赤泥绍赣汜为0 ．7 4 、铺硅魄必0 ．2 4 的 较好溶出绻粜。通过对溶出赤泥进行衍射、扫描电镜和能谱分析，表明券泥中硅矿物以铁取代镪的水化 石榴石为l 甏，A l O a 的饱和系数为0 ．2 左右．F e , | 的饱和系数为0 ．7 窟农．S i O 。饱和系数接近1 ，硅矿 物组成改巍烙赤泥铝硅比和钠张比降低的原因． 关键潺承识锬酸钙；拜耳法；溶爨；辍硅毙；镳建魄 串匿分类等T F 8 2 1 ；T F 8 0 3 。2 1文献耘谖璃A 文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 i 2 0 0 8 0 6 - - 0 0 1 8 - - 0 4 R e g u l a t i o na n dM e c h a n i s mS t u d yo nN e wB a y e r P r o c e s s a d d i ￡i v eH y d r oC a l c i u mF e r r i t e L IX i n - h u a “2 ，G US o n g - q i n g h 。，Y l NZ h o n g - l i n z 。W A N GY a - d o n 矿，w UG u o b a ∥，Z H A IY u - c h u n l 1 ．D o n g b dU n i v e r s h y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h l n s } 2 。Z h e n g z h o uR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC h a l c o ，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 T e s t so na d d i n gh y d r oc a l c i u mf e r r i t et Od i g e s tt h el O W m i d d l ed i a s p o r ea r ei n t r o d u c e d ．T h er e - s u i t ss h o wt h a tt h em o r et h eh y d r oc a l c i u mf e r r i t ei s 。t h el o w e rt h eA ／sa n dN I So ft h er e dm u di s ．W h e n t h ea m o u n to fd i a s p o r ei sl e s s ，d i g e s t i o nt e m p e r a t ei sh i g h e r ，a n dd i g e s t i o nt i m ei sl o n g e r 。t h eA ／So ft h e r e dm u dw i l ld e c r e a s e ．O nt h ec o n d i t i o no f2 6 0 ℃，6 0m i n ，a d d i n gh y d r oc a l c i u mf e r r i t e ．i a r g es c a l ee x p e r i m e n t sh a v eb e e nd o n e ．T h eg o o dr e s u l t sa r eg o t ，n a m e l yA ／so ft h er e dm u di s0 ．7 4 。N ／S0 ．2 4 ．T h em a i n S i - m i n e r a lo fr e dm u di sf e r r i t eh y d r o - g a r n e tt h r o u g ha n a l y s i so fX R Da n dS E M ．T h ei n d e xo fS i 0 2a p p r o a - c h e s1 ，i n d e xO fA 1 2O la n dF e 20 3i s0 。2a n d0 ，7r e s p e c t i v e l y ．T h ec h a n g i n go fs t r u c t u r eo fS i - m i n e r a li s t h er e a s o nw h yA ／Sa n dN ／so ft h er e dm u di ss ol o w ． K e y w o r d s H y d r oc a l c i u mf e t r i t e ；B a y e rp r o c e s sF D i g e s t i o n i A ／S N ／S 我国铝土矿资源特点是以中低鼎饿为主的高铝 离醚一水硬铝石矿。磊前工业上一般零用混联法、 鬈莓法、魏结法等。雾莓法工艺簿攀、藏零嚣、麓撬 低。拜耳法生产过程中，铝主矿羹麴酸转交为钠硅 渣 N a 2 0 A 1 2 0 { 1 ．7 S i 0 2 n H 2 0 成为赤泥的主 甏成分排出。随矿石品位降低，硅矿物禽量升高，采 用传统的拜耳法处理，赤泥中氧化镪和氧化钠的损 作者筒奔李赣华 1 9 7 。一 ，男，拇瘴篆帮入，教篪级高工。在漠博童 失就会大幅增加．为提高氧化铝回收率、降低碱耗只 能采用混联法或烧结法等处理。添加水亿铁酸钙弹 琴法袈工艺B q 3 遴蓬蠹霾入羲先镄螽鹅瘩诧铗酸钙豢 加荆潮能使镄士矿中豹部分硅在辩耳法处理过程中 转变为铁水化石榴石[ 5 3 3 C a O F e 。O 。2 S i 0 2 - H 。O 成为赤泥的主要成分析出，降低了赤泥的A ／S 秘N ／S ，使采用群耳法处理我嚣中、低品位铝主矿 万方数据 考怨金震 飧薅部分 2 0 0 8 年s 期 1 9 生产氧化铝成为可能。本文研究了在添加水化铁酸 锈游条辞下溶舀锘疆院为6 左右数镲主矿，零纯铁 酸钙加入量、矿石量、溶出温艨、时闻、碱浓度对溶出 蠹泥M s 、N ／S 熬影嫡巍律，确定了逑宜鲍溶出条 件，进行了I O L 反应釜的溶出试验油】，结果表明，添 加水化铁酸钙拜耳法新工艺降低溶出赤泥A ／s 和 N ／S 的效暴夔显。遥过黯溶趱赤混进行衍射、摆獾 电镜和能谱分析，表明赤泥中硅矿物以铁取代铝的 泰纯否攘露势主，A l 窃篱绝霸系数为0 。2 ～0 。3 ， S i O 饱和系数接近1 ，硅矿物组成改变是赤泥铝硅 班朔镳硅嫩降低的厥邂。 1 试验部分。 1 。1 试验淼糕 铁矿石取自工业现场的铁选精矿，主要矿物成 分隽敷铁矿，如0 ，禽量为9 8 ．s ％。石灰_ 石取鑫 工业现场，主要矿物成分为方解石，C a O 禽量为 5 3 ．1 8 ％。镪矿取自工业现场的河南普铝矿，经 蔽淬、混匀、缩分、磨缁过一0 ．1 4 7m m 筛，作为试验 用矿样，主要化学成分 ％ A 1 2 0 a5 8 ．1 6 、S i O 9 ．7 6 、F 龟酝1 2 。垂垂、蕈i 0 23 。2 1 、C a O1 ，6 8 、M g O 0 ．3 4 、N a z O0 ．1 3 、K 2 01 ．4 7 、灼碱1 3 ．2 8 ；矿物组成 ％ 一水硬铝石5 8 ．6 、离岭石1 0 ．0 、伊科石1 1 。0 、 赤铁矿7 。O 、针铁矿5 ．8 、锐镀矿2 ．1 、金红石1 ．0 、方 解石2 ．8 。 试验惩母滚取工盈褒场懿蒸发鼯滚热激滔整， 主要成分N T2 3 6 ．9 8 ∥L ，N K2 2 0g ／L ，A 1 2 0 a1 2 0 ．4 ∥L 。 1 ．聋试验方法 添加剂永化铁黢钙的制备，用铁矿石和石灰石 撩C a O F 锄O ；一2 ；l 分子援 昆掰配释混匀，基 团，放人马弗炉中在～定温度下焙烧得到铁酸 钙， 瘗缎磊再缀零纯、瑗处理嚣佟为溶出添热裁螽援。 铝土矿溶出试验在熔盐浴钢胆溶出器中进行。 在钢弹中装入母液，根据试骏要求加人一定激的铝 土矿和添加粼永诧铁酸钙 c 3 F H 。 ，置于盐浴中进 行溶出反应。反应一定时间后的浆液过滤，滤液分 辑A l 魏、簿往N a z O ，滤袋 豢滗 翔热去离予承洗 涤、烘干后，分析A l z O 。、S i O 。、N a z O ．计算洛出赤 泥孛的A ／S 和N ／S 以及氧化锯豹实际溶出搴。 2 结果与讨论部分 2 ，1q F i b 添魏最举藩对潞蹬赤嚣A ／S 、N ／s 翡彰 晌 在溶出温度2 6 0 ℃、时间6 0r a i n 。根据矿石中 S i o t 鹣含量接生残铁零讫五攘蠢3 C a O F e 2 锈 n S i O 。 6 2 n H 2 0 的系数分别为n 一1 ．2 、1 ．4 、 l 。6 、1 ．8 、2 。0 、2 。2 ，2 ．曩加入添热裁水诧铁酸钙 C 。F H 。 进行溶出试验，添加盈S i 晓系数与溶出赤 泥A ／S 、N ／S 的关系曲线见图1 。 s i o , 系数 n 匿1S i 0 2 系数与溶躜券淀M S 、黝S 的荚系蠡线 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n d e xo f 爱0 2a n dA ／s 。N ／So ft h e r e dm u d 从图1 可蒲出随S i O 。系数减少 添加量增加 ， 游出赤泥A ／S 、N ／S 降低，鄹c 3 F H s 热入量越多，溶 出后赤泥A ／S 、N ／S 越低，且在该试验条件下，A ／S 都在0 ．9 以下。N ／S 都柱0 ．2 5 以下。假加入量过 大，，王蹙生产主不要接受，适宜S i 铙系数为l 。8 ～ 2 ．0 ． 2 。2 妒莓垂对溶窭赤溅A ／s 的影璃 弦溶出温度2 6 0 ℃、时间6 0r a i n ，c 3 F H e 按 S i 。2 系数为2 加入，进行配料a x 分别为1 ．3 5 、 1 ．4 0 、1 ．4 5 、1 。5 0 、1 。6 0 、l 。7 0 静溶毒试验，配料a K 与溶出赤泥A ／S 的关系曲线见豳2 。 配科吒 溺2 嚣料馘与漆爨赤嚣A ／s 戆关系煞线 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nb u r d e n 毫Ka n dA ／So ft h er e dm u d 从图2 可看出随配科a K 增大 加入矽‘石量城 藤∞椰帮∞∞棚善}舯m∞ ；O n n n O 娃n 瞧 m㈣㈣绯㈣帜㈣姒㈣洲㈣ 鲤 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年6 期 夕 ，溶爨凑泥A ／S 降低，酝辩瓠≥1 ．4 s 襄凑泥A ／ S 基本变化不大。 2 。3 母液将性碱浓度对溶爨赤泥A ／S 的影响 在溶蹦温度为2 6 0 ℃，既料a K 为1 ．5 5 ，C 3 F H 6 添加量按S i O 系数为2 加入，溶出6 0r a i n 。苛性碱 浓度分瘠隽1 6 0 、1 8 0 、2 0 0 、2 2 0g ／L 迸爨试验，结果 表踢在本试验条件下随碱浓度N x 增加，溶出赤泥 A ／S 不变，在0 。7 5 左右。隽提高键舔效率，遁宜黪 N K 浓度可商一些，2 2 0g ／L 左右。 2 ．4 溶出时间对潞瞄赤泥A ／S 的影响 在溶豳温度为2 6 0 l | C ，溶出时藩分剃秀1 5 、3 0 、 4 5 、6 0 、7 5 、9 0r a i n 进行试验，溶出时间与赤泥A ／S 静荧系兹线觅1 1 13 。 图3 潞出时间与溶出赤泥A ／S 的关系曲线 F i g ．3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i g e s t i o n t i m ea n dA ／So ft h er e dm u d 从隧3 可以髫嫩，随溶班时间延长，溶如赤泥 A ／S 降低，在溶密瀛度为2 6 0 ℃，溶溺时闯≥4 5r a i n 后，溶出赤泥A ／S 变化不大，在0 ．7 5 左右。 2 ．5 涅凌瓣溶凄券泥A ／S 粒影薅 在溶出时间为4 5r a i n 。c 3 F H 6 添加量按S i 0 2 系数为2 搬人，溶爨温度分别必2 4 0 、2 5 0 、2 6 0 、 2 7 0 ℃进行了试验，溶出温度与赤混A ／S 的关系曲 线见图4 。 获图毒霹以看蠢，在滚试验条箨下，随溶懑温度 升高，溶出赤泥的A ／S 降低，溶出温度≥2 6 0 ℃，溶 出赤泥A ／S 基本不变，在o 。7 5 左右。 2 ．6 机瑾探讨 采用掰型拜耳淡添加荆水化铁黢钙溶出中等品 位锯矿溶出试验绪采表萌，随添魏潼增加，溶出赤 泥A ／S 、N ／S 降低；随配矿璺减少、溶出温度升高、 溶爨霹麓惩长，溶凄蠹泥A ／S 降低；在试验条磐下 碱浓度对溶出赤泥A ／S 影响不大。根据上述试验 结聚，在温度2 6 0 ℃，时阗6 0r a i n ，配糙a K 为1 。5 5 ， 黧4 落痰湿度专溶出赤混M s 懿荚系夔线 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i g e s t i o n t e m p e r a t u r ea n dA ／So ft h er e dm u d c 3 F H 8 按S i 貔系数为l 。9 加入，在l oL 反瘟釜中 进行了溶出扩大试验，得到了赤泥A ／S 为0 ．7 4 。 N ／S 秀0 。2 4 瓣较好溶滋绩暴，骥燕僬予豢袈拜甏法 理论赤泥A ／S 为1 ，N ／S 为o ．6 0 8 。 势秀涛赤泥A ／S 、N ／S 降低的原因，对溶爨泰 泥进行了荧光分析、X 射线衍射分析以及S E M 扫 描电镜 和能潜分析。扩大试验溶出赤泥的化学成 分 鬈 A 1 2 0 38 ．7 9 、s i o , 1 1 ．8 7 、怒0 33 4 。8 9 、T i 侥 4 ．1 8 、K 2 00 ．1 0 、N a 2 02 ．8 5 ，C a O2 2 ．8 3 、M g O l 。9 6 、A ／S 0 ．7 4 、N ／S 0 ．2 4 。疆搂电镜积能落藏 线照片以及满部区域的元素吉爨见图5 。 凑泥的X 射线分析结果表嬲，赤泥的矿物组成 为铰镪瘩纯石榴石、永纯石籀石、赤铁矿、钙霞石、钙 钛矿。 扶匿5 产物戆嚣乎季分毙霹班诗箕爨 [ c ／s ] 一1 5 ．1 5 ／4 ．1 2 3 ．6 8 [ A F 十T ／2 ／S ] ； 2 。4 2 7 。9 5 2 。1 6 ／2 ／ 4 ．1 2 2 ．7 8 粳3 C a O A 1 2 q n S i 魄 6 - - 2 n H 2 0 的水 纯否攘石孛，n 0 。8 融按铯学诗量诗算，[ 曰s j 3 ．7 5 ，[ A ／S ] 一2 ．5 ，与实际测定的产物的原子比十 分接邀。嚣毖生成产物为3 C a O A I O 。 F e 2 ◇ T i 0 2 - 0 ．8 S i 0 2 3 ．4 H 。O 的承化石檎石，A 1 2 0 3 主要为被F 勘0 3 及少部分T i 0 2 取代。F e 。O 。占 6 9 誓，静F e z 貔懿系数为0 ．6 9 ，A h O { 鑫2 l 妊，瑟 A l z O a 的系数为0 ．2 1 。电镜照片中这种物质也较 多。 从衍射曲线和扫播电镜及能谱分析可得赤混中 的硅矿物以铁取代铝的水化石樱石为主，A l 瓯的 键秘系数为0 ．2 左右，F e 2 。s 的饱弱系数为0 。7 左 右，S i 晚饱和系数接近1 。硅矿物组成的改变是溶 爨赤溅A 筠秘N f S 降低戆纛爨。 万方数据 右色金满 冶练部分 2 0 0 8 年6 麓2 1 3结论 瞪田 O 鬈 热塞匿萋叠金必厦蔓竺必 O州9 6船2 0 l 2 姆2 啦 矗4钟‘1 2 A2 5 ∞1 5 1 5 n 42 6 2 1 ‘ 如馆曲 79 ，． 卺诤t 0 0 秘{ 瓣。。 翻5 凑泥撵晶的毖瀵殛扫攒电镜照片 F i g ．5E n e r g ys p e c t r u ma n dS E Mp h o t of o rt h er e dm u ds a m p l e 采糟新型弹耳法添加剂水化铰酸钙溶出中等鼯 熊锯土矿溶出试验结果表明，随添加量增加，溶出赤 泥A ／S 、N ／S 降低；随配矿爨减少、溶出温度升高、 溶出时阅延长，溶出凑泥A ／S 降低；在试验条件下 碱浓度对溶出券泥A ／S 影响不大。 在溶出滋魔2 6 0 ℃，爵阕6 0r a i n ，酝料a K 必 1 ．5 5 ，C 3 F H 。添加量按S i 0 2 系数为l - 9 加入进行 扩大试验，褥到溶出赤泥A ／S 为0 ．7 4 ，N ／S 为0 。2 4 的较好溶出结果。 赤泥孛越硅矿物汉铁取饯锯抟农纯蠢援否为 生，F 龟0 。的饱和系数为0 。7 左右，A l z O ，的饱和系 数为0 。2 左右，s i 晓您程系数接近1 。疆舻物维残 的改变是溶出赤泥A ／S 和N ／S 降低的原因。 参考交靛 【l 】囊l 丕建，寒金搿。拜嚣法溶滚添热求纯镑羧钙反应露力 学研究[ R 1 ．匿家蠢然科学技术基愈赞助壤秘结鼯撮告， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 裁燕旺，柬余舞。添鲡承霞铗酸钙箨耳法薪工艺骄定试 验报告[ R ] ．中国铝业股份有限公司科研攻关项目， 2 0 0 3 。 [ 3 ] 李新华，刘雄旺，朱袅勇，等．添加水化铁酸钙拜耳法新 工艺戆撬瑗、器突送嶷菠斑耀黎彖[ A 】。／／审蓬矗鑫覆 学会第六届学术年会论文集[ C ] ．北京，2 0 0 5 3 7 3 - 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