中低品位铝土矿硅溶出抑制研究.pdf

2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期 中低品位铝土矿硅溶出抑制研究 洪涛“2 ，郑诗礼2 ，张懿2 1 ．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安7 1 0 0 5 5 ；2 ．中国科学院过程工程研究所，北京 1 0 0 0 8 0 摘要针对中低品位一水硬铝石铝土矿处理和硅溶出抑制工艺要求，研究采用溶出原液中添加一定量二 氧化硅和溶出后降温脱硅的方法对中低品位铝土矿溶出脱硅工艺进行了研究；研究表明采用三种方式 均可以有效降低溶出液中的二氧化硅浓度和二氧化硅溶出辜；通过对比溶出脱硅方法，采用降温制度调 整对址理中低品位铝土矿是较适合方法． 关键词亚熔盐溶出} 溶出抑制；溶液脱硅 中围分类号T F 8 2 1 文献标识码A立章编号1 0 0 77 5 4 5C2 0 0 7 0 6 - - 0 0 2 4 - - 0 4 S t u d yo nS i l i c aD i g e s t i o nS w e e t e n i n go fD i a s p o r i cB a u x i t ew i t h L O WA l u m i n at oS i l i c aM a s sR a t i o H O N GT a 0 1 “。Z H E N GS h i - l i 2 ．Z H A N GY i 。 ，n ．S c h o o lo fM e t a l i u r g yE 唱m e 盯砸，X i ’埘U n i v e r s i t yo fA x c h i t e c t t l r e T e c h n o l o g y ．S h a a n x i ．X i B a7 1 0 0 5 5 ，C h i n s 2 ．I n s t i t u t eo fP r o e e s sE n g i n e e r i n g ，C h i n e 驿A c a d e m yo fS c i e n c 曲．B e r i n g1 0 0 0 8 0 ．C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt ou t i l i z et h ed i a s p o r i cb a u x i t et h a tt h el o wa l u m i n at os i l i c aI T l a r a t i o ，r e d u c e1 c a c h i n g i n gr a t eo fs i l i c a ，t w om e t h o d sw e r eu s e dt or e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fs i l i c a d i g e s t i o nt h eb a u x i t eb y c o n t e n ts i l i c as o l u t i o n ，d e s i l i c a t i o ns o l u t i o nb yt e m p e r a t u r e - d r o pp r o g r a m ．T h es t u d ys h o w st h a tt w o m e t h o d sc o u l de f f e c t i v er e d u c es i l i c ac o n c e n t r a t i o na n dt h el e a c h i n gr a t eo fs i l i c a ．T h r o u g ht h r e em e t h o d s ， t h em o s ts i g n i f i c a n tm e t h o di sd e s i l i c a t i o ns o l u t i o nb yt e m p e r a t u r e ‘d r o pp r o g r a m ． ‘ K e y w o r d s tS u bm o l t e ns a l td i g e s t i o n ；D i g e s t i o ns w e e t e n i n g ；S o l u t i o nd e s i l i c a t i o n 我国铝土矿资源虽然丰富，但主要是一水硬铝 石型矿物，大多数矿物中二氧化硅含量较高，提取难 度大，不宜采用拜耳法工艺；且我国氧化铝工业与世 界先进工艺相比主要技术经济指标和技术装备水平 落后，特别是能耗高、物耗高．成本高、效益较差和环 境污染严重“叫] 。针对以上同题，中科院过程工程 研究所采用亚熔盐技术对难溶性一水硬铝石提取工 艺进行了相关研究采用亚熔盐介质法强化溶出一 水硬铝石，与传统拜耳法相比．亚熔盐为常压操作’ 溶出压力和溶出温度由4 ．0 ～6 ．0M P a 和2 0 0 ～ 2 4 0 ℃分别降低到接近常压和2 0 0 ℃以下．大幅度降 低溶出操作的工艺条件，设备费用和能耗“．6 ] 。 但氧化铝完全溶出同时。二氧化硅也基本完全 溶出，造成溶出后液中二氧化硅浓度高，溶液黏度、 表面张力极高，不利于后续液固分离；且亚熔盐介质 为高淮介质．溶出后无法采用拜耳法中常用的脱硅 方法，影响后续铝酸钠结晶过程。针对上述问题，笔 者按照反应热力学和动力学基本原理，采用人为调 整溶液中二氧化硅过饱和度的方式进行了中低品位 铝土矿溶出过程中硅溶出抑制的研究”] 。 2 试验原料与方法 2 ．1 试验原料 采用具有代表性的河南巩义一水硬铝石型铝土 基金项目国家自然科学基金重点项目 5 0 2 3 4 0 4 0 ；国家8 6 3 项目 2 0 0 5 A A 6 4 7 0 1 0 作者筒舟洪辨 1 9 7 7 - - ．男．辽宁辽阳人．博士研究生．讲师 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 “ ／年6 期2 5 矿为原料，A ／S 13 4 ，其他化学成份 “ A 1 O ， 3 89 6 4 、S i 吐2 9 ．0 8 2 、F c 2 0 ，t 5 ．1 0 0 、C a 02 ．8 2 5 、 N a 2 00 ．6 7 2 、灼减9 ．4 5 6 。X 射线衍射物相分析表 明，尾矿中主要矿物相为一水硬铝石、高岭石、伊利 石，还有少量锐钛矿、三斜霞石、石英和赤铁矿；主要 含硅矿物是高岭石、伊利石、三斜霞石和石英。 2 ．2 试验方法 研究溶出工艺、溶出二氧化硅浓度，降温制度对 溶出过程中铝、硅溶出的影响．明确正确的溶出抑制 方法和可行的工艺条件。 元索分析采用5 3 0 0 D V 型I C P O E S ．物相结 构采用X P e r tP R OM P D 衍射仪。 3 实验结果与讨论 3 ．1 巩义矿的亚熔盐溶出 实验条件采用每氧化钠和铝土矿为原料，取铝 土矿] 0 0g ，采用液固比为3 1 ，氧化钠浓度在8 5 0 g ／L 左右；在4 5 3K 下溶出2h ，降温至3 6 3K 过滤 后．分析溶液和溶出渣。上清液成份 g ／L N 赴O 7 4 8 ．9 5 9 、A 1 2 0 。2 7 5 ．2 2 9 、S i 0 25 1 ．2 4 4 。可见，亚熔 盐溶出条件下，铝土矿中氧化铝基本全部溶出，溶出 率达到9 7 “左右。同时矿物中硅溶出率达到 8 4 ．4 7 “。此时溶出液中硅浓度达到5 0g ／L 以上，可 见如不加以有效抑制，常规条件溶出不会有效降低 硅溶出；试验中对赤泥进行了X R D 分析。 图1 为亚熔盐溶出后赤泥X R D 图谱；与标准图 谱相比，常规溶出后赤泥主要成份为羟基方钠石 N a s S i s A l B O z ． O H 2 ZH z O ．I C D D 0 1 0 7 2 2 3 2 9 ；化学成份上．溶出后赤泥后的钠硅比为 0 ．7 5 4 ，铝硅比为1 ．0 4 6 ，而羟基方钠石的钠硅比为 0 ．6 8 9 ，铝硅比为0 ．8 5 0 ，赤泥中钠、铝含量偏高。 图1 常规溶出赤泥X R D 谱图 F i g ．1 X R Dp a t t e r no fr e dm u d 3 ．2 溶出过程硅抑制研究 河南巩义矿溶出研究表明在保证高铝溶出率条 件下难以有效抑制硅酸盐矿物的溶出”叫] ，因此在 溶出过程中如需抑制溶出液中二氧化硅浓度．只能 采用形成羟基方钠石沉淀方式。 沉淀是一种特殊结晶过程。由形成过饱和度、生 成晶核、晶核长大为可分辨的大小三步；形成沉淀的 全部物理环境的各个因素都会影响沉淀结晶形态， 是过饱和度对粒度分布的影响o ] 。 要在亚熔盐溶出过程中实现二氧化硅抑制，需 要控制溶出液中二氧化硅过饱和度以此进行铝硅酸 盐沉淀操作，达到羟基方钠石有效沉淀目的；因此可 以采用在溶出过程中增加溶液中二氧化硅浓度和溶 出后降温造成溶液过饱和从而形成铝硅酸盐沉淀。 3 ．2 ．1 二氧化硅浓度的影响 实验条件采用氢氧化钠和铅土矿为原料。取铝 土矿1 0 0g ，采用液固比3 1 ，以硅酸钠为原料加入 溶液中，使二氧化硅浓度为2 0g ／L 并使氧化钠浓度 稳定在8 5 0g ／L 左右；在4 5 3K 下溶出2h ，降温至 3 6 3K 过滤后，分析溶液和溶出渣。上清液成份 g ／L N a z O7 3 5 ．3 9 、A I z O a2 4 3 ．3 3 ．S i O z2 5 ．0 0 。 铝溶出率8 3 ．2 7 ％、硅溶出率8 ．0 C ％。可见在溶出 液中适当添加一定浓度二氧化硅进行溶出，在溶出 后溶液中二氧化硅浓度提高不太，且二氧化硅溶出 率低于1 0 ％，矿物中绝大多数二氧化硅没有进人溶 液，同时铝土矿中氧化铝溶出率高于8 0 ％。 如图2 ，溶出后的赤泥主要为羟基方钠石 N a a S i 6 A 1 e O ” O H 2 2H 2 0 tI C D D 0 0 0 4 2 0 2 1 5 ，可知溶出过程中矿物完全溶出后由于硅浓度 超过过饱度从而形成不溶性铝硅酸盐沉淀t 这说明 在亚熔盐溶出中可以考虑适当添加二氧化硅做为溶 出抑制剂。 2 鲥。l 图2 加硅溶出赤泥X R D 谱图 F i g ．2 X R Dp a t t e r ne fr e dm u d 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期 3 ．2 ．2 降温作业对硅抑制的影响 绝大多数物质在水溶液中的溶解度和饱和度受 温度变化影响极大；在脱硅和种分分解过程中，调整 工艺过程温度可以有效调整溶液中铝硅结构和溶液 过饱和度，有效促进铝硅酸盐生成和氢氧化铝生成。 实验条件采用氢氧化钠和铝土矿为原料．按取 铝土矿1 0 0g ，按照液固比为3 1 ，氧化钠浓度在 8 5 0g ／L 左右时；在4 5 3K 下溶出2h ，采用4K ／r a i n 的降温速率将温度降至4 3 3K 进行保温脱硅，之后 降温至3 9 3K 进行液固分离，并分析液体中各成份 含量。结果见表1 。 表l 溶出液成份 T a M e1T h ec o m p o n e n tc o n c e n t r a t i o ni ns o l u t i o n 由表1 可知，在4 3 3 K 下保温脱硅过程中，随着 时间延长溶液中二氧化硅浓度不断降低，且前2h 生成速率较快，溶液中硅浓度减小迅速，而在此之 后，硅析出速率减缓；在保温时问达到3h 后，溶液 中二氧化硅浓度为初始溶出后的2 0 蹦，其浓度保持 在1 1g ／L 左右，硅溶出率降低列1 9 ．1 7 ％；这说明 降温过程中溶出液中二氧化硅处于过饱和状态，保 温过程中硅不断以铝硅酸形式沉淀析出．可见采用 降温、保温制度可有效实现溶出抑制。 3 ．2 ．3 保温温度对硅溶出的影响 保温温度不同可在结晶或沉淀过程中调整溶液 过饱和度，提供不同程度结晶推动力和结晶深度，因 此在亚熔盐溶出后，采用不同的保温温度会使溶出 液中二氧化硅过饱和度不同，沉淀推动力和深度亦 会有很大变化。 试验条件采用氢氧化钠和铝土矿为原料，取铝 土矿1 0 0g ，按照液固比为3 i ．氧化钠浓度在8 5 0 g ／L 左右，在4 5 3K 下溶出2h ，采用4K ／r a i n 的降 温速率将温度降至不同的保温温度并恒温3h ，之 后采用4K ／r a i n 的升温速率将溶出液温度提高至 4 3 3K 熟化2h ，之后降温至3 9 3K 进行液固分离， 结果见表2 。 表2 保温温度对溶液成份的影响 T a b l e2T h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nc o m p o n e n tc o n c e n t r a t i o ni ns o l u t i o n 表2 表明，不同保温温度对溶出液中二氧化硅 淮度影响极大} 降低温度造成二氧化硅平衡浓度下 降，随保温温度升高脱硅反应后二氧化硅浓度不断 升高，说明降低保温温度对提高二氧化硅过饱和度、 促进铝硅酸钠沉淀生成具有明显效果；但在保温温 度为4 1 3K 、4 3 3K 条件之下，溶液中二氧化硅浓度 却低于3 5 3 ～3 9 3K 保温温度下的溶液浓度，特别是 在4 1 3K 下．其浓度达到6 ．4 4g ／L 。 4 结论 采用溶出原液中添加一定量二氧化硅和溶出后 降温脱硅的方法均可有效降低溶出液中二氧化硅浓 度及溶出率；但溶出液中添加二氧化硅方式虽然可 抑制硅溶出，但实际工艺中。须溶出前调整其浓度， 额外增加工艺过程，且加人的二氧化硅会造成矿物 中氧化铝绝对溶出率的下降；通过温度调整可在不 添加其它组份条件下有效降低溶液中二氧化硅浓 度、促进赤泥生长；但操作过程中降温、保温均需做 为操作步骤，对流程连续性、可操作性有一定影响。 采用降温制度调整对处理中低品位铝土矿是较适合 的，其最优参数是在4 5 3K 下溶出2h 后采用 4K ／r a i n 的速率将温度降至4 1 3 K 并恒温3h 。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期 2 7 参考文鼓 E l i 扬重恿．轻金属冶金学[ M ] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 毕诗文，于海燕氧化铝生产工艺[ M ] ．北京化学工业 出版社，2 0 0 6 ． F 3 ] 尹中林．中国拜耳法氧化铝生产技术的发展方向[ J ] ． 轻金属，2 0 0 0 4 2 5 - - 2 8 E 4 ] 张蚌．绿色过程工程D ] ．过程工程学报2 0 0 l 1 l o 1 5 ． [ 5 ] 元炯亮高裱介质法强化处理一水硬铝石型铝土矿厂J ] ． 有色金属，2 0 0 2 ，5 4 1 3 3 3 6 ． [ 6 ] 张亦飞亚熔盐法生产氧化错的基础性研究Z D ] ．北京 中国科学院，2 0 0 3z 1 3 3 ． [ 7 ] 时钧．化学工程手册E M ] ．北京化学工业出版社 1 9 9 6 万方数据