重庆中低品位铝土矿选矿精矿溶出性能工艺研究.pdf

重庆中低品位铝土矿选矿精矿溶出性能工艺研究 ① 李 博， 刘述平， 徐凌飞 （中国地质科学院矿产综合利用研究所， 四川 成都 ６１００２１） 摘 要 针对重庆南川地区 Ａ／ Ｓ ７．５ 以上选矿精矿进行溶出实验，研究了相关的工艺参数对溶出过程的影响。 结果表明在配料 αｋ 为 １．４５、溶出温度 ２６０ ℃、溶出时间 ８０ ｍｉｎ、ＣａＯ 添加量为矿石量的 ６％、溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ 的最优条件下进行溶出实验，氧化铝 的平均溶出率达到 ８６％以上，相对溶出率达到 ９９％以上。 关键词 铝土矿选矿精矿； 一水硬铝石； 拜耳法； 溶出 中图分类号 ＴＦ１１１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０２．０２４ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０２－００９１－０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ Ｌｏｗ⁃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｇｒａｄｅ Ｂａｕｘｉｔｅ ｆｒｏｍ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＬＩ Ｂｏ，ＬＩＵ Ｓｈｕ⁃ｐｉｎｇ，ＸＵ Ｌｉｎｇ⁃ｆｅｉ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， ＣＡＧＳ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００２１， Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ Ａ／ Ｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ７．５ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｕｘｉｔｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ， ｆｏｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈａｔ ｉｓ， ｂｅｉｎｇ ｄｉｇｅｓｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ２６０ ℃ ｆｏｒ ８０ ｍｉｎｕｔｅｓ， ｗｉｔｈ αｋ ｏｆ １．４５， ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ＣａＯ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ６％ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｅ ａｎｄ Ｎｋａｒｏｕｎｄ ２２０ ｇ／ Ｌ， ｌｅｄ ｔｏ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ａｂｏｖｅ ８６％ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ９９％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｂａｕｘｉｔｅ； ｄｉａｓｐｏｒｅ； Ｂａｙｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ 我国铝土矿成矿远景区域主要分布在河南、山西、 广西、四川等省和自治区，其中约 １０％的铝土矿资源 量分布在云南、重庆等地，截止 ２０１０ 年，重庆市铝土矿 资源储量为 ２２ ２７０．６２ 万吨，位居我国第 ５ 位，其中基 础储量 ６ ８４７．１４ 万吨，占总资源储量的 ３０．７５％。 资源 主要分布在渝东南地区的南川、武隆、涪陵、丰都、彭 水、黔江等地，构成渝东南铝土矿成矿带。 重庆铝土矿 矿床的特点是大、中型矿床少，小型矿床及矿点多，铝 土矿原矿平均 Ａ／ Ｓ 为 ３．００～７．５４，其中 Ａ／ Ｓ 在 ３～５ 之 间的铝土矿所占比重较大，难以满足拜耳法生产氧化 铝工艺 Ａ／ Ｓ 大于 ７ 的要求。 而重庆铝土矿中的硅矿 物为高岭石、绿泥石、伊利石，原矿经过选矿后，Ａ／ Ｓ 可 达到 ７．５ 以上，可以达到拜耳法生产氧化铝的工艺要 求。 为了给工程设计和工业生产提供理论依据，本文 对重庆地区铝土矿选精矿进行了拜耳法溶出性能实验 研究，以期找出该铝土矿选精矿最佳溶出工艺。 １ 实 验 １．１ 实验原料 铝土矿选矿精矿取自重庆南川地区大佛岩矿区铝 土矿浮选精矿粉，经烘干后充分混匀，分析其化学成 分、粒度组成，如表 １、表 ２ 所示。 铝土矿 Ａ／ Ｓ 为 ７．５５。 表 １ 铝土矿浮选精矿化学成分（质量分数） ／ ％ Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２ＴｉＯ２Ｆｅ２Ｏ３ＣａｏＭｇＯＮａ２Ｏ Ｓｃ１）Ｇａ１） ６０．３４７．９９２．８２１１．５２０．０９２０．３３０．０６３２９．３１０６ １） 单位为 ｇ／ ｔ。 表 ２ 铝土矿粒度筛析结果 粒级／ ｍｍ分布率／ ％ ＋０．１５ １．２９ －０．１５＋０．０７５ １１．７８ －０．０７５＋０．０４５ ３０．３６ －０．０４５ ５６．５７ １．２ 实验设备与方法 溶出实验设备采用 ＪＦＳ－６ 钢弹均相反应器进行 溶出实验，采用可控硅温度控制器控制实验温度，控温 精度为１ ℃，钢弹转速 ５０ ｒ／ ｍｉｎ。 实验方法先将配置好浆料装入钢弹，固定后，调 ①收稿日期 ２０１３－１１－０１ 基金项目 国土资源大调查项目（１２１２０１０６６１１０４） 作者简介 李 博（１９７７－），男，甘肃嘉峪关人，工学硕士，工程师，主要从事冶金资源综合利用工作。 第 ３４ 卷第 ２ 期 ２０１４ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１４ 节钢弹转速 ２０ ｒ／ ｍｉｎ 后，升温，在达到实验温度时计 时，反应结束后，将钢弹取出，并用大量冷水使钢弹冷 却。 固液分离后，取溶出液分析成分，对赤泥进行分 离，用热水洗涤干净，赤泥在 １０５ ℃ 左右的烘箱中烘 干，并对赤泥进行化学分析。 ２ 实验结果及讨论 ２．１ 溶出率的计算 铝土矿溶出过程中，实际反应后进入到铝酸钠溶 液中 Ａｌ２Ｏ３与铝土矿 Ａｌ２Ｏ３总量之比为铝土矿的实际 溶出率。 由于矿石特性及溶出条件等影响，矿石中的 氧化铝并不能完全进入溶液，只用实际溶出率不能说 明溶出作业条件的好坏，为了消除矿石品位不同造成 的影响，通常采用相对溶出率来表征铝土矿溶出作业 效果。 η实际＝[ １ － Ｑ泥Ａ泥 Ｑ矿Ａ矿 ] １００％（１） η相对＝ η实际 η理论 １００％ （２） 式中 η实际为铝土矿实际溶出率，％；η理论为铝土矿理论 溶出率，计算可知该铝土矿理论溶出率为 ８６．７５％； η相对为铝土矿相对溶出率，％；Ｑ泥、Ｑ矿分别为赤泥及矿 石质量，ｇ；Ａ泥、Ａ矿分别为赤泥及矿石中的氧化铝含 量，％；（Ａ／ Ｓ）矿为矿石的铝硅比。 ２．２ 溶出实验结果及讨论 ２．２．１ 碱浓度对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在石灰添加量 为投矿量 ８％，温度 ２６０ ℃，时间 ８０ ｍｉｎ，αｋ为 １．４０ 的 条件下，考察了碱浓度变化对铝土矿选矿精矿溶出率 的影响，实验结果如图 １ 所示。 图 １ 碱浓度对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在铝土矿溶出过程中，增加溶液中的碱浓度，可提 高铝酸钠的未饱和度，从而加快氧化铝的溶出速度，但 过高的碱浓度造成溶出液离子浓度过高，使 Ａｌ２Ｏ３溶 出率下降。 由图 １ 可知，随着溶出碱浓度的增加，Ａｌ２Ｏ３溶出 率先呈上升趋势，当溶出碱浓度达到 ２２０ ｇ／ Ｌ 时，样品 中的 Ａｌ２Ｏ３溶出率达到最大，为 ８６．１６％；当溶出碱浓 度超过 ２２０ ｇ／ Ｌ 时，Ａｌ２Ｏ３溶出率呈下降趋势，综合考 虑 Ａｌ２Ｏ３溶出率及后续处理工序的需要，溶出碱浓度 选择 ２２０ ｇ／ Ｌ 较为合适。 ２．２．２ 石灰添加量对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在溶出碱 浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ，温度 ２６０ ℃，时间 ８０ ｍｉｎ，αｋ为 １．４０ 的条件下，考察了石灰量变化对铝土矿浮选精矿溶出 率的影响，实验结果如图 ２ 所示。 图 ２ 石灰添加量对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 由图 ２ 可知，在溶出过程中，随着石灰添加量的增 加，氧化铝的溶出率呈先上升后下降趋势，当石灰添加 量为矿重的 ６％时，Ａｌ２Ｏ３溶出率为 ８６．７３％；在溶出过 程中添加石灰可以生成钛酸钙（ＣａＯＴｉＯ２），避免了 钛酸钠的生成，从而消除 ＴｉＯ２对一水硬铝石溶出过程 的有害影响，加速溶出过程［１］。 而过量的石灰会生成 一定数量的钙霞石和水化石榴石，而造成氧化铝溶出 率的降低。 因此，石灰添加量 ６％较为合适。 ２．２．３ 溶出温度对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在石灰添加 量为投矿量 ６％，溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ，时间 ８０ ｍｉｎ， αｋ为 １．４０ 的条件下，考察了溶出温度变化对铝土矿溶 出率的影响，实验结果如图 ３ 所示。 图 ３ 溶出温度对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 ２９矿 冶 工 程第 ３４ 卷 溶出温度是一水硬铝石矿溶出的主要影响因素。 研究表明［２－３］，对于一水硬铝石型铝矿的溶出，低温下 受化学反应控制，中间温度下受化学反应和扩散联合 控制。 铝土矿用碱液溶出的反应速度特别是在高温 下，可用扩散动力学方程表示 ｄｃ ｄｔ ＝ Ｋ ＴＳ ｄμδ（Ｃｍ － Ｃ） （３） 式中ｄｃ ｄｔ 为矿石中的 Ａｌ２Ｏ３在瞬间的溶出速度；Ｔ 为温 度，Ｋ；Ｋ 为常数；Ｓ 为相界面积，ｍ２；μ 为溶液粘度，Ｎｓ／ ｍ２； ｄ 为矿石直径，ｍ；Ｃｍ为温度 Ｔ 时 Ａｌ２Ｏ３的饱和浓度， ｇ／ Ｌ；δ 为扩散层厚度，ｍ；Ｃ 为瞬时 ｔ 时 Ａｌ２Ｏ３浓度，ｇ／ Ｌ。 由图 ３ 中可以看出，随着溶出温度的提高，铝土矿 中 Ａｌ２Ｏ３溶出率呈上升趋势，当溶出温度为 ２８０ ℃时， Ａｌ２Ｏ３的溶出率为 ８６．６１％；当溶出温度为 ２６０ ℃ 时， Ａｌ２Ｏ３的溶出率为 ８６． ４７％，仅比 ２８０ ℃ 溶出时低 ０􀆱 １５％，并且溶出温度的提高，会造成生产能耗的增 加，故溶出温度选择 ２６０ ℃较为合适。 ２．２．４ 溶出时间对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在石灰添加 量为投矿量 ６％，溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ，溶出温度 ２６０ ℃，αｋ为 １．４０ 的条件下，考察了溶出时间变化对铝土 矿精矿溶出率的影响，实验结果如图 ４ 所示。 图 ４ 溶出时间对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 由图 ４ 可看出，随着溶出时间的增加，Ａｌ２Ｏ３溶出 率呈上升趋势，当溶出时间达到 ８０ ｍｉｎ 时，样品中的 Ａｌ２Ｏ３的 溶 出 率 为 ８６． ６２％， 已 接 近 理 论 溶 出 率 ８６􀆱 ７６％。 继续延长溶出时间对溶出率的影响不大，而 且还会增加能耗，增大生产成本。 故溶出时间选择 ８０ ｍｉｎ 较为合适。 ２．２．５ 配料 αｋ对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 在石灰添加 量为投矿量 ６％，溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ，温度 ２６０ ℃， 时间 ８０ ｍｉｎ 的条件下，改变溶出过程分子比，考察分 子比变化对铝土矿溶出率的影响，实验结果如图 ５ 所示。 图 ５ αｋ对 Ａｌ２Ｏ３溶出率的影响 由图 ５ 可看出，随着配料 αｋ的增大，铝土矿中的 Ａｌ２Ｏ３的溶出率呈上升趋势。 这主要是因为增大配料 αｋ，可以增大铝酸钠溶液的未饱和度，加快 Ａｌ２Ｏ３的溶 出速度，提高 Ａｌ２Ｏ３的溶出率。 当配料 αｋ为 １．４５ 时， Ａｌ２Ｏ３的溶出率达到 ８６．８２％，在实际生产过程中，配料 αｋ过高，会降低后续工序中氧化铝的分解速度，降低 其分解效率，故配料 αｋ选择 １．４５ 较为合适。 ２．２．６ 选矿精矿溶出综合条件实验 在对铝土矿选矿 精矿进行溶出条件实验的基础上，确定了最佳溶出工艺 条件为投矿量为 ４０ ｇ，溶出温度 ２６０ ℃，溶出时间 ８０ ｍｉｎ，配料 αｋ为 １．４５，溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ，石灰添加 量为精矿质量的 ６％。 综合条件实验结果见表 ３。 表 ３ 综合条件实验 编 号 溶出液成分ρ／ （ｇＬ －１ ） Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２Ｎａ２Ｏｋ αｋ 硅量 指数 赤泥成分／ ％ Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２ （Ａ／ Ｓ）赤泥 Ａｌ２Ｏ３的溶出率／ ％ η实际η相对 １１５１．４０．８１１４１．５ １．５４ １８６．７ １９．４３ １６．１６１．２０８５．８８９８．９８ ２１５９．００．８５１４７．２ １．５２ １８７．０６ １７．７３ １５．５４１．１４８６．４７９９．６６ ３１３１．６０．７８１２０．３ １．４８ １６８．７２ １９．２３ １６．６０１．１６８６．３６９９．５４ ４１２５．５０．７４１１５．６ １．５１ １６８．９２ １８．７１ １６．８１１．１１８６．８９１００．１４ 平均１．５１ １７７．８５１．１５８６．４０９９．５８ 由表 ３ 可知，重庆地区铝土矿在最佳溶出条件下 具有较好的溶出性能，平均溶出率可达 ８６％以上，相 对溶出率可达 ９９％以上。 ３ 结 论 重庆铝土矿浮选精矿在溶出温度 ２６０ ℃、溶出时 间 ８０ ｍｉｎ、ＣａＯ 添加量为矿石量的 ６％、溶出碱浓度为 ２２０ ｇ／ Ｌ 的最优条件下进行溶出，氧化铝的平均溶出 率达到 ８６％以上，相对溶出率达到 ９９％以上，溶出性 能较好。 参考文献 ［１］ 杨重愚． 氧化铝生产工艺［Ｍ］． 北京冶金工业出版社，１９９３． ［２］ 赵清杰． 一水硬铝石矿溶出新工艺的研究［Ｊ］． 轻金属，２０００（１） １８－１９． ［３］ 陈万坤． 一水硬铝石型铝土矿的强化溶出技术［Ｍ］． 北京冶金 工业出版社，１９９７． ３９第 ２ 期李 博等 重庆中低品位铝土矿选矿精矿溶出性能工艺研究