高铁三水铝石型铝土矿综合利用新工艺的基础研究.pdf

分类号V D C 博士学位论文 密级 高铁三水铝石型铝土矿综合利用 新工艺的基础研究 F u n d a m e n t a lR e s e a r c ht h eN e wP r , u n a a m e n t a lR e s e a r c l ao nt h eNe wP r o c e s so f ’‘ C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no fH i g hI r o nG i b b s i t e T y p e B a u x i t eO r e s 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 副指导教授 朱忠平 钢铁冶金 资源加工与生物工程学院 姜涛教授 李光辉教授 中南大学 二O 一一年九月 原创性声明 舢岫洲舢删删川m Ⅲ删 Y 2 19 6 9 8 8 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名 日期上盟年』月生日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名影卜导师签名姜荜吼必年4 月上日 摘要 随着我国冶金工业的快速发展，铝土矿石和铁矿石的消耗量大幅 度上升，国内铝土矿和铁矿的供需缺口越来越大，对外依存度日益提 高，对国内高铁铝土矿的开发具有重要的现实意义。高铁三水铝石型 铝土矿 以下简称为高铁铝土矿 是公认的难选难冶矿石，在我国储 量很大。本论文以广西某高铁三水铝石型铝土矿为对象，开展了铁、 铝、硅、钒、镓等综合利用新工艺的基础研究。 采用光学显微镜、X R D 、S E M 及电子探针等微观测试方法对高铁 三水铝石型铝土矿工艺矿物学进行了详细研究，发现铁主要存在于针 赤 铁矿中，而铝主要存在于三水铝石中；针 赤 铁矿中含有铝 元素，A 1 2 0 3 含量的质量比从1 7 ％到3 9 ％不等，而三水铝石中也都 含有铁元素，F e 2 0 3 含量的质量比从1 5 ％- 2 5 ％不等，这些嵌布粒度小 于5 p m 、嵌入在铁矿内的A 1 2 0 3 和嵌入在三水铝石内的F e 2 0 3 ，导致 选矿方法无法将它们分离出来。 采用热力学计算和绘图等方法研究了矿石中的铝、铁、硅等组份 在不同气氛下焙烧时的物理化学行为。研究发现，在低于1 5 0 0 K 的 温度范围，在氧化性气氛下加热高铁铝土矿不能改变铝、铁、硅的赋 存关系；N a z C 0 3 或N a 2 S 0 4 存在的条件下还原焙烧时，A 1 2 0 3 和S i 0 2 优先与钠盐反应生成铝硅酸钠，其次是硅酸钠，再次是铝酸钠；N a 2 S 0 4 容易被还原为N a 2 S 0 3 ，N a ／S 0 3 性质不稳定易发生分解而生成N a 2 S 和N a 2 S 0 4 ；N a z S 0 3 与A 1 2 0 3 和S i 0 2 反应的规律与N a z S 0 4 相同；N a z S 不能直接与A 1 2 0 3 、S i 0 2 发生反应，但在F e O 的参与作用下可与A 1 2 0 3 、 S i 0 2 反应，其规律与N a 2 S 0 4 的相同；钠盐存在时，在适宜的温度及 还原气氛下，铁氧化物可还原成金属铁，而铝和硅转换成铝硅酸钠、 硅酸钠或铝酸钠。 在上述理论研究的基础上，开发了还原焙烧一磁选．浸出综合利用 高铁三水铝石型铝土矿的新工艺。通过还原焙烧一磁选研究，获得了 优化的焙烧和磁选工艺参数。在N a 2 S 0 4 质量比1 5 ％、硼砂质量比2 ％、 N a 2 C 0 3 质量比2 5 ％、还原焙烧温度1 0 5 0 ℃、还原焙烧时问6 0 m i n 、 细磨至一0 ．0 7 4 m m 9 5 ．5 ％～9 6 ．O ％，磁场强度9 7 5 G s 的条件下，获得了 T F e 含量9 3 ．7 3 ％、A 1 2 0 3 含量1 ．2 1 ％的磁性物和T F e 含量6 ．7 3 ％、A 1 2 0 3 含量4 0 ．5 6 ％的非磁性物 富铝渣 产品，铁回收率9 3 ．0 7 ％。 机理研究表明，在钠盐还原焙烧中，硼砂具有助熔作用，碳酸钠 以固相扩散反应为主，硫酸钠以液相反应为主，添加剂的添加促进了 铁晶粒的长大和铝／铁的分离。化学分析及X R D 物相分析表明，焙烧 矿主要由金属铁、铝硅酸钠组成，其余还有少量未还原完全的铁氧富 氏体及还原焙烧过程中生成的硫化亚铁；磁性物主要成分为金属铁； 非磁性物主要成分为铝硅酸钠，其余还有少量硫化亚铁、硅酸亚铁和 未分离完全的金属铁。 进而研究了从富铝渣 非磁性物 中回收和分离铝、硅和钠的方 法和工艺技术。研究发现，硫酸浸出可将富铝渣中的铝、硅、钠同时 转入溶液。获得了浸出的最佳工艺条件H 2 S 0 4 浓度3 0 ％、浸出温度 3 0 ℃、浸出时间3 0 m i n 、液固比1 0 l 、搅拌速度2 0 0 r ／m i n 。在此条件 下，富铝渣中A 1 2 0 3 、S i 0 2 和N a 2 0 浸出率分别达到8 9 ．3 7 ％、8 9 ．1 2 ％ 和9 6 ．4 6 ％。 为从浸出液中分离铝、硅和钠，采用浓硫酸酸化首先分离出硅， 再利用硫酸铝和硫酸钠溶解度的差别，采用蒸发结晶方法实现铝、钠 的分离。获得了硫酸酸化分离S i 0 2 的最佳条件是H z S 0 4 浓度7 0 ％、 浸出温度9 0 ℃、浸出时间1 2 0 m i n 、液固比1 0 1 、搅拌速度5 0 0 r ／m i n 。 在此条件下，S i 0 2 分离率达到9 8 ．3 2 ％。 查明了在还原焙烧．磁选．浸出过程中高铁三水铝石型铝土矿中 镓和钒的走向。研究发现，镓几乎全部进入磁性物质中，可以在金属 铁中得到回收；8 0 ％以上的钒进入非磁性物中，非磁性物经酸浸后， 钒主要到浸出渣中，可以在浸出渣中加以回收。 在工艺技术研究的基础上，推荐了还原焙烧一磁选一浸出法综合 利用高铁三水铝石型铝土矿的新工艺流程，与已公开发表“先铁后铝” 工艺相比，该流程具有工艺简单、投资成本低、废弃物排放少、综合 回收利用率高的优点。 本论文的研究为高铁三水铝石型铝土矿的综合利用提供了新的 途径。 关键词铁矿石，铝土矿，三水铝石，直接还原，综合利用 I I A BS T R A C T W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm e t a l l u r g i c a li n d u s t r yi nC h i n a ，t h e c o n s u m p t i o no ft h eo r er e s o u r c e sr a i s e sg r e a t l y ．W h i l et h es h o r t a g eo f d o m e s t i cb a u x i t ea n di r o no r e si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e v e r e ，t h e a m o u n to fi m p o r t e db a u x i t eo r e si si n c r e a s i n gy e a rb yy e a r ；t h e r e f o r e ，i ti s o fag r e a ts i g n i f i c a n c et ou t i l i z ed o m e s t i ch i g hi r o nb a u x i t eo r e s ．H i g h i r o ng i b b s i t e t y p eb a u x i t ei sak i n do fr e f r a c t o r yo r e s ，a n di th a sal a r g e r e s e r v ei nC h i n aa n dt h er e s to fS o u t h e a s tA s i ac o u n t r i e s ．I nt h i st h e s i s ，a b a s i cr e s e a r c ho fan e wp r o c e s sf o rt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fi r o n ， a l u m i n u m ，s i l i c o n ，v a n a d i u m ，g a l l i u me t c ．w a sc a r r i e do u tb yu s i n g G u a n g x ih i g h i r o ng i b b s i t eb a u x i t ea sr a w m a t e r i a l s ． M e a s u r e m e n t m e t h o d s ，i n c l u d i n go p t i c a lm i c r o s c o p e ，X r a y d i f f r a c t i o n X I ① ，S c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p e S E M a n de l e c t r o n i c p r o b e ，e t c ．w e r eu s e dt os t u d yp r o c e s sm i n e r a l o g yo ft h eo r e ．R e s u l t s o b t a i n e ds h o wt h a t ，i r o ne l e m e n tm a i n l yo c c u r si ng o e t h i d e ，a n d a l u m i n u me l e m e n t m a i n l y o c c u r si n g i b b s i t e ，g o e t h i t e c o n t a i n s a l u m i n i u ma n ds i l i c o ne l e m e n t s ，t h ec o n t e n to fA 1 2 0 3w i t h i nt h eg o e t h i d e v a r i e sf r o m17 ％t o39 ％；a n dg i b b s i t ea l s oc o n t a i n si r o na n ds i l i c o n e l e m e n t s ，t h ec o n t e n t so fF e 2 0 3w i t h i nt h eg i b b s i t ev a r i e sf r o m15 ％t o 2 5 ％；t h ec r y s t a l l i n es i z eo ft h ea l u m i n i f e r r o u s em i n e r a l se m b e d d e di n g o e t h i d ea n dt h ef e r r o u s em i n e r a l se m b e d d e di ng i b b s i t ea r el e s st h a n 5 9 m ．T h e r e f o r e ，i ti sd i f f i c u l tt os e p a r a t eF e ，A 1 ，S if r o mt h eo r eb y p h y s i c a lm e t h o d s ． T h et h e r m o d y n a m i c so fC a O - F e 2 0 3 - A 1 2 0 3 - - S i 0 2s y s t e mi n d i c a t e s t h a ti ti s i m p o s s i b l et os e p a r a t ea l u m i n u m ，i r o n ，s i l i c o ni n g r e d i e n t si n o x i d i z i n ga t m o s p h e r e ．R e d u c t i o nt h e r m o d y n a m i c ss t u d i e ss h o wt h a tt h e s o d i u ms a l t sa r ec a p a b l eo fr e a c t i n gw i t hA 1 2 0 3a n dS i 0 2a n df o r m i n g s o d i u ma l u m i n o s i l i c a t e ，s o d i u ms i l i c a t e ，s o d i u ma l u m i n a t ei n t u r n ； N a 2 S 0 4i se a s i l yr e d u c e dt oN a 2 S 0 3 ，w h i l eu n s t a b l eN a 2 S 0 3i se a s yt o d e c o m p o s ei n t oN a 2 S ；t h er e a c t i o no fN a 2 S 0 3h a st h es a m er e g u l a t i o na s N a 2 C 0 3a n dN a 2 S 0 4w h e nr e a c t i n gw i t hA 1 2 0 3a n dS i 0 2 , N a 2 Sd o e sn o t r e a c td i r e c t l yw i t hA 1 2 0 3a n dS i 0 2 ，b u ti ti sc a p a b l eo fr e a c t i n gw i t ht h e m i nt h ep r e s e n c eo fF e O ． B a s e do nt h ef u n d a m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s ，t h e n e w p r o c e s s o f r e d u c t i o nr o a s t i n g - m a g n e t i cs e p a r a t i o n - a c i dl e a c h i n gf o rc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fh i g hi r o ng i b b s i t e - t y p eb a u x i t eo r e sw a sp r o p o s e da n d s t u d i e d ．T h ee f f e c to ft h ep r o c e s sp a r a m e t e r so nt h es e p a r a t i o no fi r o n ， a l u m i n u ma n ds i l i c aw a ss t u d i e db yr e d u c t i o nr o a s t i n ga n dm a g n e t i c s e p a r a t i o n ，t h er e s u l t ss h o wt h a ta l u m i n u ma n di r o n i s c a p a b l eo fb e s e p a r a t e du n d e rt h ec o n d i t i o no f15 ％m a s sr a t i oN a 2 S 0 4 ．2 ％m a s sr a t i o b o r a x ，2 5 ％m a s sr a t i oN a 2 C 0 3 ，r e d u c t i o nr o a s t i n gt e m p e r a t u r eo f10 5 0 。C ， r e d u c t i o nr o a s t i n gt i m eo f6 0 m i n ，g r i n d i n gp u l pc o n c e n t r a t eo f50 ％， p a r t i c l es i z eo f O ．0 7 4 m mv a r i e sf o r m9 5 ．5 - 9 6 ．O ％a n dm a g n e t i cf i e l d i n t e n s i t yo f9 7 5 G s ；am a g n e t i cp r o d u c tw i t hT F e9 3 ．7 3 ％a n dA 1 2 0 3 1 ．21 ％，a n dan o n m a g n e t i cp r o d u c tw i t hA 1 2 0 34 0 ．5 6 ％a n dT F e6 ．7 3 ％ a r eo b t a i n e du n d e ra b o v ec o n d i t i o n s ；t h em a g n e t i cs e p a r a t i o nr e c o v e r yo f i r o nr e a c h e s9 3 ．0 7 ％． M e c h a n i s mr e s e a r c hs h o w st h a ts o d i u ms a l t sp r o m o t et h eg r o w t ho f m e t a l l i ci r o ng r a i na n de n h a n c et h es e p a r a t i o no fA 1a n dF e ．C h e m i c a l a n a l y s i s a n dX R Da n a l y s i ss h o wt h a tt h er e d u c e dp e l l e ti s m a i n l y c o m p o s e do fm e t a l l i c i r o na n ds o d i u ma l u m i n o s i l i c a t e ，a n dm a i n c o m p o s i t i o no ft h em a g n e t i c m a t e r i a li sm e t a l l i ci r o n ，w h i l em a i n c o m p o s i t i o no fn o n m a g n e t i cm a t e r i a l h i g h a l u m i n i u ms l a g i ss o d i u m a l u m i n o s i l i c a t e ． 1 1 1 e t e c h n o l o g i e sr e c o v e r i n g A 1 ．S ia n dN af r o mn o n m a g n e t i c m a t e r i a lw e r es t u d i e df u r t h e r ．S u l f u r i ca c i dl e a c h i n gi sf o u n dt ob eo n eo f e f f e c t i v em e t h o d s ．1 1 1 eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n so fl e a c h i n g h i g h a l u m i n u ms l a gi nl a b o r a t o r ya r eo b t a i n e da sH 2 8 0 4c o n c e n t r a t i o n 30 ％，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e30 。C ，l e a c h i n gt i m e30 m i n ，l i q u i d s o l i dr a t i o 10 1 ，s t i r r i n gs p e e d2 0 0 r ／m i n ．U n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h er e c o v e r yo f 8 9 ．37 ％f o rA 1 2 0 3 ，8 9 ．12 ％f o rS i 0 2a n d9 6 ．4 6 ％f o rN a 2 0w e r ea c h i e v e d ． 1 1 1 ec o n d i t i o n so fS i 0 2s e p a r a t i o nf r o mt h el e a c h i n gs o l u t i o ni sf o u n dt o b eH 2 8 0 4d o s a g e7 0 ％，t e m p e r a t u r e9 0 。C ，t i m e12 0 m i n ，l i q u i d s o l i dr a t i o 10 1 ，s t i r r i n g s p e e d5 0 0 r ／m i n ，t h er e c o v e r yo fS i O zi s 9 8 ．3 2 ％a tt h e c o n d i t i o n s ． I th a sb e e nf o u n dt h a tg a l l i u mi nh i g h - i r o nb a u x i t eg o e si n t om e t a l l i c i r o n ，w h i l em o r et h a n8 0 ％o ft h ev a n a d i u mg o e si n t ot h en o n m a g n e t i c I V m a t e r i a la n dc o nb er e c y c l e df r o mt h el e a c h i n gr e s i d u e ． O nt h eb a s i so fa b o v e i n v e s t i g a t i o n s ，a n e w p r o c e s s o f c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no f i r o n ，a l u m i n u m ，s i l i c o n ，g a l l i u ma n d v a n a d i u mw a sf i r s tp u tf o r w a r d ．T h ep r o c e s sh a sm a n ya d v a n t a g e ss u c h a ss h o r tf l o w s h e e t ，l o wi n v e s t m e n tc o s t ，l o ww a s t ed i s p o s a la n dh i g h r e c o v e r ye f f i c i e n c y o v e rt h e p r o c e s s o fF i r s t - I r o n - - t h e n - - A l u m i n i u m a l r e a d yp u b l i s h e d ．T h er e s u l t sp r o v i d ean e ww a yf o rt h ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fh i g hi r o nb a u x i t eo r e s ． K E Y W O R D S b a u x i t e ，i r o no r e ，g i b b s i t e ，d i r e c tr e d u c t i o n ， c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ～ 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 国内外铝土矿资源及其消费情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 我国铝土矿资源的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 高铁三水铝石型铝土矿综合利用研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 ．1 国外高铁铝土矿利用的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 广西高铁三水铝石型铝土矿综合利用研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 本文的研究目的、意义及主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．4 ．1 研究目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．4 ．2 研究思路及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 第二章高铁三水铝石型铝土矿物化特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．1 化学成份分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 工艺矿物学研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 ．1 主要矿物组成及含量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 ．2 主要元素的赋存状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．3 热分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 2 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 第三章高铁三水铝石型铝土矿焙烧热力学基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．1 热力学计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．2 氧化焙烧热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 ．1 主要组分反应热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．2 ．2 添加剂作用下的反应热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．3 还原焙烧热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 3 ．3 ．1 铁氧化物还原的热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 7 3 ．3 ．2 添加N a 2 C 0 3 的反应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．3 ．3N a 2 S 0 4 作用下还原焙烧热力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l 3 ．3 ．4 同时添加N a z C 0 3 和N a 2 S 0 4 的反应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 3 ．3 ．5 还原焙烧过程化合物氧势图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“6 1 3 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 第四章高铁铝土矿综合利用新工艺及机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 4 ．1 添加剂存在时还原焙烧磁选铝铁分离⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 4 ．1 ．1 原料及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”6 5 4 ．1 ．2 还原焙烧磁选试验结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 4 ．1 ．3 还原焙烧磁选铁铝分离机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 4 ．2 钠．铝．硅分离及铝的提取研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 7 4 ．2 ．1 富铝渣中铝．硅的浸出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 7 4 ．2 ．2 浸出液中铝、钠的分离⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 5 4 ．3 镓、钒走向及其回收⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 7 4 ．3 ．1 镓、钒走向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 7 4 ．3 ．2 镓的提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”9 8 4 ．3 ．3 钒的提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 0 4 ．4 推荐的综合利用新流程及评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 4 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 3 第五章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“1 15 攻读学位期间主要成绩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 16 博士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 铝在地壳中的分布量在全部金属元素中占第一位，约占地壳质量的8 ％，主 要以铝硅酸盐矿物存在，其次是铝土矿和冰晶石；占第三位的金属元素为铁，约 占地壳质量的5 ．1 ％，主要矿石有赤铁矿、磁铁矿，此外还有褐铁矿、菱铁矿和黄 铁矿等。我国是一个铝土矿资源和铁矿资源相对贫瘠的国家，人均占有量不足世 界人均水平的一半，铝土矿和铁矿石人均储量分别相当于世界人均水平的7 ．3 ％ 和4 2 ％。据国家发改委预测，N 2 0 2 0 年，我国铝土矿和铁矿石可供储量的保障程 度分别只有2 7 ．1 ％和3 5 ％t 。 1 ．1 国内外铝土矿资源及其消费情况 氧化铝工业是国民经济的支柱产业之一。据中国有色金属研究学会公布的数 据，1 9 9 8 年世界氧化铝产量为4 5 0 4 ．3 万吨，2 0 1 0 年世界氧化铝产量为5 6 3 5 ．5 万吨， 同比增长了2 5 ．1 ％t 2 - - 3 1 。 据美国国家地质调查局2 0 1 1 年矿物商品概要公布，全球探明铝土矿储量 为2 8 0 亿吨，基础储量3 8 0 亿吨，储量极为丰富。全球铝土矿资源量估计约5 5 0 亿 吨“ - 7 5 0 亿吨，主要分布在非洲 3 3 ％ 、大洋洲 2 4 ％ 、南美洲与加勒比海地 区 2 2 ％ 和亚洲 1 5 ％ ，其他地区 含北美洲、欧洲 6 ％。世界铝土矿分布 集中，几内亚、澳大利亚、印度、牙买加、巴西五国的储量占世界总储量的7 4 ．7 5 ％， 其中几内亚和澳大利亚两国的储量占到世界总储量的4 8 ．8 9 ％t 3 1 。我国铝土矿保有 储量为7 亿吨，基础储量为2 3 亿吨，储量占世界的2 ．5 9 ％。我国铝土矿人均占有储 量约4 6 0 k g ，是国外人均储量的1 ／1 1 。按2 0 0 8 年国内氧化铝产量2 2 7 9 万吨计，氧化 铝与铝土矿比约为l 2 ．3 ，则年消耗矿石约5 2 4 2 万吨，现有国内储量静态保障年限 不足1 5 年，远低于I 垂l l - 保障年限卜。7 1 。 我国是世界铝产量和铝消费量第一大国，2 0 1 0 年我国铝产量为1 6 8 0 万吨，占 全年世界铝产量的4 0 ．6 ％。我国氧化铝工业近1 0 年来亦获得快速发展，2 0 1 0 年， 我国氧化铝产量已达2 8 9 3 ．9 万吨，为2 0 0 0 年4 3 3 万吨的6 ．6 8 倍，十年间得到了飞速 的发展【4 ～7 J 。2 0 0 8 年下半年及2 0 0 9 年受国际经融危机的影响，我国氧化铝的发展 速度放缓，但2 0 0 9 年氧化铝产量仍达2 3 7 9 万吨【8 J 。澳洲矿业巨头力拓公司表示， 在供应的所有铝土矿中，中国消耗的量占3 2 ％，而且趋势还在增加中⋯0 1 。 我国铝土矿储量低，但近三年多来，铝土矿产量均保持在3 0 0 0 万吨以上，占 世界铝土矿产量的1 4 ．9 ％。目前，国内铝土矿供应严重不足，2 0 0 5 年至2 0 0 8 年间 进口国外铝土矿分别占国内消费量的l O ．0 0 ％，3 4 ．9 8 ％、5 1 ．8 5 ％和5 2 ．6 5 ％，进口 博士学位论文第一章文献综述 量大幅上升，随着我国氧化铝产量扩大和国内资源的贫乏，对国外铝土矿的依赖 性将进一步增j j N [ 2 ～7 , 1 1 ～1 6 】。受2 0 0 8 - 2 0 0 9 年金融危机以及国外铝土矿价格和海外运 输费用高位运行的影响，2 0 0 9 年进口铝土矿量有所下降，但随着我国经济的快速 复苏，2 0 1 0 年进口铝土矿量又恢复到金融危机前水平，可以预计今后我国对国外 铝土矿的高依存度仍将持续。 2 0 0 0 年以来我国氧化铝产量、我国铝土矿产量及进口铝土矿量的变化情况见 图1 - 1 所示。 2 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 年愤7 年 资料来源U S G S 美国地质调查局 及国家统计局 图1 ．12 0 0 0 年以来我国氧化铝、国内铝土矿、进口铝土矿变化情况 F i g ．1 - 1A m o u n to fa l u m i n ao u t p u t ．d o m e s t i cb a u x i t ea n di m p o r t so fb a u x i t ei nC h i n as i n c e2 0 0 0 国内铝土矿供矿品位的迅速下降，导致氧化铝生产的各项技术经济指标变 差、产品成本上升、市场竞争力下降，从而不得不依赖进口铝土矿。当前，铝土 矿资源的严重短缺已成为制约我国氧化铝工业发展的瓶颈。加大对我国低品位铝 土矿资源的开发利用力度具有重要的现实意义。 1 ．2 我国铝土矿资源的特点 我国铝土矿资源具有以下基本特, 点1 5 ～1 2 , 1 7 2 1 1 1 低铝硅比矿多，高铝硅比矿少。我国铝土矿铝硅比 ～S 以4 ～6 为主， A ／S 大于9 的高铝硅比矿石数量少，仅占基础储量的1 8 。5 ％，其余绝大部分铝土 矿为中低品位，且在矿床中分布不连续；铝土矿矿石以A 1 2 0 3 平均品位4 0 ％ - - 6 0 ％ 为主，需经选矿提高矿石品位和铝／硅比，因此氧化铝生产成本高。 2 博士学位论文第一章文献综述 2 矿石以一水硬铝石为主，提取工艺复杂。我国铝土矿9 8 ％以上为岩溶 型一水硬铝石矿，其中山西、贵州、河南和山东等地为岩溶沉积型一水硬铝石， 广西和云南地区为岩溶堆积型一水硬铝石，属于高铝、高硅、低铁、难溶的矿石， 铝硅比偏低，溶出性能差，不宜直接采用拜耳法工艺，在“选矿一拜耳法”氧化铝 生产技术工艺产业化成功前不得不采用流程复杂、能耗高的联合法或烧结法工 艺。而红土型的三水铝石