中低品位铝土矿石灰拜耳法溶出的研究.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 收稿日期 2004212217 基金项目教育部科学技术研究重点项目105055 作者简介付高峰1965 - ,男,辽宁沈阳人,东北大学副教授,博士 第26卷第11期 2005年11月 东 北 大 学 学 报自 然 科 学 版 Journal of Northeastern UniversityNatural Science Vol126 ,No. 11 Nov.2 0 0 5 文章编号 10052302620051121093203 中低品位铝土矿石灰拜耳法溶出的研究 付高峰1,田福泉1,权 昆2 1. 东北大学 材料与冶金学院,辽宁 沈阳 110004 ; 2.中国铝业公司 中州分公司,河南 焦作 454174 摘 要对铝硅比为5136的一水硬铝石型铝土矿进行了常规拜耳法和石灰拜耳法的溶出对 比研究,主要分析了石灰添加量和预脱硅对铝土矿溶出赤泥成分的影响结果表明,随着石灰添加 量的增加,溶出赤泥的铝硅比呈明显的线性上升趋势,而钠硅比则呈下降趋势,且钙硅比小于210 时,钠硅比呈近似直线迅速下降,当钙硅比大于210时,钠硅比变化逐渐变缓;石灰拜耳法溶出赤 泥物相主要以水合铝硅酸钙为主,而常规拜耳法溶出赤泥主要以水合铝硅酸钠为主预脱硅4 h可 使溶出赤泥铝硅比从1153降低到1143 ,钙硅比可从0128降低到0124 关 键 词中低品位铝土矿;石灰拜耳法;石灰添加量;溶出;预脱硅 中图分类号 TF 803122 文献标识码 A 目前处理中低品位铝土矿生产氧化铝一般采 用碱石灰烧结法和混联法生产工艺[1 ,2],但是这 两种生产工艺与拜耳法工艺相比,存在能耗高、 工 艺流程复杂、 建设投资大等缺点石灰拜耳法技术 可利用原有拜耳法系统,只需将石灰添加量提高, 直接用拜耳法处理中低品位铝土矿[3～5]该技术 可以大大降低碱耗和成本,对铝土矿资源及能源 的可持续发展具有重大的现实意义 1 石灰拜耳法基本原理 石灰拜耳法是指在拜耳法工艺基础上加大石 灰添加量,使硅主要以水合铝硅酸钙形式脱除,以 经济地处理较低品位的一水硬铝石矿生产氧化铝 的方法 拜耳法不能经济地处理中低品位铝土矿生产 氧化铝的根本原因,是由于铝土矿中的含硅矿物在 一水硬铝石的溶出条件下,与溶液中的铝酸钠反应 生成水合铝硅酸钠进入赤泥,其反应见式 1 xNa2SiO3 2NaAlOH4→Na2O Al2O3xSiO2nH2O 2xNaOH1 式中,x的值为117左右从反应式1中可以算 出,铝土矿中每1 kg可反应的SiO2就会有1 kg的 Al2O3和01608 kg的Na2O进行反应而损失掉随 着铝土矿铝硅比的降低,铝矿中可提取氧化铝的 比例减小,碱的损失则大幅度增加,使生产的经济 性也随之恶化氧化铝厂工艺设计规范 规定,在 现有建设条件下,采用拜耳法生产氧化铝的矿石 铝硅比宜大于8[6] 在石灰拜耳法中,通过在铝土矿的溶出过程 中配入过量的石灰,使所配入的石灰量除满足与 TiO2反应所需的常规石灰添加量外,还需要部分 或全部满足与SiO2反应所需的石灰量,使溶出过 程中的脱硅产物部分或全部地由水合铝硅酸钠变 为水合铝硅酸钙反应方程式为式 2 xNa2SiO3 3CaOH2 2NaAlOH4→ 3CaOAl2O3xSiO2nH2O 21 x NaOH2 试验研究[7～10]证明,在一水硬铝石矿的溶出 条件下,反应式中x的值为019～110从反应式 2可见,石灰拜耳法的溶出脱硅产物中不含苛性 碱当配入足够的石灰时,理论上赤泥中Na2O的 化学损失趋于零,氧化铝生产的碱耗与铝土矿中 的SiO2含量无直接关系这样就大大放宽了拜耳 法生产对铝土矿铝硅比的限制,使中低品位的铝 石矿适应于拜耳法生产工艺 2 实验原料及方法 2. 1 实验原料 铝土矿经烘干、 破碎后粒度小于01154 mm , 混合均匀,备用铝土矿化学成分如表1 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表1 铝土矿化学成分质量分数 Table 1 Chemical composition of bauxite Al2O3SiO2Fe2O3TiO2K2ONa2OCaOMgO灼减Al2O3/ SiO2 66. 7512. 451. 392. 940. 320. 0410. 2460. 16114. 245. 36 石灰经处理成分为CaO 97102 ;活性CaO 90125 ; 铝酸钠溶液苛性碱245 g/ L ;氧化铝13417 g/ L ;总碱27213 g/ L 2. 2 实验方法 本实验在高压溶出釜中进行溶出实验实验 过程向150 mL的钢弹中加入计算量的实验原 料,盖紧钢弹盖,将钢弹放入可转动的钢架上,再 放入已控温的盐浴池中并转动,待温度达到设定 温度时开始计时反应结束时,立即取出钢弹,用 水急冷,然后抽滤,将赤泥烘干用于分析 3 实验结果及分析 3. 1 石灰添加量对溶出结果的影响 本实验在满足配矿钙钛比为1的前提下,对 石灰添加量钙硅比在015到315的范围内对铝土 矿样进行溶出试验研究溶出温度265℃,溶出 时间60 min石灰添加量对赤泥钠硅比、 铝硅比的 影响如图1所示 从图1的实验结果可以看出,随着石灰添加 量的增加,溶出赤泥的铝硅比呈明显的上升趋势, 且石灰添加量对溶出赤泥铝硅比的影响呈线性关 系随着石灰添加量的增加,溶出赤泥的钠硅比 呈下降趋势,但石灰添加量对钠硅比的影响关系 较为复杂,当CaO与SiO2的配料分子比小于210 时,影响较大,钠硅比近似直线下降,钠硅比从钙 硅比为015时的0154迅速下降至钙硅比为210 时的0118当CaO与SiO2的配料分子比大于210 时,石灰添加量的增加对赤泥钠硅比影响趋小,钠 硅比变化逐渐变缓同时考虑到石灰添加量对赤 泥铝硅比的影响,可以选择钠硅比曲线变缓点附 近的石灰添加量 图1 石灰添加量对赤泥钠硅比、 铝硅比的影响 Fig. 1 Effect of lime addition on xNa2O/ xSiO2 , xAl2O3/ xSiO2 in red mud 以上研究结果表明,在石灰添加量钙钛比为 1 ;钙硅比在015到210范围内增加石灰用量,节 碱效果非常明显这说明用石灰拜耳法处理一水 硬铝石矿生产氧化铝在技术上是可行的但由于 石灰添加量与生产成本之间存在一最佳值,这一 最佳值随其他因素的变化而变化因此,在选用石 灰拜耳法时,需根据实验结果进行工艺条件优化 和技术经济分析 3. 2 不同石灰添加量溶出赤泥物相组成 为了考察溶出赤泥矿物成分的变化,实验对 铝土矿在石灰添加量为常规拜耳法条件和钙钛比 为1 ;钙硅比为215的条件下得到的溶出赤泥进 行了物相分析,分析结果见表2 表2 不同石灰添加量溶出赤泥主要物相组成质量分数 Table 2 Main constituents of red mud got from different lime addition 方 法石灰量水合铝硅酸钠水合铝硅酸钙钙钛矿赤铁矿 常规拜耳法钙钛比为149. 433. 210. 83. 3 石灰拜耳法钙钛比为1 ;钙硅比为2. 513. 174. 86. 01. 8 从表2物相分析结果可以看出,常规拜耳法 赤泥中的含硅矿物以水合铝硅酸钠为主;石灰拜 耳法赤泥中的含硅矿物则以水合铝硅酸钙为主 添加石灰,使钙取代钠生成钙硅矿相,从而降 低碱耗杂质SiO2对增加碱耗的危害较为突出 SiO2在高压溶出未加石灰的情况下,所产生的赤 泥相为水合铝硅酸钠,增加了钠、 铝损失随着添 加石灰量的增加,碱耗明显降低 但是,当石灰添加量大于适宜值时,由于生成 过多水合铝硅酸钙,则会严重降低Al2O3的溶出 率 3. 3 预脱硅对溶出的影响 本研究进行了在钙钛比为1 ,钙硅比为215 的配料条件下矿浆预脱硅和不经预脱硅溶出结果 4901东北大学学报自然科学版 第26卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 的对比预脱硅温度100℃,预脱硅时间对铝土矿 溶出结果的影响如表3所示 表3 预脱硅时间对铝土矿溶出的影响 Table 3 Effects of the time for pre2desilication on digestion of bauxites 预脱硅时间 h 溶出液成分/ gL - 1 总碱氧化铝 苛性碱 溶出赤泥成分 铝硅比 钠硅比 0252. 28255. 10225. 01. 530. 28 4252. 22255. 20225. 01. 430. 24 6249. 28255. 10225. 01. 420. 25 8247. 13253. 70225. 01. 390. 24 从表3可以看出,预脱硅4 h可使溶出赤泥铝 硅比从1153降低到1143 ,钠硅比可从0128降低到 0124 ,说明经预脱硅后的溶出结果优于未经预脱硅 的溶出结果,这主要是由于铝土矿中含有的高岭石 矿物有较好的预脱硅效果在较大的石灰添加量 下,高岭石溶解后进入溶液中的SiO2,更易于和石 灰反应生成水合铝硅酸钙,从而使溶液中的SiO2 维持在相对较低浓度水平上,这在一定程度上更有 利于固相中高岭石的进一步溶解,从而更利于预脱 硅过程的进行,提高预脱硅率所以在同样的溶出 条件下,矿浆预脱硅更有利于石灰拜耳法溶出指标 的进一步优化但在4～8 h的时间内,预脱硅时间 对溶出结果的影响不明显这说明,在此条件下,预 脱硅过程经过4h已趋于完成 4 结 论 1随着石灰添加量的增加,溶出赤泥的铝 硅比呈明显的上升趋势,而溶出赤泥的钠硅比则 呈下降趋势,且钙硅比小于210时,钠硅比呈近似 直线迅速下降,当钙硅比大于210时,钠硅比变化 逐渐变缓 2石灰拜耳法溶出赤泥物相主要以水合铝 硅酸钙为主,常规拜耳法赤泥中的含硅矿物以水 合铝硅酸钠为主 3预脱硅有利于石灰拜耳法的溶出,预脱 硅4 h可使溶出赤泥铝硅比从1153降低到1143 , 钠硅比可从0128降低到0124 参考文献 [ 1 ]Zhao H Q , Hu H J , Jin M ,et al. Digestion of diasporic bauxite with mass ratio of Al2O3/ SiO2no greater than 7 by Bayer process with an excessive addition of lime[A].Light Metals[C]. Warrendale TMS , 2002. 101 - 104. [ 2 ]顾松青我国的铝土矿资源和高效低耗的氧化铝生产技 术[J ]中国有色金属学报, 2004 ,14S1 91 - 97 Gu S Q. Alumina production technology with high efficiency and low consumption from Chinese bauxite resource[J ].The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2004 ,14S1 91 - 97. [ 3 ]Solymaer K, Zoeldi J. Lime in the Bayer process[A].Light Metals[C]. Warrendale TMS , 1993. 185 - 194. [ 4 ]Xu B A , Giles D E , Ritchie I M. Reactions of lime with aluminate2containing solutions[J ].Hydrometallurgy, 1997 , 446 231 - 244. [ 5 ]Whittington B I.The chemistry of CaO and Ca OH2 relating to the Bayer process[J ].Hydrometallurgy, 1996 , 431 13 - 35. [ 6 ]马朝建,赵岗用我国中低品位一水硬铝石矿生产氧化铝 的新方法[J ]轻金属, 1998 ,12 7 - 11 Ma C J , Zhao G. New s producing alumina from Chinese middle2lowgrade diasporic bauxite [ J ].Light Metals, 1998 ,12 7 - 11. [ 7 ]袁华俊,项阳,袁艺拜耳法中石灰用量与氧化铝溶出率 和碱耗的关系[J ]贵州工业大学学报, 1998 ,275 67 - 71 Yuan H J , Xiang Y, Yuan Y. Relationship of lime usage and digesting rate and soda consumption in Bayer process[J ]. Journal ofGuizhou University ofTechnology, 1998 , 27 5 67 - 71. [ 8 ]Malts N S. Efficiencyof lime use in Bayer alumina production [A].Light Metals[ C]. San Diego TMS , 1992. 1337 - 1342. [ 9 ]Whittington B I , Cardile C M. The chemistry of tricalcium aluminate hexahydrate relating to the bayer industry [J ]. International Journal of Mineral Processing, 1996 ,481 - 2 21 - 38. [10]Anich I , bagshaw T , Margolis N ,et al.The alumina technology roadmap [ A].Light Metals[ C]. Warrendale TMS , 2002. 193 - 198. Study on Digestion of Chinese Middle/ Low Grade Bauxite in Lime Bayer Process FU Gao2feng1, TIAN Fu2quan1, QUAN Kun2 1. School of Materials 2. China Aluminium Co. , Zhongzhou Branch , Jiaozuo 454174 , China. Correspondent FU Gao2feng , associate professor , E2mail fugaofeng sina. com Abstract Lime is used widely in the Bayer process , which plays an important role in various applications. In particular , it can minimize soda loss in red mud. The conventional and lime Bayer processes using diasporic bauxitew Al 2O3 / w SiO 2 5 1 36 were contrastively investigated. The effects of lime addition and pre2desilication on the composition of red mud were mainly studied. The results showed that thex Al 2O3 / x SiO 2 in red mud increases linearly but thex Na 2O/x SiO 2 decreases obviously with lime charge and that the main constituent of red mud in lime Bayer and conventional processes are 3CaOAl2O3 xSiO2nH2O and Na2OAl2O3xSiO2nH2O by which a big amount of soda will be lost , respectively. After pre2desilicating for 4 h , thex Al 2O3 / x SiO 2 andx Na 2O/x SiO 2 in red mud decrease from 1153 to 1143 and 0128 to 0124 , respectively. Key words middle/ low grade bauxite; lime Bayer process; lime addition; digestion; pre2desilication Received December17,2004 5901第11期 付高峰等中低品位铝土矿石灰拜耳法溶出的研究