懸浮態(tài)輕燒脫硫鋁精礦溶出性能的研究

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(東北大學(xué)多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110819)

我國(guó)高硫鋁土礦儲(chǔ)量約為1.5億t，由于直接使用高硫鋁土礦作為原料在拜耳法溶出時(shí)的設(shè)備腐蝕及蒸發(fā)段結(jié)疤加劇，在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中尚未得到應(yīng)用[1].隨著鋁行業(yè)的發(fā)展，高品位鋁土礦儲(chǔ)量逐漸減少，高硫鋁土礦的利用成為了緩解高品位鋁土礦資源短缺的良好途徑.

國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁土礦脫硫問(wèn)題做了不少研究工作[2～4]，焙燒預(yù)處理對(duì)礦石脫硫效果，以及礦石溶出等后續(xù)工序的影響報(bào)道很少.有人對(duì)鋁土礦焙燒前后的溶出動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，并分析了焙燒強(qiáng)化溶出的動(dòng)力學(xué)機(jī)理[5].也有人對(duì)高硫礦脫硫機(jī)理和焙燒機(jī)理作了探討[6].本文對(duì)高硫鋁土礦懸浮態(tài)輕燒脫硫鋁精礦和原礦的溶出效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.將原礦及輕燒鋁精礦磨制至適宜粒級(jí)，進(jìn)行預(yù)脫硅試驗(yàn)和溶出試驗(yàn)，考查輕燒前后鋁土礦的預(yù)脫硅率和氧化鋁溶出率變化；由于赤泥中A/S和N/S(A/S為Al2O3與SiO2的質(zhì)量比，N/S為Na2O與SiO2的質(zhì)量比)是影響工藝的重要參數(shù)，本文同時(shí)對(duì)輕燒鋁精礦赤泥A/S和N/S偏高的原因進(jìn)行了研究.

1 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法

鋁土礦為輕燒前的高硫鋁土礦、輕燒后的混合脫硫鋁精礦.石灰經(jīng)熟化后過(guò)篩(篩孔尺寸100 μm)，在 1 050 ℃ 的溫度下焙燒30 min后密封干燥保存.石灰有效鈣為91%.母液用化學(xué)純氫氧化鈉、碳酸鈉及工業(yè)產(chǎn)品氫氧化鋁調(diào)配而成，其成分見(jiàn)表1.其中預(yù)脫硅試驗(yàn)使用1#母液，溶出試驗(yàn)使用1、2#母液.

鋁土礦預(yù)脫硅試驗(yàn)在油浴鋼彈溶出器中進(jìn)行.預(yù)脫硅率及脫鈦率按如下公式計(jì)算：

(1)

(2)

式中： SiO2H為預(yù)脫硅赤泥中酸溶SiO2的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； SiO2T為預(yù)脫硅赤泥中SiO2的總含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； TiO2H為預(yù)脫硅赤泥中酸溶TiO2的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； TiO2T為預(yù)脫硅赤泥中TiO2的總含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%.

鋁土礦溶出試驗(yàn)在RHL-150型熔鹽爐中進(jìn)行.氧化鋁的溶出率根據(jù)鋁土礦A/S及溶出赤泥A/S計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

氧化鋁實(shí)際溶出率：

(3)

氧化鋁相對(duì)溶出率：

(4)

式中： (A/S)礦為鋁土礦中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比； (A/S)泥為赤泥中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比.

表1 試驗(yàn)用母液化學(xué)成分

αk為氧化鈉與氧化鋁的分子比.

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)用礦的磨制

將適量的原礦和輕燒鋁精礦分別磨制，對(duì)磨制后的原礦和輕燒鋁精礦進(jìn)行粒度分析，分析結(jié)果與磨制前對(duì)應(yīng)的礦石粒度對(duì)比見(jiàn)表2.

為了保持礦石的同一性，盡管對(duì)原礦和輕燒鋁精礦采用的是選擇性磨制，但磨制后礦石的+45 μm 粒級(jí)仍不可避免地有所增加，且為避免過(guò)磨后微細(xì)粒子增加太多，導(dǎo)致磨制后礦石仍有少部分+150 μm粒級(jí)的粒子存在.磨制后原礦-45 μm 粒級(jí)的粒子增加了4.06%，+150 μm尚含有2.16%；輕燒鋁精礦-45 μm粒級(jí)的粒子增加了6.86%，+150 μm含量較少，只有0.86%.磨制的礦石基本符合方案要求.

表2 原礦、輕燒鋁精礦磨制前后粒度分布

2.2 預(yù)脫硅試驗(yàn)

硅對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的影響甚大，其最大的危害是在生產(chǎn)過(guò)程中與堿和氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成不溶性的水合鋁硅酸鈉而進(jìn)入赤泥，硅酸鈉與溶液中的鋁酸鈉，形成一個(gè)不易溶的鋁硅酸鈉(Na2O·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O)，即鈉硅渣，既消耗了堿又造成了礦石中氧化鋁的損失.所以脫硅在氧化鋁生產(chǎn)工藝中是十分必要的.脫硅反應(yīng)如下表示：

xNa2SiO3+2NaAl(OH)4+(2-x)H2O=

Na2O·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O

+2xNaOH

(5)

在預(yù)脫硅溫度100 ℃、時(shí)間8 h、母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L、石灰添加量11%、礦漿固含400 g/L的條件下，進(jìn)行了磨制后原礦和輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅試驗(yàn)，以考查兩種礦石在同等實(shí)驗(yàn)條件下的預(yù)脫硅性能的差異.

表3是三次以上實(shí)驗(yàn)所得的平均結(jié)果，輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率都高于原礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率，分別高出23.05%及4.41%，說(shuō)明輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅及脫鈦性能優(yōu)于原礦，高硫鋁土礦原礦經(jīng)過(guò)輕燒可以改善其預(yù)脫硅脫鈦性能.

2.3 礦石粒度對(duì)原礦和輕燒鋁精礦溶出效果的影響

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果考查在其他條件相同時(shí)不同礦石粒度對(duì)兩種礦石溶出性能的影響、不同苛性堿濃度對(duì)磨制后兩種礦石溶出性能的影響、不同溶出溫度對(duì)磨制后兩種礦石溶出性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～5.

表3 磨制后原礦和輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅性能對(duì)比

對(duì)磨制前后的兩種鋁土礦，在循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度為235 g/L、石灰添加量為11%時(shí)，進(jìn)行了溶出溫度265 ℃、溶出時(shí)間60 min條件下高硫鋁土礦和輕燒鋁精礦溶出效果對(duì)比的研究，3次以上實(shí)驗(yàn)平均結(jié)果列于表4.

表4 礦石粒度對(duì)原礦和輕燒鋁精礦溶出效果的影響

表5 原礦和輕燒鋁精礦溶出試驗(yàn)結(jié)果

從表4中可以看出，磨制前后原礦的溶出赤泥A/S沒(méi)有明顯變化，溶出赤泥N/S則明顯降低，由0.46降到0.37；磨制前后輕燒鋁精礦的溶出赤泥A/S和N/S均有不同程度的降低，分別由磨制前的1.15和0.54降低到1.09和0.42，相應(yīng)的氧化鋁溶出率也有所提高.

經(jīng)過(guò)磨制后，原礦的溶出赤泥N/S明顯降低，但溶出赤泥A/S沒(méi)有明顯變化；經(jīng)過(guò)磨制后，輕燒鋁精礦的溶出赤泥A/S和N/S都有明顯降低，輕燒鋁精礦經(jīng)過(guò)磨制后控制一定的粒度組成可以改善礦石的溶出性能.礦石的磨制可以增大顆粒的比表面積，使得顆粒與溶劑接觸更為充分，有利于礦的溶出效果.試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)也表明磨制后的輕燒鋁精礦溶出性能優(yōu)于高硫鋁土礦原礦的溶出性能.

2.4 其他條件下原礦和輕燒鋁精礦的溶出試驗(yàn)

原礦輕燒過(guò)程的目的是使硫更加穩(wěn)定，輕燒過(guò)程使得礦物中含硫化合物對(duì)溶出過(guò)程的影響較小，同時(shí)也可避免重?zé)龑?dǎo)致氧化鋁活性降低，以至于鋁的溶出率降低.試驗(yàn)對(duì)原礦和輕燒鋁精礦在同等條件下進(jìn)行了溶出效果對(duì)比試驗(yàn).試驗(yàn)條件為：溶出時(shí)間60 min，石灰添加量11%時(shí)，(1)母液苛性堿質(zhì)量濃度244 g/L，溶出溫度260 ℃；(2)母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L，溶出溫度265 ℃和275 ℃.

表5中列出了三次以上實(shí)驗(yàn)平均結(jié)果，在相同試驗(yàn)條件下，輕燒鋁精礦溶出赤泥A/S低于原礦溶出赤泥A/S，而輕燒鋁精礦溶出赤泥N/S均高于原礦溶出赤泥N/S.無(wú)論是原礦還是輕燒鋁精礦，在其他條件相同時(shí)，溶出溫度從265 ℃提高到275 ℃，溶出赤泥A/S和N/S均無(wú)明顯變化.在其他條件相同時(shí)，母液苛性堿質(zhì)量濃度244 g/L、溫度260 ℃的礦石溶出結(jié)果與母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L、溫度265 ℃時(shí)兩種礦石的溶出結(jié)果基本相同.

3 結(jié) 論

原礦與輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅結(jié)果表明，經(jīng)磨制后輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率分別比原礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率高出23.05%和4.41%，說(shuō)明磨制后輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅及脫鈦性能均優(yōu)于原礦，原礦經(jīng)過(guò)輕燒可以改善其預(yù)脫硅脫鈦性能.

通過(guò)對(duì)影響鋁土礦溶出的各因素的分析，結(jié)果表明輕燒鋁精礦經(jīng)過(guò)磨制后其溶出赤泥A/S和N/S都明顯降低，溶出溫度及母液苛性堿濃度對(duì)磨制后的輕燒鋁精礦的溶出性能影響不大，這充分說(shuō)明了輕燒鋁精礦溶出赤泥A/S和N/S偏高的原因是礦石粒度較粗.適宜的輕燒鋁精礦磨制粒度為全部通過(guò)150 μm篩，適宜的溶出溫度為260～265 ℃，適宜的母液苛性堿質(zhì)量濃度為235 ～245 g/L.