三水鋁石質(zhì)量評(píng)價(jià)試驗(yàn)條件選擇及礦堿消耗測(cè)算

毛鵬，李林海

（1.中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255052；2.中鋁山東有限公司，山東 淄博 255052）

關(guān)鍵字：有效鋁；活性硅；微波消解； 礦耗；堿耗

前言

針對(duì)三水鋁石型鋁土礦一般采用低溫拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁[1]，在其溶出條件下，不是全部氧化鋁和二氧化硅都參與反應(yīng)，其中的鋁針鐵礦和石英硅一般不溶出。根據(jù)不同的礦石，選擇合適的試驗(yàn)條件，通過(guò)微波消解的方法進(jìn)行溶出試驗(yàn)，同時(shí)，根據(jù)有效鋁和活性硅的測(cè)定結(jié)果，建立數(shù)學(xué)模型可用于預(yù)測(cè)低溫拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的礦耗、堿耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1 微波消解測(cè)定三水鋁石有效鋁和活性硅試驗(yàn)條件初選

1.1 測(cè)定方法的原理

在一定溫度(壓力)下，用NaOH溶液溶出三水鋁石型鋁土礦，測(cè)其溶出液中的Al2O3，即為有效氧化鋁含量；而活性硅以兩種形式存在，即存在于溶出液中的硅和以鈉硅渣形式存在于沉淀中的硅，兩者之和是活性二氧化硅的總量。

1.2 測(cè)定方法中試驗(yàn)條件的初選

參考a：美鋁測(cè)定條件，即溶出溫度143℃、溶出時(shí)間30分鐘、純苛性堿濃度Na2O,78g/l，溶液過(guò)量?；钚匝趸韬扛鶕?jù)進(jìn)入溶出赤泥中的Na2O量按方鈉石的分子式3.2Na2O·2.8Al2O3·5SiO2·XH2O計(jì)算。

參考b：樣品2.00g/10.0ml，145g/l，檢驗(yàn)設(shè)備：微波消解儀Mvltiware3000，消解時(shí)間30min。[2]

1.3 測(cè)定方法中測(cè)定過(guò)程的確定

稱取1.000g樣品放入消解罐，加入20.0mL NaOH溶液，搖勻，裝入消解儀按照選定的溫度和時(shí)間進(jìn)行消解。消解后用水將消解液稀釋至250mL容量瓶定容、混勻。過(guò)濾后，濾液測(cè)定Al2O3和SiO2，此Al2O3即為有效鋁，沉淀為一水軟鋁石、赤鐵礦、鋁針鐵礦、石英硅、鈉硅渣等不溶物。將沉淀洗滌至酚酞為無(wú)色，用酸抽出鈉硅渣中的Na2O并測(cè)定，以此計(jì)算硅渣中的SiO2量，將計(jì)算的SiO2量和濾液中的SiO2量相加即為活性硅的量。

2 微波消解測(cè)定方法中試驗(yàn)條件的篩選與驗(yàn)證

將 NaOH加入量、微波消解時(shí)間、微波消解溫度、沉淀洗滌條件、沉淀洗滌損失等作為可能影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度的因素[3]，對(duì)來(lái)自三個(gè)不同礦區(qū)的三水鋁石型鋁土礦進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，最終確認(rèn)合適的測(cè)定條件。

2.1 NaOH加入量

在固定微波消解溶出溫度143℃、消解時(shí)間30min的情況下，改變NaOH（以Na2O表示）的濃度進(jìn)行試驗(yàn)，分析其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響[4]，如圖1所示。

圖1 NaOH加入量對(duì)分析結(jié)果的影響

試驗(yàn)結(jié)論：αk在1.44以上溶出率基本滿足要求，αk在2.0以上溶出率趨近穩(wěn)定，試驗(yàn)確定Na2O濃度選擇50g/L即可。

2.2 微波消解時(shí)間

在其他條件不變的情況下，改變微波消解時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，分析其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，如圖2所示。

圖2 微波消解時(shí)間對(duì)分析結(jié)果的影響

試驗(yàn)結(jié)論：微波消解溶出20min試驗(yàn)結(jié)果即開(kāi)始穩(wěn)定，本次選擇微波消解溶出時(shí)間30min作為試驗(yàn)條件（與美鋁相同）。

2.3 微波消解溫度

在其他條件不變的情況下，改變微波消解溫度進(jìn)行試驗(yàn)，分析其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，如圖3所示。

圖3 微波消解溫度對(duì)分析結(jié)果的影響

試驗(yàn)結(jié)論：微波消解溫度在120℃～150℃范圍內(nèi)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大，參照現(xiàn)有拜耳法生產(chǎn)工藝和美鋁條件，選擇消解溫度143±2℃。

2.4 沉淀洗滌條件及損失

由于本試驗(yàn)從樣品溶出、過(guò)濾、洗滌、鈉硅渣沉淀中鈉的溶出，整個(gè)測(cè)定流程長(zhǎng)，其操作過(guò)程容易對(duì)結(jié)果造成影響，因此我們對(duì)沉淀洗滌條件、沉淀洗滌是否會(huì)損失SiO2和從鈉硅渣沉淀中溶出Na2O的條件進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，并將溶出Na2O后的鈉硅渣殘?jiān)?用NaOH熔融檢測(cè)其中的SiO2量來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

用專業(yè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)軟件（MINITAB）對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證：水洗沉淀測(cè)定的活性硅、鹽酸洗沉淀測(cè)定的活性硅、水洗沉淀后以鹽酸溶解沉淀測(cè)定的活性硅之間的雙樣本T檢驗(yàn)表明，對(duì)鈉硅渣沉淀采用不同的洗滌方法，以及不同的溶出、檢測(cè)方式，測(cè)定活性硅的結(jié)果基本一致。單樣本T檢驗(yàn)證明，這三種方式計(jì)算的總硅與化學(xué)成分分析的總硅量相等。

試驗(yàn)結(jié)論：確定選用最為簡(jiǎn)單的操作步驟：鈉硅渣用水洗滌2～3遍后，直接用稀熱鹽酸溶解，然后測(cè)定其中酸溶解的硅含量，活性硅即為溶出液和赤泥酸溶解中硅的總量。

3 三水鋁石在低溫拜耳法生產(chǎn)過(guò)程中的礦耗、堿耗測(cè)算

通過(guò)上述驗(yàn)證試驗(yàn)確定試驗(yàn)條件后，通過(guò)微波消解（化學(xué)）法與油浴溶出試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證礦耗、堿耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，然后通過(guò)微波消解（化學(xué)）法預(yù)測(cè)礦耗、堿耗，并與實(shí)際生產(chǎn)的礦耗、堿耗進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)微波消解（化學(xué)）法對(duì)三水鋁石質(zhì)量的評(píng)價(jià)效果。

3.1 微波消解（化學(xué)）法與模擬溶出試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果

在相同的條件下，通過(guò)微波消解（化學(xué)）法、油浴溶出試驗(yàn)分別計(jì)算赤泥成分，進(jìn)而測(cè)算礦耗、堿耗等指標(biāo)。試驗(yàn)情況見(jiàn)表4、表5、表6。

表1 水洗滌沉淀的影響

表2 鹽酸洗滌沉淀的影響

表3 鹽酸溶解沉淀的影響

表4 礦石成分表

表5 微波消解（化學(xué)）法測(cè)算結(jié)果

表6 油浴溶出試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果

表7 微波消解（化學(xué)）法測(cè)定結(jié)果及消耗預(yù)測(cè)

表8 實(shí)際生產(chǎn)測(cè)定數(shù)據(jù)表

表9 溫度對(duì)含一水軟鋁石（約7%）鋁土礦的溶出率影響

從微波消解（化學(xué)）法與油浴溶出試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果看，兩種方法測(cè)算的礦耗、堿耗、赤泥產(chǎn)出率、氧化鋁回收率[5]基本相符。相較而言，微波消解（化學(xué)）法測(cè)算的氧化鋁回收率更高一些，礦耗相對(duì)較低，但堿耗略高，說(shuō)明微波消解氧化鋁溶出相對(duì)更徹底。

3.2 微波消解（化學(xué)）法測(cè)算礦、堿消耗與實(shí)際生產(chǎn)礦、堿消耗對(duì)比

通過(guò)微波消解（化學(xué)）法模擬實(shí)際生產(chǎn)條件預(yù)測(cè)礦、堿消耗，與實(shí)際生產(chǎn)跟蹤測(cè)定數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表7、表8.

通過(guò)微波消解（化學(xué)）法試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)比表明，兩者礦耗、堿耗基本接近，但赤泥產(chǎn)出率和氧化鋁回收率相差較大。相較而言，微波消解（化學(xué)）法測(cè)算的氧化鋁回收率要高約1～2%，特別是含一水軟鋁石較高的礦石，回收率相差近10%。為此，采用微波消解法，對(duì)含一水軟鋁石較高的礦石進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，研究溫度對(duì)溶出率的影響，數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。

試驗(yàn)表明，對(duì)于含一定量一水軟鋁石的礦石樣品，微波消解溫度對(duì)其溶出率有較大影響。當(dāng)微波消解溫度在120℃時(shí)，一水軟鋁石有溶解，當(dāng)消解溫度在143℃以上時(shí)，一水軟鋁石全部溶解。

4 結(jié)論

微波消解法可用于三水鋁石型鋁土礦的質(zhì)量評(píng)價(jià)。采用微波消解（化學(xué)）法測(cè)定三水鋁石型鋁土礦的有效鋁和活性硅含量時(shí)，一水軟鋁石含量會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。

微波消解（化學(xué)）法在測(cè)定不同的三水鋁石型鋁土礦時(shí)，需要對(duì)測(cè)定條件進(jìn)行驗(yàn)證。與油浴溶出試驗(yàn)結(jié)果相比，其數(shù)據(jù)離散度相對(duì)較大，因此，今后要通過(guò)分析對(duì)比，找到即可保證一定精密度又與油浴溶出試驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)際相近的微波消解條件，同時(shí)，提高操作人員的熟練程度，加強(qiáng)樣品監(jiān)督抽查，保證操作誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。