石灰对高铝针铁矿混合型铝土矿的作用.pdf

4 铝镁通讯 2 0 1 2 正N o 1 石灰对高铝针铁矿混合型铝土矿的作用 齐利娟，李旺兴，尹中林，张志斌(中国铝业郑州研究院，河南 郑州 4 5 0 0 4 1)摘要：本文以国外一铝针铁矿含量高的三水一 一水软铝石铝土矿为对象，采用x一 射线荧光仪、x 一 射线衍射 仪以及通过溶 出及沉降性能的测定试验，研究了石灰对其溶出沉降性能的影响。结果表明：在低于2 4 0 的温度 条件下，石灰可以促进铝土矿 中铝针铁矿的溶解与转化，且随着石灰添加量的增加，这两种作用逐渐加强；当温 度高于2 6 O 时，石灰对于铝针铁矿的溶解与转化作用并不明显；石灰及高温的作用不仅提高了铝针铁矿中铝的 溶出率，而且可以使针铁矿完全转化为赤铁矿。从而大大改善了谊种矿石溶出赤泥的沉降性能。关键词：铝针铁矿；石灰；一水 一三水铝石；溶 出；沉降 中图分类号：T F 8 2 1 文献标识码：A 文章编号：随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工业的快速 发展，我国铝土矿资源，特别是优质资源的短缺，已 充分显现出来【l】一。按目前的生产需求估算，我国 每年需消耗的铝土矿多达5 0 0 0 多万吨，其中大多是 优质矿或次优质矿。目前优质铝土矿供需矛盾十分 突出，矿山均不同程度出现了贫化趋势，特别是河 南等地的高铝矿已濒临枯竭I7 -D】。众多氧化铝生产 厂家争先采购有限的优质资源，使矿山贫化趋势日 益加剧，目前高品位优质铝土矿平均服务年限少于 l 0 年。随着矿石供矿铝硅比降低，氧化铝生产技术 经济指标进一步恶化，生产成本上升，中国的氧化 铝工业面临着铝土矿资源保障程度及市场竞争力的 严峻挑战。我国铝土矿资源的勘察程度相对较高，浅表部 找矿空间已经不大，深部虽仍有一定的找矿潜力，但地下开采成本过高【6】。另外，我国氧化铝生产目 前所采用 的铝土矿资源大多是一水硬铝石矿，氧化 铝生产过程的条件较为苛刻，需要高温高碱浓度，因此生产运行成本也较高。基于此，相对国外三水 铝石或一水软铝石而言，我国的铝土矿资源难于具 备竞争优势。因此，如何开发、利用海外铝土矿资 源将是我国铝工业发展所必须面临和丞待解决的一 个战略性课题。本文以国外一难以沉降的三水 一 一水软铝石铝 土矿为研究对象，通过化学成分检测与物相分析以 及对其进行溶出及沉降性能的测定，分析了石灰对 该矿中铝针铁矿的作用，提出了解决该种矿石氧化 铝回收率低及难以沉降的工艺路线。1 试验原料 1 1铝土矿 试验用铝土矿为某国外矿，其化学成分和物相 组成分别见表 1 和表 2，图 1 为试验用铝土矿的 x 一 射线衍射图。表 1铝土矿化学成分组成 Ta b l e 1 Ch e mi c a l Co mp o s it i o n o f Ba u x i t e Sa mp l e 表 2铝土矿矿物组成，Ta b l e 2 Min e r a l o g i c a l Co mp o s i t i o n o f Ba u x i t e Sa mp l e o o 三 水 诺尔 一 水软 针 赤 铁 石 锐 钛 铝 铝；Pi 铁 矿 矿 英 矿 48 6 l 0 25 5 5 2 I 伽 旃 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 P os i t i on 2 Th “图 1 铝土矿的 X 一射线衍射图 F i g u r e 1 X r a y Diffr a c t iv e Cu r v e s o f B a ux i t e Sa mple 2 01 2在N o 1 铝镁通讯 5 注：B 一一水软铝石 G一三水铝石 N 一诺尔石 L 一 铝针铁矿 A 一锐钛矿 q 一石英 H 一赤铁矿 从表 1 可以看出，该铝土矿中氧化铝含量为4 6 9 4，二氧化硅含量为2 0 2，矿石铝硅 比为2 3 2 4，此外还含有2 4 7 8 的氧化铁和2 1 1 的氧化钛。从 表 2 和图 l 中可 以看 出，该矿中主要的含铝矿物是 三水铝石，其次是一水软铝石及少量诺尔石；含硅 矿物主要是石英；铁矿物主要是铝针铁矿及少量赤 铁矿；钛矿物为锐钛矿。其中，三水铝石含4 8，诺 耳石含6，一水软铝石含 1 0，铝针铁矿 含2 5 5。一水软铝石 中的氧化铝 占该矿氧化铝总量 的1 8 左 右，铝针铁矿 中的氧化铝 占该矿氧化铝总量的6 7 左右。因此，如果采用低温溶出，仅可以回收三水 铝石及诺耳石中的氧化铝(理论上只有7 5 7)，并 且低温溶出时铝针铁矿并不参与反应，也不会发生 任何晶型转变，这是造成采用低温溶 出时氧化铝回 收率低及溶出赤泥沉降性能差的关键原因。1 _ 2石灰 试验用石灰取 自 某氧化铝厂现场，经熟化后过 1 0 0目筛，在 1 0 5 0 C 的温度下焙烧3 0 分钟备用，石 灰有效氧化钙含量为 9 1。1 3溶 出用母液 用分析纯氢氧化钠、碳酸钠、工业氢氧化铝及 去离子水调配得到，溶液成分见表 3。表 3溶 出用母液化 学成分 g L Ta ble 3 Ch emi c al Co mp os it i o n o f Sp e n t L iqu or g L 2试 验 方 法 2 1 铝土矿溶出试验 铝土矿溶出试验在熔盐钢弹溶出器中进行。按 照配料要求，将一定比例的溶出用母液、铝土矿及 石灰加入钢弹中，将矿浆搅匀后加盖密封，装在可 旋转运动的钢弹架 中，放入 已升至预定温度的熔盐 浴中并立 即搅拌。当达到预定时问后，取出钢弹，立 即放入水中骤冷，再用真空抽滤的方法使溶出液与 赤泥分离，分析溶 出液的化学成分。赤泥经洗涤烘 干后，分析化学成分组成及物相组成。根据铝土矿 及溶 出赤泥的铝硅 比，计算氧化铝的溶 出率。2 2溶出赤泥沉降性能试验 溶出赤泥的沉降性能试验采用高2 2 5 m m、容积 2 5 0 m l 的沉降管，在设定好温度的水浴槽中进行。3试验结果与讨论 3 1石灰对铝土矿溶出性能的影响 3 1 1 石灰添加量对氧化铝溶出率的影响 在溶出温度分别为1 8 0、2 2 0、2 4 0 和2 6 0，溶 出时间6 0 分钟，循环母液苛性碱浓度 1 7 9 L，溶出 液 ft k 为 1 3 0 条件下，研究了石灰添加量对氧化铝 溶出率的影响。试验结果如图2 一 图5 所示。从这几 个图中可以看出不同温度条件下氧化铝相对溶出率 随石灰添加量 的变化规律不禁相 同。l o 0 9 0 8 0 f 7 0 6 0 0 2 4 O s 1 0 石灰 图2 1 8 0(3 时氧化铝相对溶出率随石灰添加量的变化 Fi g u r e 2 Co r r e l a t ion o f Rela t i v e Al u mi n a Dige s t io n E ffic i e n c y wit h L i m e A d d i t io n a t 1 8 O 从图 2可以看出，溶出温度 1 8 0 C 时，氧化铝 相对溶出率较低(小于8 0)，这与低温下一水软铝 石未反应有很大关系；同时低温时尤其是石灰添加 量少的时候，绝大部分铝针铁矿也未反应，这是造 成此条件下氧化铝回收率低的另一原因。不添加石 灰时，氧化铝相对溶出率仅为6 5 左右。随石灰添 加量增加氧化铝溶出率逐步升高，这可能是由于石灰 的添加促进 了部分铝针铁矿中的氧化铝溶出的结果。三 a O 2 4 靛 6#l(图3 2 2 0 时氧化铝相对溶出率随石灰添加置的变化 F i g u r e 3 Cor r e l a t i o n o f Re l a t i v e Al u mi n a Di g e s t i o n Ef f i c ien c y wit h L i me Ad dit i o n a t 2 2 0 o C 6 铝镁通讯 2 0 1 2年 1 从图3 可 以看 出，与 1 8 0 的溶出温度相 比，溶 出温度 2 2 0 时，氧化铝溶出率有了大幅上升，相 对溶出率超过8 5；氧化铝溶出率随石灰添加量的 增加而增加，这与石灰的添加促进了铝针铁矿与一 水软铝石的反应有很大的关系。”2 石灰 O l u 图4 2 4 0 (3 时氧化铝相对溶出率随石灰添加量的变化 Figu r e 4 Co r r e lat ion o f Re la t iv e Al u mi n a Di g e s t i o n Eff i c i e n c y wi t h L i me A d d i t i o n a t 2 4 0 图 4表明当溶出温度升至 2 4 0 C 时，氧化铝相 对溶出率随石灰添加量的增加先增加后降低，在石 灰添加量为3 时达到最大值。其主要原因在于，适 当的石灰添加量有利于铝针铁矿中氧化铝的溶出，但添加石灰过量时，就会使已溶解到溶液中的一部 分氧化铝与此部分过量氧化钙结合而进入赤泥，造 成氧化铝的损失，体现为赤泥铝硅比的升高和氧化 铝溶出率的降低；同时还会使一部分生成的钙霞石 转化为溶解度更低的水化石榴石(如图5 所示)，从 而释放出一部分氧化钠回到溶液，使得赤泥中的钠 硅比降低(如图 6 所示)。图5 为溶出温度 2 4 0、石灰 3、溶出时间6 0 分钟时溶出赤泥的x 一 射线衍射图。与图1 原矿的衍 射图相比，此图上已看不到三水铝石、一水软铝石 以及诺尔石的特征峰，说明其已经完全反应；但仍 可依稀见得石英与铝针铁矿的特征峰，不过与图 1 相比，其峰高明显降低，说明大部分石英与铝针铁 矿 已经反应。4 0oO 鼍 君 0 30 00 2 00 0 l 0 2 0 3 0 40 SO 60 70 P o s i t i o n 。2 Th e t a j 图5 溶出温度2 4 0、石灰3、溶出时间6 0 分钟时溶出 赤泥的X 一 射线衍射图 F i g u r e 5 X r a y D i f f r a c t iv e Cu rve s o f D i g e s t e d Re d Mu d Go t a t 2 4 0 注：C 一钙霞石 s 一一水化石榴石 L 一铝针铁矿 H 一赤铁矿 q 一石英 T 一钙钛矿 0 2 4 6 8 1 0 石薨)图6 2 4 0 溶出时赤泥 N S随石灰添加量的变化 F i g u r e 6 Cor r e l a t i o n o f N S in Re d M u d wi t h L i me Add it i o n wh e n d i g e s t ion t e mp er a t ur e 2 4 0C 0 0 9 0 舯 f 7 0 郇 U 2 4 O i u 灰 图7 2 6 0 0(3 时氧化铝相对溶出率随石灰添加量的变化 Fig u r e 7 Cor r e l a t i o n o f Rela t i v e Al u mi n a Di g e s t i o n E f f i c ie nc y wit h L i me Ad d it io n a t 2 6 0 从图7 可以看出，当溶出温度继续升高至2 6 0 时，随石灰添加量的增加，氧化铝溶出率逐渐降 低。据此可以推断，高温条件促进了铝针铁矿的溶 解与转化，即使在不加石灰的条件下也可完全溶解 与转化；当添加石灰时，反而会 因添加的石灰与溶 液中的氧化铝结合成水化石榴石进入赤泥，而造成 氧化铝的损失，体现为氧化铝溶出率的降低。l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0，u P o r t i o n 。2 T h c t a l 图8温度2 6 0、石灰3、溶出时间6 O分钟时溶出赤泥的X 一 射线衍射图 F i g u r e 8 X r a y Dif f r a c t iv e Cu r v e s o f Di g e s t e d Re d Mu d Go t a t 2 4 0 注：C 一 钙霞石 s 一一水化石榴石 T 一 钙钛矿 H一 赤铁矿 T 一钙钛矿 图8 为溶出温度2 6 0、石灰3、溶出时问6 0 2 0 1 2 年 1 铝镁通讯 7 分钟时溶出赤泥的x 一 射线衍射图。从图上已经看 不到石英与铝针铁矿的特征峰，也未见针铁矿特征 峰的存在，说明此条件下石英与铝针铁矿已经完全 反应，并且其 中的铝针铁矿已完全转化为赤铁矿。3-2 石灰对铝土矿溶 出赤泥沉降性能的影响 赤泥的沉降和分离是拜耳法生产氧化铝过程的 一个重要环节。基于该铝土矿 中的铝针铁矿含量较 高、低温溶出赤泥难以沉降以及上述溶出试验结 果，本试验采用高溶出温度和添加一定量石灰的方 法，来促进铝针铁矿向赤铁矿的转化，一方面可提 高氧化铝的溶出率，另一方面溶出赤泥的沉降性能 也可得到改善。在溶出温度 2 6 0 C，溶出时间6 O 分钟，溶出液 k 为为 1 3 5，石灰添加量为矿石量 1 的条件下，采用 N a l c o 9 7 7 9絮凝剂，考察了该铝土矿溶 出赤泥 的沉降性 能。主要试验结果见表 4。试验中赤泥料 浆的苛性碱浓度为 1 5 2 g L，固含为6 2 g L。表 4絮凝剂添加 量对 赤泥沉降效果 的影晌 Ta ble 4 Cor r e l a t i on o f F l o c c u l an t s Ad d i t i o n wi t h Re d Mu d S e t t li n g Pr o p e r t i e s 降性能的改善。参考文献：【1】肖亚庆等 中国铝工业技术发展【M】北京：冶金工业 出版社，2 0 0 7年【2 刘 中凡 世界铝土矿资源综述 J】轻金属【J】，2 0 0 1(5)：7-1 2 【3】王秋霞，陈国铭等 我国铝土矿资源开发与保护对策【J】矿产保 护与利用，2 0 0 1(3)：4 9 5 4 4 穆新和 我国铝土矿资源合理开发利用的探讨叨 矿产与地质，2 0 0 2(5)：3 1 3 3 1 5 5】钮因键对 我国铝土矿资源和氧化铝工业发展的认识町 轻金 属，2 0 0 3(3)：3 8 【6】孙志伟我国铝土矿资源开发利用现状、问题与对策【J】中国矿 业，2 0 0 8(1 7)：1 3 1 5 f 7】杨兵铝 土矿资源内贫外 富【J】中国有色金属，2 0 0 8 年第 l 4 期【8】鄢艳 我国铝土矿资源现状【J】有色矿冶，2 0 0 9 年，2 5 卷，第2 5 期：5 8 6 0 9】李吴，王庆飞 我国铝土矿资源开发利用现状及其产业研究【J】陕西科技大学学报：自然科学版。2 0 0 9 年 2 7 卷 5 期：1 5 4 1 5 1 1 0】袁爱国河南铝土矿地质特征与开发利用现状叨 资源与产业，2 0 0 9 年 4 期：9 2 9 5 I n f l ue nc e o f Li me on Hyb r i d Ba ux i t e wi t h Hi g h Con t e nt of Al u mo g o e t h i t e Q i l a j u n，L i Wa n g x i n g，Y i n Z h o n g l i n，Z h a n g Z h i b i n (Z h e n g z h o u R e s e a r c h I n s t i t u e o f C h a l c o，H e n n a n Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 1)从表4 的试验结果可以看出，在溶出赤泥料浆 A b8 t r a e t：I ti s s t I I d i e dt l l a t Li m。a ffe c t sdi g e。t i ga n d 。t di gp 叩 一 苛性碱浓度 1 5 2 g L、固含 6 2 g L、沉降温度 9 5 C 。ti。B o f G i b b 8 i t eB。hmi t i。b u xi t e wi t h hi g h c。t e t。f 件下，在N a l c o 9 7 7 9 絮凝剂添加量仅为6 7 5 干赤 a l u 。g 0 e th ite b y u s in g X R F a n d X R DTh r e 1 t ss h o wt ha tl i 泥的条件下，高温溶 出赤泥就可以获得大2 0 m h 的 p m 。t e t h。d i s s o l u t i。a n d t r a n s f o r m a t i o n o f a l u o g 0。t h i t e w h。沉降速度，此时上清液浮游物 0 2 3 g L，沉降9 0 分d i g e 8 ti。n te p e r a t i。l o w。th an2 4 0 C，a n d th tw 0 ff e t。a r e 钟时底流固含约2 8 0 g L。因此，经过高温溶出后，该 i n t e n s i ft e d w i thl i m e a d d i fi o n i n e r e a s i n g；w h i l e t h e s e f u n c t i 0 n s a r e 类型铝土矿中所有的铝针铁矿都已完全转化为赤铁 n 0 t d is t in c t w h e n t e m p e r a tu r e i 8 h ig h e r th a n 2 6 0 C I t i s c 0 n e lu d e d 矿，这是溶出赤泥沉降性能得到大大改善的原因。t h a t l im e a n d h ig h t e m p e r a tu r e n o t o n l y i m p r o v e s a lu m in a d i g e s 一 4结论 i。n e H c i e n c y，b u t a l s o m k e s a “m。g o e t h i t。“i“。h e ma t i t e wh i e h b e t t e r s s e t t l i n E D r o D e r t y o f d i g e s t e d r e d mud 对于铝针铁矿含量高的三水一 一水软铝石混合K y w0 r d ：灿 。-t e；L i ：b 二 B a u=型铝土矿而言，添加石灰及采用较高的溶出温度，可以解决其低温溶出时氧化铝溶出率低，且溶出赤 泥难以沉降的问题；在适当的温度条件下，石灰 的 添加促进了铝针铁矿 的溶解与向赤铁矿的转化，从 而实现 了所研究铝土矿溶出率的提高及溶出赤泥沉