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中等品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究

中等品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究

……

! 14 !                轻 金 属               2009年第12期

中等品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究

黎志英,张念炳,肖玮,刘卫

(1。贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550003;

.贵州师范大学材料与建筑工程学院,贵州贵阳550014)

摘要:针对我国资源特点,本文提出不同于传统的石灰烧结法的强化石灰烧结法机理,采用铝硅比为3.84的矿石,按照钙铝比为1.2~1.6进行配矿,配料以生成铝酸一钙和钙铝黄长石为目的,在烧结温度1290  和烧结时间90min条件下进行熟料烧成。实验结果表明,强化石灰烧结法烧结熟料的溶出性能较好,烧结熟料氧化铝溶出率达到了82  8%。物相分析表明,熟料主要物相为铝酸一钙和钙铝黄长石,赤泥中的主要物相为钙铝黄长石。关键词:石灰烧结法;强化石灰烧结;烧结;溶出

中图分类号:TF803.21 文献标识码:A 文章编号:1002-1752(2009)12-14-4

gradebauxiteanditsdigestionperformances

ying1,ZHANGNian-bing2,XIAOWei1andLIUWei2

(1。TheMaterialsandMetallurgyCollege,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China;2。SchoolofMaterialandArchitecturalEngineering,GuizhouNormal,Guiyang550001,China;)

:BasedontheChinesebauxitecharacter,themechanismofintensifiedlimesinteringprocesswasstudieddifferentfromtraditionalsinteringprocess.Inthecharge,themassratioofaluminatosilicais3.84,calciumaluminaratio1.2~1.6(inordertoformation2CaO!Al2O3!SiO2andCaO!Al2O3),andthenthechargeissinteredat1290or90min.Itisconvenientforsintertobeleached,andthedigestionrateis82.8%.ThegrogandredmudwerecharacterizedbypowderX-raydiffraction.Theresultsshowedthat2CaO!Al2O3!SiO2andCaO!Al2O3werethemainphaseforgrog,2CaO!Al2O3!SiO2wasthemainphaseforredmud.

:limesinteringprocess;intensifiedlimesinteringprocess;sintering;digestion

我国铝土矿的特点是高铝、高硅、低铁、低铝硅比。铝硅比大于7的能够用纯拜耳法生产的铝土矿仅占10%,60%以上的铝土矿铝硅比在4~6之间

Al2O3 64%(A/S为7),熟料的氧化铝含量已经达到了40%(A/S为4。5)的水平,且从工艺配方上得到了优化,溶液指标也有所优化,精液氧化铝浓度由原来的95g/l提高到了120g/l。但由于熟料氧化铝含量高,溶出后赤泥细化严重,赤泥沉降性能极差,液

固分离没有寻求到合适的方法。对于纯烧结法,采用较高品位的矿石(入磨矿A/S6~8)为原料组织生产,将会提高熟料氧化铝含量,降低熟料折合比,从而减少物料流量,降低能耗,增加产量,降低成本,带来增产增效的重大效果,是值得研究的课题 4#。

而石灰烧结法是一种在铝土矿中添加氧化钙的烧结方法,与碱石灰烧结法比较,它具有原料来源广泛,熟料不必配碱,碳分母液不进入烧结,只在湿法阶段循环,而可以采用能耗更低的干法烧结,同时赤泥也是优质的生产新型Q相高铝水泥原料 5#。烧结法赤泥制微晶玻璃是其赤泥利用的又一途径

6#

。故寻求一种较合理的处理中低品位铝土矿的

方法具有重大的应用价值。碱-石灰烧结法应用于工业生产氧化铝以来,已成为能够处理高硅铝土矿及其它高硅含铝原料的有效方法。但烧结法仍有流程复杂、能耗高、生产成本高等缺点 2,

3#。

为了降低烧结法的生产成本,中州铝厂与中南大学于1999年进行了强化烧结法工业试验。该工艺有两个突破点:一是熟料中氧化铝含量得到明显的提高,由传统烧结法的32%~35%(A/S为3.2~3.4)左右提高到45%左右(A/S>7);二是熟料溶出后溶出液氧化铝浓度由传统的120g/l提高到150g/l以上。中州铝厂逐步消化吸收强化烧结法技术,现在所处理的原矿已经提高到了含。

基金项目:贵州省自然科学基金项目(编号:黔科合J字 2008#2007);贵州省教育厅自然科学基金(黔教科2006309)。

:

2009年第12期

黎志英,张念炳,肖玮,刘卫:中等

! 15  ! 品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究

AL2O3 CaO=CaO!Al2O3

2CaO Al2O3 SiO2=2CaO!Al2O3!SiO2CaO TiO2=CaO!TiO2CaO Fe2O3=CaO!Fe2O3

在溶出过程阶段的主要反应为:

CaO!Al2O3 NaCO3 aq CaCO3& 2NaAl(OH)4 aq

从上可以看出,强化石灰烧结法使铝土矿中的氧化铝以铝酸一钙的形式,铝土矿中的硅以钙铝黄长石的形式存在。据文献报道,钙铝黄长石不溶于碱溶液中,这样绝大部分硅会进入渣中,只有少量的硅会进入溶液中,这会极大降低脱硅工序的负担。这种方式配矿会极大的降低石灰加入量,极大提高熟料中氧化铝含量,从而减少物料流量,降低能耗,增加产量,降低成本,带来增产增效的效果。

石灰烧结法可用于处理中低品位铝土矿(特别是高硅铝土矿),是一种值得继续研究的氧化铝生产方法。

针对石灰烧结法,本文提出强化石灰烧结新方法,进行了中等品位铝土矿强化石灰烧结法烧结机理研究,并进行了溶出试验研究。

烧结法原理

。1 碱石灰烧结机理

碱石灰烧结法在烧结阶段的主要化学反应为 2#:

AL2O3 Na2CO3 Na2O!Al2O3 CO2?2O3 Na2CO3 Na2O!Fe2O3 CO2%SiO2 2CaCO3 2CaO!SiO2 2CO2%TiO2 CaCO3 CaO!TiO2 CO2%在溶出过程阶段的主要反应为:

Na2O!Al2O3 4H2O 2NaAl(OH)4

Na2O!Fe2O3 2H2O Fe2O3!H2O& 2NaOH1.2 常规石灰烧结法烧结原理

常规石灰烧结法在烧结阶段的主要反应为 2#:

2CaO=2CaO!SiO2

3Al2O3!2SiO2# 64CaO=3 12CaO!7Al2O3#

14 2CaO!SiO2#

当烧结完毕后,采用适当的降温制度,  -C2S会向  -C2S转化(转化温度在725  ),熟料可以出现自粉化。其自粉化率在冷却的30min中可达到70%,平均粒度为20 m 2#。自粉化的主要反应为:

-C2S    -C2S。

在溶出过程阶段的主要反应为:

CaO!7Al2O3 12Na2CO3 aq 12CaCO3& 14NaAl(OH)4 10NaOH aq

!Al2O3 Na2CO3 aq CaCO3& 2NaAl(OH)4 aq

CaO!Al2O3!6H2O 3Na2CO3 aq

NaAl(OH)4 3CaCO3 4NaOH aq

溶出液进行专门的脱硅步骤后,所得到的铝酸钠精液即可进行碳分工序,进而得到Al(OH)3,再经过煅烧就可得到工业级氧化铝产品。1.3 强化石灰烧结法烧结原理

本文提出的强化石灰烧结法不同于传统的石灰烧结法,其原理如下:

2实验

2.1 原料及仪器

铝土矿取自贵州铝厂,主要成分如表1所列。

1 铝土矿的主要化学成分(质量分数%)

Al2O364。24

Sio216。75

Fe2032.32

Cao2.77

Na2oO0.65

Tio21。82

a/S3。84

配料用氧化钙和碳酸钠均为分析纯。实验所用主要仪器为:马弗炉(SX-08-16型),自动控温水浴装置,常用分析仪器等。2.2 试验步骤

生料的配制是根据钙铝比C/A(所配物料中石灰摩尔数/所配物料中氧化铝摩尔数)进行,计算公式如下:

设铝土矿中二氧化硅的摩尔数NSi,矿物中氧化铝的摩尔数为NAl,CaO!Al2O3中氧化铝的摩尔数NAl1,2CaO!Al2O3!SiO2中氧化铝摩尔数NAl2,添加氧化钙的摩尔数为NCa。再根据原料成分和烧结的物相(CaO!Al2O3和2CaO!Al2O3!SiO2)联立方程如下:

nsi=16.75/62=0.27mol;NAl=NAl1 NAl2=64.25/102=0.6299mol,且NSi=NAl2;NCa=NAl1 2NAl2=0.9mol。

针对试验用铝土矿,理论的C/A=1.43。根据

! 16 ! 轻 金 属    2009年第12期压成20mm 40mm的园柱体,装入粘土坩埚中,移入马弗炉(SX-08-16型)中,在设定的温度下烧结一定时间,取出烧结后的样品冷却至室温,磨细后,密封备用。称取一定量熟料在自动控温水浴装置中用碳酸钠水溶液(溶出条件:NaCO3120g/l,溶出温度80  ,溶出时间30min,搅拌速率120r/min,用120ml溶液溶出8g样品。)中进行溶出试验,渣相经成分洗涤后烘干,以进行氧化铝含量测定及物相分析(X-射线衍射分析仪:日本理学D/Max-2200,功率:3kW;测角范围:3(~70(,CuK!;灵敏度:3%~5%;测角精度:)0.002()。失,同样不高。实验的最佳钙铝比与理论计算的钙铝比1.43很相近。

强化石灰烧结法烧结的熟料中氧化铝含量达到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化铝含量仅为8  71%~14.6%。该工艺突破了传统的工艺配方原则,一是所处理的原矿氧化铝含量为64.24%;;二是熟料中氧化铝含量由传统烧结法的32%~35%(A/S为3.2~3.4)左右提高到47.33%~55.83%(A/S=3.84,),一次熟料溶出收得氧化铝的量得到提高。

.2 烧成熟料和赤泥物相分析

结果与讨论

.1 烧成熟料的溶出

在烧结法生产氧化铝的过程中,配料与烧成的好坏直接影响整个生产工艺的经济指标。强化石灰烧结法考查了钙比对熟料溶出的影响如图1

所示。

2 试验熟料(SL)和赤泥(CN)的XRD图谱

经计算机寻峰检索和人工分析得出烧结熟料和溶出赤泥的物相分析结果,从图2分析结果表明,钙铝比为1.4时,熟料中的主要物相为铝酸一钙

1 钙铝比(C/A)对溶出率( A)的影响曲线

(CaAl2O4或CaO!Al2O3)和钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7或2CaO!Al2O3!SiO2);钙铝比为1.4时,赤泥中的主要物相为钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7或2CaO!Al2O3!SiO2),赤泥中还存在极少量的未溶出的铝酸一钙。从熟料和赤泥的XRD图的对比结果可以看出,熟料中的CaO!Al2O3在用碳酸钠水溶液溶出的效果好,在赤泥中只有很少量的残留物,而2CaO!Al2O3!SiO2在用碳酸钠水溶液溶出的结果来看,其几乎不溶于碱性溶液中,这和文献 7#中的结论一致。从以上的分析可以得出,如果铝土矿中的二氧化硅都生成钙铝黄长石,这种熟料再去溶出,其溶出液的硅量指数将会比较高,这无疑会降低脱硅负担。由于没有原硅酸钙的生产,从而避免了由原硅酸钙引起的二次反应。并且2CaO!Al2O3!SiO2是难于粉化的物质 7#,这也有助于解决熟料高含量氧化铝,溶出后

实验结果表明,当钙铝比为1.4,烧结温度为1290  ,烧结时间为90min时,烧结熟料氧化铝溶出率最佳,达到了82.8%。从图1可知,氧化铝溶出率在钙铝比C/A为1.4处出现峰值,而当钙铝比大于1.4及小1.4时,氧化铝溶出率均呈现下降趋势。分析原因如下:当钙铝比小于1.4时,可能是配入的钙量不足以使硅全部以2CaO!Al2O3!SiO2形式存在,会有一部分游离硅存在,这些游离硅在溶出过程中发生二次反应,使溶出的氧化铝又以钠硅渣的形式存在而进入渣中,这就导致了溶出率降低;当钙铝比大于1.4时,可能是配入的钙量过多,熟料中会出现游离的CaO,在溶出时与铝酸钠溶液反应生成水

(O!3

年第12期

黎志英,张念炳,肖玮,刘卫:中等

! 17  ! 品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究

熟料中以CaO!Al2O3存在的氧化铝能容易的完全溶出,几乎不存在氧化铝的二次析出现象。该强化石灰烧结法还有待于进一步深入研究。

参考文献:

1#罗琳,邱冠周,刘永康,何伯泉。论中国高硅低铁   水硬铝型

铝土矿的几种处理方法 J#.轻金属.1996(2):14-17.

2#杨重愚。氧化铝生产工艺学 M#。北京,冶金工业出版社。1993。

。

3#杨长付,武福运,刘少洛.提高熟料氧化铝含量及其A/S新工艺

的研究 J#.轻金属.2000(12):21-24.

4#李小斌,刘祥民,刘桂华,彭志宏,刘业翔。强化烧结法生产氧

化铝新工艺的研究与实践 J#.中国有色金属学报.2004,14(06):1031-1036.

5#姜奉华,徐德龙,郑少华.新型q相高铝水泥的烧成条件 J#.硅

酸盐学报.2004,32(10):1289-1292.

6#张杜杜.赤泥微晶玻璃晶化行为及性能研究 D#.华中科技大学

硕士学位论文.2006.3.

7#任根宽.石灰石烧结法生产氧化铝的控制指标探讨 J#.轻金属.

(2):21-24。

赤泥细化严重,赤泥沉降性能差等难题。

结论

)本文提出的强化石灰烧结法不同于传统的石灰烧结法,强化石灰烧结法使铝土矿中的氧化铝以铝酸一钙的形式,铝土矿中的硅以钙铝黄长石的形式存在。烧结熟料和溶出赤泥的物相分析结果,实

验的熟料中的主要物相为铝酸一钙(CaO!Al2O3)和钙铝黄长石(2CaO!Al2O3!SiO2);实验的赤泥中的主要物相为钙铝黄长石(2CaO!Al2O3!SiO2)。

)强化石灰烧结法所处理的原矿氧化铝含量为64.24%,烧结的熟料中氧化铝含量达到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化铝含量仅为8.71%~14.6%,熟料氧化铝溶出率最佳达到了82.8%,得到了较好的溶出率,说明用强化石灰烧结法处理中等品位铝土矿是可行的。

)强化石灰烧结法烧结熟料的溶出性能较好,

(责任编辑 张文军)

(上接第13页)

2数据显示,石灰乳添加流量为理论值Q石的1.20倍时,实际苛化率89.10%,符合经济技术指标要求;石灰乳添加流量过低,苛化率小,导致Na2CO3的损失;石灰乳添加流量过高,虽然可获得较高的苛化率,但会使石灰乳浪费及附加反应导致氧化铝损失,经济上不合算。因此,在生产实践中,石灰乳添加流量为理论值Q石的1.20倍最为适宜。3.4 提高反应温度

3 反应温度变化对苛化率的影响

反应温度,  苛化率,%

)苛化原液Na2CO3的浓度;2)Na2CO3滤饼的含液率;3)石灰乳添加流量;

)苛化反应温度。

为获得高的苛化率和好的经济技术指标,应采取相应的操作方法:

)苛化原液Na2CO3浓度的控制范围应为160g/l~180g/l;

)加强操作确保Na2CO3滤饼的含液率<35%;

)严格控制石灰乳添加流量为理论值Q石的1.20倍;

)苛化反应温度控制应>95  。

参考文献:

。083。286。087。488。189。190。0

3数据显示,苛化反应温度<95  时,苛化率达不到经济技术指标要求。在生产实践中,苛化反应温度控制应>95  。

1#杨重愚。轻金属冶金学 M#。北京:冶金工业出版社。 2#中铝广西分公司氧化铝厂蒸发车间原始记录表 Z#。 3#中铝广西分公司氧化铝厂蒸发车间技术月报 Z#。

(责任编辑 张文军)

结语

苛化率的影响因素:


河南华冠环保科技有限公司在山西境内有大量的煅烧铝矾土行业业绩,块状煅烧和粉状,细度有325、800、1000、1250目, 产量有50-500吨每天产能,可技术转让,可出售设备,产品。

河南华冠环保科技有限公司专业致力于资源再利用、高岭土行业,生产的回转窑运转率可提高10%以上,产量提高5%~10%,能耗降低20%左右,产能达到50-500t/d,更加节能环保。如有需求,可直接咨询18637113703(微信同号),华冠环保科技公司为您竭诚服务,随时欢迎前来参观!

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