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中等品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)機理及溶出試驗研究中等品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)機理及溶出試驗研究 …… ! 14 ! 輕 金 屬 2009年第12期 中等品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)機理及溶出試驗研究 黎志英,張念炳,肖瑋,劉衛(wèi) (1.貴州大學材料與冶金學院,貴州貴陽550003; .貴州師范大學材料與建筑工程學院,貴州貴陽550014) 摘要:針對我國資源特點,本文提出不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法的強化石灰燒結(jié)法機理,采用鋁硅比為3.84的礦石,按照鈣鋁比為1.2~1.6進行配礦,配料以生成鋁酸一鈣和鈣鋁黃長石為目的,在燒結(jié)溫度1290 和燒結(jié)時間90min條件下進行熟料燒成。實驗結(jié)果表明,強化石灰燒結(jié)法燒結(jié)熟料的溶出性能較好,燒結(jié)熟料氧化鋁溶出率達到了82 8%。物相分析表明,熟料主要物相為鋁酸一鈣和鈣鋁黃長石,赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長石。關鍵詞:石灰燒結(jié)法;強化石灰燒結(jié);燒結(jié);溶出 中圖分類號:TF803.21 文獻標識碼:A 文章編號: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 我國鋁土礦的特點是高鋁、高硅、低鐵、低鋁硅比。鋁硅比大于7的能夠用純拜耳法生產(chǎn)的鋁土礦僅占10%,60%以上的鋁土礦鋁硅比在4~6之間 Al2O3 64%(A/S為7),熟料的氧化鋁含量已經(jīng)達到了40%(A/S為4.5)的水平,且從工藝配方上得到了優(yōu)化,溶液指標也有所優(yōu)化,精液氧化鋁濃度由原來的95g/l提高到了120g/l。但由于熟料氧化鋁含量高,溶出后赤泥細化嚴重,赤泥沉降性能極差,液 固分離沒有尋求到合適的方法。對于純燒結(jié)法,采用較高品位的礦石(入磨礦A/S6~8)為原料組織生產(chǎn),將會提高熟料氧化鋁含量,降低熟料折合比,從而減少物料流量,降低能耗,增加產(chǎn)量,降低成本,帶來增產(chǎn)增效的重大效果,是值得研究的課題 4#。 而石灰燒結(jié)法是一種在鋁土礦中添加氧化鈣的燒結(jié)方法,與堿石灰燒結(jié)法比較,它具有原料來源廣泛,熟料不必配堿,碳分母液不進入燒結(jié),只在濕法階段循環(huán),而可以采用能耗更低的干法燒結(jié),同時赤泥也是優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)新型Q相高鋁水泥原料 5#。燒結(jié)法赤泥制微晶玻璃是其赤泥利用的又一途徑 6# 。故尋求一種較合理的處理中低品位鋁土礦的 方法具有重大的應用價值。堿-石灰燒結(jié)法應用于工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁以來,已成為能夠處理高硅鋁土礦及其它高硅含鋁原料的有效方法。但燒結(jié)法仍有流程復雜、能耗高、生產(chǎn)成本高等缺點 2, 3#。 為了降低燒結(jié)法的生產(chǎn)成本,中州鋁廠與中南大學于1999年進行了強化燒結(jié)法工業(yè)試驗。該工藝有兩個突破點:一是熟料中氧化鋁含量得到明顯的提高,由傳統(tǒng)燒結(jié)法的32%~35%(A/S為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鋁濃度由傳統(tǒng)的120g/l提高到150g/l以上。中州鋁廠逐步消化吸收強化燒結(jié)法技術,現(xiàn)在所處理的原礦已經(jīng)提高到了含。 基金項目:貴州省自然科學基金項目(編號:黔科合J字 2008#2007);貴州省教育廳自然科學基金(黔教科2006309)。 : 2009年第12期 黎志英,張念炳,肖瑋,劉衛(wèi):中等 ! 15 ! 品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)機理及溶出試驗研究 AL2O3 CaO=CaO!Al2O3 2CaO Al2O3 SiO2=2CaO!Al2O3!SiO2CaO TiO2=CaO!TiO2CaO Fe2O3=CaO!Fe2O3 在溶出過程階段的主要反應為: CaO!Al2O3 NaCO3 aq CaCO3& 2NaAl(OH)4 aq 從上可以看出,強化石灰燒結(jié)法使鋁土礦中的氧化鋁以鋁酸一鈣的形式,鋁土礦中的硅以鈣鋁黃長石的形式存在。據(jù)文獻報道,鈣鋁黃長石不溶于堿溶液中,這樣絕大部分硅會進入渣中,只有少量的硅會進入溶液中,這會極大降低脫硅工序的負擔。這種方式配礦會極大的降低石灰加入量,極大提高熟料中氧化鋁含量,從而減少物料流量,降低能耗,增加產(chǎn)量,降低成本,帶來增產(chǎn)增效的效果。 石灰燒結(jié)法可用于處理中低品位鋁土礦(特別是高硅鋁土礦),是一種值得繼續(xù)研究的氧化鋁生產(chǎn)方法。 針對石灰燒結(jié)法,本文提出強化石灰燒結(jié)新方法,進行了中等品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)法燒結(jié)機理研究,并進行了溶出試驗研究。 燒結(jié)法原理 .1 堿石灰燒結(jié)機理 堿石灰燒結(jié)法在燒結(jié)階段的主要化學反應為 2#: AL2O3 Na2CO3 Na2O!Al2O3 CO2?2O3 Na2CO3 Na2O!Fe2O3 CO2%SiO2 2CaCO3 2CaO!SiO2 2CO2%TiO2 CaCO3 CaO!TiO2 CO2%在溶出過程階段的主要反應為: Na2O!Al2O3 4H2O 2NaAl(OH)4 Na2O!Fe2O3 2H2O Fe2O3!H2O& 2NaOH1.2 常規(guī)石灰燒結(jié)法燒結(jié)原理 常規(guī)石灰燒結(jié)法在燒結(jié)階段的主要反應為 2#: 2CaO=2CaO!SiO2 3Al2O3!2SiO2# 64CaO=3 12CaO!7Al2O3# 14 2CaO!SiO2# 當燒結(jié)完畢后,采用適當?shù)慕禍刂贫? -C2S會向 -C2S轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)化溫度在725 ),熟料可以出現(xiàn)自粉化。其自粉化率在冷卻的30min中可達到70%,平均粒度為20 m 2#。自粉化的主要反應為: -C2S -C2S。 在溶出過程階段的主要反應為: 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 溶出液進行專門的脫硅步驟后,所得到的鋁酸鈉精液即可進行碳分工序,進而得到Al(OH)3,再經(jīng)過煅燒就可得到工業(yè)級氧化鋁產(chǎn)品。1.3 強化石灰燒結(jié)法燒結(jié)原理 本文提出的強化石灰燒結(jié)法不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法,其原理如下: 2實驗 2.1 原料及儀器 鋁土礦取自貴州鋁廠,主要成分如表1所列。 表1 鋁土礦的主要化學成分(質(zhì)量分數(shù)%) Al2O364.24 Sio216.75 Fe2032.32 Cao2.77 Na2oO0.65 Tio21.82 a/S3.84 配料用氧化鈣和碳酸鈉均為分析純。實驗所用主要儀器為:馬弗爐(SX-08-16型),自動控溫水浴裝置,常用分析儀器等。2.2 試驗步驟 生料的配制是根據(jù)鈣鋁比C/A(所配物料中石灰摩爾數(shù)/所配物料中氧化鋁摩爾數(shù))進行,計算公式如下: 設鋁土礦中二氧化硅的摩爾數(shù)NSi,礦物中氧化鋁的摩爾數(shù)為NAl,CaO!Al2O3中氧化鋁的摩爾數(shù)NAl1,2CaO!Al2O3!SiO2中氧化鋁摩爾數(shù)NAl2,添加氧化鈣的摩爾數(shù)為NCa。再根據(jù)原料成分和燒結(jié)的物相(CaO!Al2O3和2CaO!Al2O3!SiO2)聯(lián)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。 針對試驗用鋁土礦,理論的C/A=1.43。根據(jù) ! 16 ! 輕 金 屬 2009年第12期壓成20mm 40mm的園柱體,裝入粘土坩堝中,移入馬弗爐(SX-08-16型)中,在設定的溫度下燒結(jié)一定時間,取出燒結(jié)后的樣品冷卻至室溫,磨細后,密封備用。稱取一定量熟料在自動控溫水浴裝置中用碳酸鈉水溶液(溶出條件:NaCO3120g/l,溶出溫度80 ,溶出時間30min,攪拌速率120r/min,用120ml溶液溶出8g樣品。)中進行溶出試驗,渣相經(jīng)成分洗滌后烘干,以進行氧化鋁含量測定及物相分析(X-射線衍射分析儀:日本理學D/Max-2200,功率:3kW;測角范圍:3(~70(,CuK!;靈敏度:3%~5%;測角精度:)0.002()。失,同樣不高。實驗的最佳鈣鋁比與理論計算的鈣鋁比1.43很相近。 強化石灰燒結(jié)法燒結(jié)的熟料中氧化鋁含量達到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化鋁含量僅為8 71%~14.6%。該工藝突破了傳統(tǒng)的工藝配方原則,一是所處理的原礦氧化鋁含量為64.24%;;二是熟料中氧化鋁含量由傳統(tǒng)燒結(jié)法的32%~35%(A/S為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鋁的量得到提高。 .2 燒成熟料和赤泥物相分析 結(jié)果與討論 .1 燒成熟料的溶出 在燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的過程中,配料與燒成的好壞直接影響整個生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟指標。強化石灰燒結(jié)法考查了鈣比對熟料溶出的影響如圖1
圖2 試驗熟料(SL)和赤泥(CN)的XRD圖譜 經(jīng)計算機尋峰檢索和人工分析得出燒結(jié)熟料和溶出赤泥的物相分析結(jié)果,從圖2分析結(jié)果表明,鈣鋁比為1.4時,熟料中的主要物相為鋁酸一鈣 圖1 鈣鋁比(C/A)對溶出率( A)的影響曲線 (CaAl2O4或CaO!Al2O3)和鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7或2CaO!Al2O3!SiO2);鈣鋁比為1.4時,赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7或2CaO!Al2O3!SiO2),赤泥中還存在極少量的未溶出的鋁酸一鈣。從熟料和赤泥的XRD圖的對比結(jié)果可以看出,熟料中的CaO!Al2O3在用碳酸鈉水溶液溶出的效果好,在赤泥中只有很少量的殘留物,而2CaO!Al2O3!SiO2在用碳酸鈉水溶液溶出的結(jié)果來看,其幾乎不溶于堿性溶液中,這和文獻 7#中的結(jié)論一致。從以上的分析可以得出,如果鋁土礦中的二氧化硅都生成鈣鋁黃長石,這種熟料再去溶出,其溶出液的硅量指數(shù)將會比較高,這無疑會降低脫硅負擔。由于沒有原硅酸鈣的生產(chǎn),從而避免了由原硅酸鈣引起的二次反應。并且2CaO!Al2O3!SiO2是難于粉化的物質(zhì) 7#,這也有助于解決熟料高含量氧化鋁,溶出后 實驗結(jié)果表明,當鈣鋁比為1.4,燒結(jié)溫度為1290 ,燒結(jié)時間為90min時,燒結(jié)熟料氧化鋁溶出率最佳,達到了82.8%。從圖1可知,氧化鋁溶出率在鈣鋁比C/A為1.4處出現(xiàn)峰值,而當鈣鋁比大于1.4及小1.4時,氧化鋁溶出率均呈現(xiàn)下降趨勢。分析原因如下:當鈣鋁比小于1.4時,可能是配入的鈣量不足以使硅全部以2CaO!Al2O3!SiO2形式存在,會有一部分游離硅存在,這些游離硅在溶出過程中發(fā)生二次反應,使溶出的氧化鋁又以鈉硅渣的形式存在而進入渣中,這就導致了溶出率降低;當鈣鋁比大于1.4時,可能是配入的鈣量過多,熟料中會出現(xiàn)游離的CaO,在溶出時與鋁酸鈉溶液反應生成水
年第12期 黎志英,張念炳,肖瑋,劉衛(wèi):中等 ! 17 ! 品位鋁土礦強化石灰燒結(jié)機理及溶出試驗研究 熟料中以CaO!Al2O3存在的氧化鋁能容易的完全溶出,幾乎不存在氧化鋁的二次析出現(xiàn)象。該強化石灰燒結(jié)法還有待于進一步深入研究。 參考文獻: 1#羅琳,邱冠周,劉永康,何伯泉.論中國高硅低鐵 水硬鋁型 鋁土礦的幾種處理方法 J#.輕金屬.1996(2):14-17. 2#楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學 M#.北京,冶金工業(yè)出版社.1993. . 3#楊長付,武福運,劉少洛.提高熟料氧化鋁含量及其A/S新工藝 的研究 J#.輕金屬.2000(12):21-24. 4#李小斌,劉祥民,劉桂華,彭志宏,劉業(yè)翔.強化燒結(jié)法生產(chǎn)氧 化鋁新工藝的研究與實踐 J#.中國有色金屬學報.2004,14(06):1031-1036. 5#姜奉華,徐德龍,鄭少華.新型q相高鋁水泥的燒成條件 J#.硅 酸鹽學報.2004,32(10):1289-1292. 6#張杜杜.赤泥微晶玻璃晶化行為及性能研究 D#.華中科技大學 碩士學位論文.2006.3. 7#任根寬.石灰石燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的控制指標探討 J#.輕金屬. (2):21-24. 赤泥細化嚴重,赤泥沉降性能差等難題。 結(jié)論 )本文提出的強化石灰燒結(jié)法不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法,強化石灰燒結(jié)法使鋁土礦中的氧化鋁以鋁酸一鈣的形式,鋁土礦中的硅以鈣鋁黃長石的形式存在。燒結(jié)熟料和溶出赤泥的物相分析結(jié)果,實 驗的熟料中的主要物相為鋁酸一鈣(CaO!Al2O3)和鈣鋁黃長石(2CaO!Al2O3!SiO2);實驗的赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長石(2CaO!Al2O3!SiO2)。 )強化石灰燒結(jié)法所處理的原礦氧化鋁含量為64.24%,燒結(jié)的熟料中氧化鋁含量達到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化鋁含量僅為8.71%~14.6%,熟料氧化鋁溶出率最佳達到了82.8%,得到了較好的溶出率,說明用強化石灰燒結(jié)法處理中等品位鋁土礦是可行的。 )強化石灰燒結(jié)法燒結(jié)熟料的溶出性能較好, (責任編輯 張文軍) (上接第13頁) 表2數(shù)據(jù)顯示,石灰乳添加流量為理論值Q石的1.20倍時,實際苛化率89.10%,符合經(jīng)濟技術指標要求;石灰乳添加流量過低,苛化率小,導致Na2CO3的損失;石灰乳添加流量過高,雖然可獲得較高的苛化率,但會使石灰乳浪費及附加反應導致氧化鋁損失,經(jīng)濟上不合算。因此,在生產(chǎn)實踐中,石灰乳添加流量為理論值Q石的1.20倍最為適宜。3.4 提高反應溫度 表3 反應溫度變化對苛化率的影響 反應溫度, 苛化率,% )苛化原液Na2CO3的濃度;2)Na2CO3濾餅的含液率;3)石灰乳添加流量; )苛化反應溫度。 為獲得高的苛化率和好的經(jīng)濟技術指標,應采取相應的操作方法: )苛化原液Na2CO3濃度的控制范圍應為160g/l~180g/l; )加強操作確保Na2CO3濾餅的含液率<35%; )嚴格控制石灰乳添加流量為理論值Q石的1.20倍; )苛化反應溫度控制應>95 。 參考文獻: .083.286.087.488.189.190.0 表3數(shù)據(jù)顯示,苛化反應溫度<95 時,苛化率達不到經(jīng)濟技術指標要求。在生產(chǎn)實踐中,苛化反應溫度控制應>95 。 1#楊重愚.輕金屬冶金學 M#.北京:冶金工業(yè)出版社. 2#中鋁廣西分公司氧化鋁廠蒸發(fā)車間原始記錄表 Z#. 3#中鋁廣西分公司氧化鋁廠蒸發(fā)車間技術月報 Z#. (責任編輯 張文軍) 結(jié)語 苛化率的影響因素:
河南華冠環(huán)保科技有限公司在山西境內(nèi)有大量的煅燒鋁礬土行業(yè)業(yè)績，塊狀煅燒和粉狀，細度有325、800、1000、1250目， 產(chǎn)量有50-500噸每天產(chǎn)能，可技術轉(zhuǎn)讓，可出售設備，產(chǎn)品。 河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�專業(yè)致力于資源再利用、高嶺土行業(yè)，生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)率可提高10%以上，產(chǎn)量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產(chǎn)能達到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號)，華冠環(huán)�？萍脊緸槟哒\服務，隨時歡迎前來參觀! 專業(yè)售后服務！
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