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中等品位鋁土礦強(qiáng)化石灰燒結(jié)機(jī)理及溶出試驗(yàn)研究中等品位鋁土礦強(qiáng)化石灰燒結(jié)機(jī)理及溶出試驗(yàn)研究 …… ! 14 ! 輕 金 屬 2009年第12期 中等品位鋁土礦強(qiáng)化石灰燒結(jié)機(jī)理及溶出試驗(yàn)研究 黎志英,張念炳,肖瑋,劉衛(wèi) (1.貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550003; .貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550014) 摘要:針對(duì)我國(guó)資源特點(diǎn),本文提出不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法的強(qiáng)化石灰燒結(jié)法機(jī)理,采用鋁硅比為3.84的礦石,按照鈣鋁比為1.2~1.6進(jìn)行配礦,配料以生成鋁酸一鈣和鈣鋁黃長(zhǎng)石為目的,在燒結(jié)溫度1290 和燒結(jié)時(shí)間90min條件下進(jìn)行熟料燒成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,強(qiáng)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(dá)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(zhǎng)石,赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長(zhǎng)石。關(guān)鍵詞:石灰燒結(jié)法;強(qiáng)化石灰燒結(jié);燒結(jié);溶出 中圖分類(lèi)號(hào):TF803.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(guó)鋁土礦的特點(diǎn)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(dá)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(biāo)也有所優(yōu)化,精液氧化鋁濃度由原來(lái)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(xì)化嚴(yán)重,赤泥沉降性能極差,液 固分離沒(méi)有尋求到合適的方法。對(duì)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(huì)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(lái)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(lái)源廣泛,熟料不必配堿,碳分母液不進(jìn)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(shí)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(yīng)用價(jià)值。堿-石灰燒結(jié)法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁以來(lái),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(fù)雜、能耗高、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn) 2, 3#。 為了降低燒結(jié)法的生產(chǎn)成本,中州鋁廠(chǎng)與中南大學(xué)于1999年進(jìn)行了強(qiáng)化燒結(jié)法工業(yè)試驗(yàn)。該工藝有兩個(gè)突破點(diǎn):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(chǎng)逐步消化吸收強(qiáng)化燒結(jié)法技術(shù),現(xiàn)在所處理的原礦已經(jīng)提高到了含。 基金項(xiàng)目:貴州省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):黔科合J字 2008#2007);貴州省教育廳自然科學(xué)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(qiáng)化石灰燒結(jié)機(jī)理及溶出試驗(yàn)研究 AL2O3 CaO=CaO!Al2O3 2CaO Al2O3 SiO2=2CaO!Al2O3!SiO2CaO TiO2=CaO!TiO2CaO Fe2O3=CaO!Fe2O3 在溶出過(guò)程階段的主要反應(yīng)為: CaO!Al2O3 NaCO3 aq CaCO3& 2NaAl(OH)4 aq 從上可以看出,強(qiáng)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(zhǎng)石的形式存在。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,鈣鋁黃長(zhǎng)石不溶于堿溶液中,這樣絕大部分硅會(huì)進(jìn)入渣中,只有少量的硅會(huì)進(jìn)入溶液中,這會(huì)極大降低脫硅工序的負(fù)擔(dān)。這種方式配礦會(huì)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(lái)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(duì)石灰燒結(jié)法,本文提出強(qiáng)化石灰燒結(jié)新方法,進(jìn)行了中等品位鋁土礦強(qiáng)化石灰燒結(jié)法燒結(jié)機(jī)理研究,并進(jìn)行了溶出試驗(yàn)研究。 燒結(jié)法原理 .1 堿石灰燒結(jié)機(jī)理 堿石灰燒結(jié)法在燒結(jié)階段的主要化學(xué)反應(yīng)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(guò)程階段的主要反應(yīng)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(yīng)為 2#: 2CaO=2CaO!SiO2 3Al2O3!2SiO2# 64CaO=3 12CaO!7Al2O3# 14 2CaO!SiO2# 當(dāng)燒結(jié)完畢后,采用適當(dāng)?shù)慕禍刂贫? -C2S會(huì)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(dá)到70%,平均粒度為20 m 2#。自粉化的主要反應(yīng)為: -C2S -C2S。 在溶出過(guò)程階段的主要反應(yīng)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(jìn)行專(zhuān)門(mén)的脫硅步驟后,所得到的鋁酸鈉精液即可進(jìn)行碳分工序,進(jìn)而得到Al(OH)3,再經(jīng)過(guò)煅燒就可得到工業(yè)級(jí)氧化鋁產(chǎn)品。1.3 強(qiáng)化石灰燒結(jié)法燒結(jié)原理 本文提出的強(qiáng)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(shí)驗(yàn) 2.1 原料及儀器 鋁土礦取自貴州鋁廠(chǎng),主要成分如表1所列。 表1 鋁土礦的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)驗(yàn)所用主要儀器為:馬弗爐(SX-08-16型),自動(dòng)控溫水浴裝置,常用分析儀器等。2.2 試驗(yàn)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(jìn)行,計(jì)算公式如下: 設(shè)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(duì)試驗(yàn)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(shè)定的溫度下燒結(jié)一定時(shí)間,取出燒結(jié)后的樣品冷卻至室溫,磨細(xì)后,密封備用。稱(chēng)取一定量熟料在自動(dòng)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(shí)間30min,攪拌速率120r/min,用120ml溶液溶出8g樣品。)中進(jìn)行溶出試驗(yàn),渣相經(jīng)成分洗滌后烘干,以進(jìn)行氧化鋁含量測(cè)定及物相分析(X-射線(xiàn)衍射分析儀:日本理學(xué)D/Max-2200,功率:3kW;測(cè)角范圍:3(~70(,CuK!;靈敏度:3%~5%;測(cè)角精度:)0.002()。失,同樣不高。實(shí)驗(yàn)的最佳鈣鋁比與理論計(jì)算的鈣鋁比1.43很相近。 強(qiáng)化石灰燒結(jié)法燒結(jié)的熟料中氧化鋁含量達(dá)到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化鋁含量?jī)H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(guò)程中,配料與燒成的好壞直接影響整個(gè)生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。強(qiáng)化石灰燒結(jié)法考查了鈣比對(duì)熟料溶出的影響如圖1
圖2 試驗(yàn)熟料(SL)和赤泥(CN)的XRD圖譜 經(jīng)計(jì)算機(jī)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(shí),熟料中的主要物相為鋁酸一鈣 圖1 鈣鋁比(C/A)對(duì)溶出率( A)的影響曲線(xiàn) (CaAl2O4或CaO!Al2O3)和鈣鋁黃長(zhǎng)石(Ca2Al2SiO7或2CaO!Al2O3!SiO2);鈣鋁比為1.4時(shí),赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長(zhǎng)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(duì)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(lái)看,其幾乎不溶于堿性溶液中,這和文獻(xiàn) 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(zhǎng)石,這種熟料再去溶出,其溶出液的硅量指數(shù)將會(huì)比較高,這無(wú)疑會(huì)降低脫硅負(fù)擔(dān)。由于沒(méi)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(yīng)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)鈣鋁比為1.4,燒結(jié)溫度為1290 ,燒結(jié)時(shí)間為90min時(shí),燒結(jié)熟料氧化鋁溶出率最佳,達(dá)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(dāng)鈣鋁比大于1.4及小1.4時(shí),氧化鋁溶出率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。分析原因如下:當(dāng)鈣鋁比小于1.4時(shí),可能是配入的鈣量不足以使硅全部以2CaO!Al2O3!SiO2形式存在,會(huì)有一部分游離硅存在,這些游離硅在溶出過(guò)程中發(fā)生二次反應(yīng),使溶出的氧化鋁又以鈉硅渣的形式存在而進(jìn)入渣中,這就導(dǎo)致了溶出率降低;當(dāng)鈣鋁比大于1.4時(shí),可能是配入的鈣量過(guò)多,熟料中會(huì)出現(xiàn)游離的CaO,在溶出時(shí)與鋁酸鈉溶液反應(yīng)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(qiáng)化石灰燒結(jié)機(jī)理及溶出試驗(yàn)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(qiáng)化石灰燒結(jié)法還有待于進(jìn)一步深入研究。 參考文獻(xiàn): 1#羅琳,邱冠周,劉永康,何伯泉.論中國(guó)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(xué) M#.北京,冶金工業(yè)出版社.1993. . 3#楊長(zhǎng)付,武福運(yùn),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(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧 化鋁新工藝的研究與實(shí)踐 J#.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào).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(xué)報(bào).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(xué) 碩士學(xué)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(biāo)探討 J#.輕金屬. (2):21-24. 赤泥細(xì)化嚴(yán)重,赤泥沉降性能差等難題。 結(jié)論 )本文提出的強(qiáng)化石灰燒結(jié)法不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法,強(qiáng)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(zhǎng)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(shí) 驗(yàn)的熟料中的主要物相為鋁酸一鈣(CaO!Al2O3)和鈣鋁黃長(zhǎng)石(2CaO!Al2O3!SiO2);實(shí)驗(yàn)的赤泥中的主要物相為鈣鋁黃長(zhǎng)石(2CaO!Al2O3!SiO2)。 )強(qiáng)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(dá)到了47.33%~55.83%,赤泥中的氧化鋁含量?jī)H為8.71%~14.6%,熟料氧化鋁溶出率最佳達(dá)到了82.8%,得到了較好的溶出率,說(shuō)明用強(qiáng)化石灰燒結(jié)法處理中等品位鋁土礦是可行的。 )強(qiáng)化石灰燒結(jié)法燒結(jié)熟料的溶出性能較好, (責(zé)任編輯 張文軍) (上接第13頁(yè)) 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(shí),實(shí)際苛化率89.10%,符合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求;石灰乳添加流量過(guò)低,苛化率小,導(dǎo)致Na2CO3的損失;石灰乳添加流量過(guò)高,雖然可獲得較高的苛化率,但會(huì)使石灰乳浪費(fèi)及附加反應(yīng)導(dǎo)致氧化鋁損失,經(jīng)濟(jì)上不合算。因此,在生產(chǎn)實(shí)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(yīng)溫度 表3 反應(yīng)溫度變化對(duì)苛化率的影響 反應(yīng)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(yīng)溫度。 為獲得高的苛化率和好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),應(yīng)采取相應(yīng)的操作方法: )苛化原液Na2CO3濃度的控制范圍應(yīng)為160g/l~180g/l; )加強(qiáng)操作確保Na2CO3濾餅的含液率<35%; )嚴(yán)格控制石灰乳添加流量為理論值Q石的1.20倍; )苛化反應(yīng)溫度控制應(yīng)>95 。 參考文獻(xiàn): .083.286.087.488.189.190.0 表3數(shù)據(jù)顯示,苛化反應(yīng)溫度<95 時(shí),苛化率達(dá)不到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。在生產(chǎn)實(shí)踐中,苛化反應(yīng)溫度控制應(yīng)>95 。 1#楊重愚.輕金屬冶金學(xué) M#.北京:冶金工業(yè)出版社. 2#中鋁廣西分公司氧化鋁廠(chǎng)蒸發(fā)車(chē)間原始記錄表 Z#. 3#中鋁廣西分公司氧化鋁廠(chǎng)蒸發(fā)車(chē)間技術(shù)月報(bào) Z#. (責(zé)任編輯 張文軍) 結(jié)語(yǔ) 苛化率的影響因素:
河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�在山西境內(nèi)有大量的煅燒鋁礬土行業(yè)業(yè)績(jī)，塊狀煅燒和粉狀，細(xì)度有325、800、1000、1250目， 產(chǎn)量有50-500噸每天產(chǎn)能，可技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)沙鍪墼O(shè)備，產(chǎn)品。 河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�專(zhuān)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(yùn)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(dá)到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢(xún)18637113703(微信同號(hào))，華冠環(huán)保科技公司為您竭誠(chéng)服務(wù)，隨時(shí)歡迎前來(lái)參觀(guān)! 專(zhuān)業(yè)售后服務(wù)！
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