鋁土礦低鈣燒結(jié)熟料的浸出性能研究

喬曉靜，張念炳

（1．貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2．貴州師范大學(xué) 材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550014）

我國鋁土礦多為一水硬鋁石型，具有高鋁、高硅、低鐵、低鋁硅比的特點(diǎn)。用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)可采用燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)。與堿石灰燒結(jié)法［1-2］比較，石灰燒結(jié)法［3-5］具有原料來源廣泛、熟料不必配堿、碳分母液只在濕法階段循環(huán)的特點(diǎn)，而且可以采用能耗更低的干法燒結(jié)，赤泥不易細(xì)化，沉降性好并且可以回收利用。在石灰燒結(jié)法基礎(chǔ)上，研究了降低燒結(jié)過程中鈣的加入量制備低鈣熟料，然后從熟料中溶出氧化鋁。

1 試驗(yàn)部分

1．1 浸出原理

低鈣燒結(jié)法不同于傳統(tǒng)的石灰燒結(jié)法，其原理如下［6-7］：

燒結(jié)階段的主要反應(yīng)為

溶出階段的主要反應(yīng)為

可以看出，低鈣燒結(jié)法將鋁土礦中的氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁酸一鈣形式，也有少量鈣鋁黃長(zhǎng)石。常規(guī)堿石灰燒結(jié)和石灰燒結(jié)中的硅以原硅酸鈣形式存在，而原硅酸鈣中的硅在溶出過程中以硅酸鈉形式進(jìn)入溶液，需加鈣脫除，這一過程中有鋁以鈣硅渣形式進(jìn)入渣中，導(dǎo)致氧化鋁有損失，即“二次反應(yīng)”。而低鈣熟料由于沒有充足的鈣與硅反應(yīng)形成原硅酸鈣，鈣鋁黃長(zhǎng)石的出現(xiàn)以及對(duì)其含量的控制，可以有效控制溶出過程中硅的溶出量，進(jìn)而減弱甚至消除二次反應(yīng)［7］。

1．2 試驗(yàn)原料及儀器

試驗(yàn)原料為取自貴州鋁廠的鋁土礦，主要成分見表1。

表1 鋁土礦主要化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

試驗(yàn)儀器設(shè)備：馬弗爐（SX-08-16型），自動(dòng)控溫水浴，試驗(yàn)室常用分析儀器。

1．3 試驗(yàn)方法

氧化鈣和氧化鋁按物質(zhì)的量比1∶1混勻，放入剛玉坩堝中，在溫度1 300℃下燒結(jié)30min，得到燒結(jié)熟料。熟料中的主要物相為鋁酸一鈣（CaO·Al2O3），也有少量鈣鋁黃長(zhǎng)石（2CaO·Al2O3·SiO2）相存在。用一定量 Na2CO3和NaOH配制調(diào)整液，并加熱到設(shè)定溫度，再加入一定量熟料浸出氧化鋁。浸出過程中不斷攪拌，一定時(shí)間后真空抽濾，濾渣洗滌后放入烘箱中干燥、稱重。分別對(duì)熟料和赤泥中的Al2O3進(jìn)行分析，計(jì)算氧化鋁浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1 液固體積質(zhì)量比對(duì)氧化鋁浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度80℃，浸出時(shí)間30 min，碳?jí)A質(zhì)量濃度120g／L，苛性堿質(zhì)量濃度60 g／L。液固體積質(zhì)量比對(duì)氧化鋁浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 液固體積質(zhì)量比對(duì)氧化鋁浸出率的影響

由圖1看出，氧化鋁浸出率隨液固體積質(zhì)量比增大而增大。液固體積質(zhì)量比增大，體系中有足夠的堿與固體反應(yīng)，但液體循環(huán)量增大，不利于后續(xù)工序處理。所以，在后續(xù)試驗(yàn)中，液固體積質(zhì)量比控制在10∶1。

2．2 碳?jí)A質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度80℃，浸出時(shí)間30 min，液固體積質(zhì)量比10∶1，苛性堿質(zhì)量濃度60 g／L。碳?jí)A質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 碳?jí)A質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響

由圖2看出：隨碳?jí)A質(zhì)量濃度增大，氧化鋁浸出率增大；碳?jí)A質(zhì)量濃度為140g／L時(shí)，氧化鋁浸出率達(dá)最大；碳?jí)A質(zhì)量濃度再增大，雖反應(yīng)速度加快，但有大量的碳酸鈣生成，傳質(zhì)阻力增大，氧化鋁浸出率降低。綜合考慮，碳?jí)A質(zhì)量濃度以140 g／L為宜。

2．3 苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度80℃，浸出時(shí)間30 min，液固體積質(zhì)量比為10∶1，碳?jí)A質(zhì)量濃度140 g／L。苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)氧化鋁浸出率的影響

由圖3看出：隨苛性堿質(zhì)量濃度增大，氧化鋁浸出率升高；苛性堿質(zhì)量濃度為50g／L時(shí)，氧化鋁浸出率達(dá)最大，之后又逐漸降低。綜合考慮，確定苛性堿質(zhì)量濃度以50g／L為最佳。

2．4 浸出溫度對(duì)氧化鋁溶出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出時(shí)間30min，液固體積質(zhì)量比為10∶1，碳?jí)A質(zhì)量濃度140g／L，苛性堿質(zhì)量濃度50g／L。溫度對(duì)氧化鋁浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對(duì)氧化鋁浸出率的影響

由圖4看出：隨浸出溫度升高，氧化鋁浸出率增大；浸出溫度達(dá)85℃后，氧化鋁浸出率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闇囟冗^高時(shí)，反應(yīng)速度加快，有大量碳酸鈣生成，傳質(zhì)阻力增大，不利于浸出反應(yīng)發(fā)生。因此，選擇在85℃下浸出氧化鋁。

2．5 浸出時(shí)間對(duì)氧化鋁浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度85℃，液固體積質(zhì)量比10∶1，碳?jí)A質(zhì)量濃度140g／L，苛性堿質(zhì)量濃度50g／L。浸出時(shí)間對(duì)氧化鋁浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出時(shí)間對(duì)Al2O3浸出率的影響

由圖5看出：隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，氧化鋁浸出率增大；浸出70min后，氧化鋁浸出率增大不明顯，表明此時(shí)反應(yīng)已基本達(dá)到平衡，再延長(zhǎng)浸出時(shí)間已無意義。試驗(yàn)確定適宜的浸出時(shí)間為70min。

2．6 浸出赤泥的物相分析

對(duì)上述最佳條件下的浸出赤泥進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果表明，赤泥中僅有少量鈣鋁黃長(zhǎng)石（2CaO·Al2O3·SiO2）和鋁酸一鈣。熟料的溶出性能較好，二次反應(yīng)得到極大減弱。

3 結(jié)論

鋁土礦經(jīng)低鈣燒結(jié)，可獲得優(yōu)質(zhì)燒結(jié)熟料。在浸出溫度85℃、液固體積質(zhì)量比為10∶1、碳?jí)A質(zhì)量濃度為140g／L、苛性堿質(zhì)量濃度為50 g／L、浸出時(shí)間為70min條件下，燒結(jié)熟料中的氧化鋁浸出率可以達(dá)到87．3%，浸出效果較好。

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［2］李小斌，劉祥民，劉桂華，等．強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁新工藝的研究與實(shí)踐［J］．中國有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14（6）：1031-1036．

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［4］黎志英，張念炳，肖瑋，等．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［J］．輕金屬，2009（12）：14-17．

［5］張佼陽，童軍武，孫培梅．從煤矸石中提取氧化鋁熟料燒成過程工藝研究［J］．濕法冶金，2011，30（4）：316-319．

［6］黎志英，張念炳，喬曉靜．從合成的CaO·2Al2O3中浸出氧化鋁［J］．濕法冶金，2013，32（3）：165-171．

［7］張念炳，黎志英，劉衛(wèi)，等．強(qiáng)化石灰燒結(jié)法中硅的行為研究［J］．輕金屬，2010（7）：15-19．