某高鐵鋁土礦石焙燒—磁選脫鐵產(chǎn)物的堿浸—深度脫硅試驗(yàn)

梁文娟 鄧博納 葉 青 歐陽學(xué)臻 余俊杰

（中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長沙410083）

高鐵三水鋁石型鋁土礦石通常具有高鐵、高硅、低鋁、低鋁硅比的特點(diǎn)。廣西貴港地區(qū)的三水鋁石型鋁土礦是我國目前發(fā)現(xiàn)的最大的高鐵三水鋁石型鋁土礦礦床，已探明礦石儲量達(dá)2億t。礦區(qū)礦石Al2O3、Fe2O3、SiO2和H2O總含量約占95%，此外，礦石中還含有一定量的鈦、錳、鉀、釩、鎵等元素［1-2］。

鋁鐵分離的傳統(tǒng)工藝有物理選礦、冶煉等，而該高鐵鋁土礦石中，鋁、鐵、硅礦物共生關(guān)系緊密，嵌布粒度微細(xì)，且存在鋁、鐵類質(zhì)同象現(xiàn)象［1-3］，上述工藝并不能有效實(shí)現(xiàn)鋁鐵分離。針對該礦石的特點(diǎn)，中南大學(xué)提出了“鈉化還原焙燒—酸浸”工藝［4-6］。該工藝克服了傳統(tǒng)選冶工藝處理高鐵鋁土礦的缺點(diǎn)，工藝實(shí)施難度小，還原焙燒溫度低、耗能少，但還原焙燒中加入的鈉鹽量較大，會增大后續(xù)酸浸的耗酸量，并且后續(xù)需有鈉鹽回收工藝。

針對上述問題，課題組提出了“鈉化還原焙燒—磨礦—弱磁選—堿浸—深度脫硅—鋁酸鈉結(jié)晶”工藝，利用鈉化還原焙燒，促進(jìn)鐵晶粒的長大，再經(jīng)過磨礦、弱磁選工藝將金屬鐵富集于磁選精礦中，實(shí)現(xiàn)鋁、鐵分離［5-7］；然后對弱磁選尾礦（富鋁渣）進(jìn)行堿浸—深度脫硅，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋁硅分離。礦石中的稀散金屬則主要富集在金屬鐵粉中，從而實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。

本文將重點(diǎn)介紹全工藝流程中堿浸與深度脫硅作業(yè)的工藝參數(shù)研究情況。

1 試驗(yàn)原料

廣西貴港某高鐵三水鋁石型鋁土礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，XRD圖譜見圖1。

由表1可知，試驗(yàn)原料鐵含量較高，達(dá)31.76%，Al2O3和SiO2含量分別為21.33%和7.09%，鋁硅比為3.01，屬典型的高鐵、低鋁、高硅、低鋁硅比的鋁土礦石；礦石中的鈦、錳、鎵、釩等金屬元素具有綜合回收價(jià)值；礦石中的有害雜質(zhì)元素硫、砷等含量均較低，不影響氧化鋁生產(chǎn)和煉鋼過程。

為了探明礦石的物相組成，采用X射線衍射技術(shù)對上述高鐵鋁土礦的物相組成進(jìn)行了檢測，其物相組成如圖1所示。

由圖1可知，礦石中主要含有三水鋁石、針鐵礦、赤鐵礦、高嶺石等物相。

2 試驗(yàn)工藝技術(shù)路線

試驗(yàn)工藝技術(shù)路線見圖2。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 富鋁渣的成分

研究團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)的工作已確定了該原料的提鐵方案［4-5］，該方案產(chǎn)生的富鋁渣的主要化學(xué)成分見表2。

3.2 堿浸制度對提鋁效果的影響

富鋁渣提鋁在硅油高壓反應(yīng)釜（電加熱，溫度調(diào)節(jié)范圍為0～280℃）中進(jìn)行，浸出劑為氫氧化鈉溶液［8-9］。

3.2.1 初始堿濃度的影響

初始堿濃度（以Na2O的量計(jì)，下同）對浸出率影響試驗(yàn)的浸出溫度為240℃，液固比為10 mL/g，浸出時(shí)間為2 h，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3表明，隨著初始堿濃度的增大，鋁的浸出率小幅增大；硅的浸出率呈先慢后快的上升趨勢，當(dāng)初始堿的濃度超過400 g/L后，硅的浸出率上升加速；鐵的浸出率上升。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)鐵的溶出會影響后續(xù)鋁酸鈉的結(jié)晶，所以要盡量控制鐵的溶出。因此，應(yīng)在保證鋁浸出率的前提下，盡量降低硅、鐵的浸出率［10-13］。綜合考慮，確定初始堿濃度為200 g/L，對應(yīng)的鋁、硅、鐵浸出率分別為62.78%、9.74%、12.75%。

3.2.2 浸出溫度的影響

浸出溫度對浸出率影響試驗(yàn)的初始堿濃度為200 g/L，液固比為10 mL/g，浸出時(shí)間為2 h，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4表明，隨著浸出溫度的升高，鋁的浸出率緩慢上升；鐵的浸出率上升較明顯；硅的浸出率小幅上升。綜合考慮，確定浸出溫度為220℃。

3.2.3 浸出時(shí)間的影響

浸出時(shí)間對浸出率影響試驗(yàn)的初始堿濃度為200 g/L，液固比為10 mL/g，浸出溫度為220℃，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5表明，隨著浸出時(shí)間的延長，鋁、硅、鐵的浸出率均增大。綜合考慮，確定浸出時(shí)間為1.0 h，對應(yīng)的浸出率分別為60.51%、6.12%、5.82%。

3.3 深度脫硅試驗(yàn)

堿浸后的鋁酸鈉溶液中含有少量的硅和鐵，會影響后續(xù)鋁酸鈉結(jié)晶，因此，需進(jìn)行深度脫硅。二次脫硅以CaO為脫硅劑，考察CaO添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對脫硅的影響［10，14-15］。

3.3.1 CaO添加量試驗(yàn)

CaO添加量試驗(yàn)的反應(yīng)溫度為80℃，脫硅時(shí)間為2 h，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，CaO可以有效脫除鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)硅，隨著CaO添加量的增加，脫硅率逐漸增大，脫硅效果越好。當(dāng)CaO的質(zhì)量增加到2 g/L后，硅的脫除率達(dá)到90.34%。綜合考慮，確定CaO添加量為2 g/L。

3.3.2 反應(yīng)溫度試驗(yàn)

反應(yīng)溫度試驗(yàn)的CaO用量為2 g/L，脫硅時(shí)間為2 h，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，隨著溫度的升高，脫硅率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)溫度達(dá)80℃時(shí)，脫硅率達(dá)到90.34%。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，脫硅率略下降。王雅靜［16-17］等認(rèn)為，溫度升高，溶液體系表面張力下降，而且Al—O—Si鍵更容易轉(zhuǎn)換成Al—O—Al鍵，所以脫硅效果更加明顯；溫度過高，溶液黏度不發(fā)生明顯變化，而脫硅產(chǎn)物水化石榴石的溶解度隨溫度的升高而增大，所以脫硅率出現(xiàn)略下降趨勢。因此，確定反應(yīng)溫度為80℃。

3.3.3 反應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)

反應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)的CaO用量為2 g/L，脫硅溫度為80℃，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，脫硅率先上升后下降。反應(yīng)時(shí)間過長，脫硅率下降可能是因?yàn)槊摴璁a(chǎn)物水化石榴石部分溶解造成的。綜合考慮，確定脫硅時(shí)間為2 h，對應(yīng)的脫硅率達(dá)90.34%。

4 結(jié)論

（1）廣西貴港某高鐵三水鋁石型鋁土礦石鐵含量達(dá)31.76%，Al2O3和SiO2含量分別為21.33%和7.09%，鋁硅比為3.01，屬典型的高鐵、低鋁、高硅、低鋁硅比的鋁土礦石，其中的主要礦物有三水鋁石、針鐵礦、赤鐵礦、高嶺石等。礦石中的鈦、錳、鎵、釩等金屬元素具有綜合回收價(jià)值，有害雜質(zhì)元素硫、砷等含量均較低，不影響氧化鋁生產(chǎn)和煉鋼過程。

（2）在富鋁渣的堿浸過程中，隨著堿初始濃度的增大、浸出溫度的升高、浸出時(shí)間的延長，鋁、硅、鐵的浸出率均呈不同程度的上升趨勢。堿濃度為200 g/L、浸出溫度為220℃、浸出時(shí)間為1.0 h情況下的鋁、硅、鐵浸出率分別為60.51%、6.12%、5.82%。

（3）在深度脫硅過程中，隨著CaO添加量的增加，脫硅率逐漸增大；隨著溫度的升高，脫硅率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，脫硅率先上升后下降。在CaO添加量為2 g/L，反應(yīng)溫度為80℃，脫硅時(shí)間為2 h情況下，硅的脫除率達(dá)90.34%。