幾內亞某鋁土礦溶出工藝選擇探討

姜躍華，張正勇

(沈陽鋁鎂設計研究院有限公司,遼寧 沈陽 110001)

目前國內氧化鋁企業對外鋁土礦依存度超過50%,各氧化鋁企業采用的進口鋁土礦來源廣泛,以幾內亞、澳大利亞、印尼等為主。國外鋁土礦多為三水鋁石或三水/一水軟混合型礦石,礦石物相組成及反應特點與國內一水硬鋁石不同[1-3]。不同國家進口的鋁土礦物相也不同,需要設計人員根據礦石特點確定氧化鋁生產工藝參數。本文通過實驗研究幾內亞某鋁土礦化學成分,物相組成,溶出溫度對溶出液αk、脫硅過程水解和沉降效果的影響等,探討經濟處理進口鋁土礦的溶出工藝,為合理有效利用國外鋁土礦提供依據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗原料

礦樣來自幾內亞某鋁土礦礦區,為三水鋁石/一水軟鋁石伴生礦。溶出實驗所用的循環母液在實驗室配制。

1.2 實驗方法

溶出實驗采用裝置為150/6型熔鹽/油浴加熱爐,內裝6個溶出鋼彈,加熱介質為熔鹽或油浴(150 ℃為油浴,200 ℃以上為熔鹽加熱),控溫精度為±1 ℃,鋼彈轉速為48 rpm,鋼彈中的物料在不斷翻轉的過程中實現均勻反應。達到實驗溫度后開始保溫,保溫至所需時間后取出并快速冷卻,冷卻后的料漿進行固液快速分離,用98 ℃以上的熱水洗滌并快速過濾赤泥,然后分析液相和固相成分。

稀釋脫硅實驗時,溶出后礦漿快速冷卻至98 ℃,轉入水浴加熱器采用磁力攪拌不同時間后,測定溶液成分。

1.3 XRF, XRD和LOI

化學成分采用美國熱電ARL PERFORM'X 4200 X熒光射線分析儀(XRF),灼減(LOI)使用馬弗爐煅燒測定,物相采用日本島津XRD-7000 X 射線衍射分析儀(XRD)。

2 結果與討論

2.1 化學成分及物相組成

將烘干后的礦石先用鄂式破碎機進行破碎,均勻混合后采用四分法取樣,然后進行多次縮分,縮分后礦石再用盤式制樣機粉磨過篩。礦樣成品用于化學、物相分析和后續實驗。化學成分分析結果見表1,XRD圖譜見圖1,根據XRF和XRD結果計算出物相組成見表2。

表1 礦樣化學成分 %

表2 礦樣主要物相成分 %

由圖1可以看出,XRD譜圖中觀察到明顯的三水鋁石特征峰,也檢測到一水軟鋁石特征衍射峰,表明該礦樣為三水鋁石/一水軟鋁石伴生礦石,其中三水鋁石60.7%、一水軟鋁石3.79%、高嶺石0.59%、石英2.52%、鋁針鐵礦18.86%、赤鐵礦9.99%。

圖1 礦樣XRD圖譜

表3列出了鋁在不同礦物中的分布,三水鋁石、一水軟鋁石和鋁針鐵礦中氧化鋁分別為40.91%、3.06%、1.23%,其中一水軟鋁石和鋁針鐵礦中的氧化鋁只能在高溫條件下溶出[4]。

2.2 溶出溫度對溶出αk影響

在實驗堿濃度C(Na2CO3計)=250 g/L條件下,研究溶出溫度150 ℃和250 ℃對溶出液αk的影響實驗,結果見圖2。當配料αk為1.44,溶出液αk等于配料αk,隨著加礦量逐步增多,溶出率逐漸降低,溶出液αk逐漸高于配料值,150 ℃時溶出液αk偏離配料值較明顯。溶出溫度150 ℃時,如要保證溶出率>98%,溶出αk應選擇大于1.37;溶出溫度250 ℃時,如要保證溶出率>98%,溶出αk應選擇大于1.32,造成這一現象的原因是由于一水軟鋁石反析出所致。

圖2 不同溶出溫度對溶出αk和溶出率的影響

工程設計中,溶出液αk選擇不但要考慮溶出率,還需要滿足分解條件,如采用250 ℃溶出,精液過飽和度為28%,不利于種子附聚,進而影響產品質量。對于本礦石來講,繼續提高溶出溫度至270 ℃左右,可進一步降低溶出液αk,提高精液過飽和度。

2.3 溶出溫度對硅量指數影響

工程設計中對于低活性硅礦石往往設置稀釋脫硅流程,來滿足精液硅量指數要求[5]。因本礦石低溫活性硅低于1%,150 ℃溶出液硅量指數～125。研究了稀釋脫硅停留時間對溶出液αk和溶液硅量指數的影響,結果如圖3和4所示,隨著停留時間延長,150 ℃溶出液αk逐漸升高,而溶液硅量指數固定在～125;250 ℃溶出液αk在前2 h內基本不變,溶液硅量指數隨停留時間延長增加不明顯。

圖3 脫硅停留時間對溶液αk和硅量指數的影響(150℃)

圖4 脫硅停留時間對溶液αk和硅量指數的影響(250℃)

結果表明,隨著脫硅時間延長,低溫條件下未溶出的一水軟鋁石作為種子,造成稀釋脫硅過程水解嚴重。溶出赤泥XRD也發現,150 ℃稀釋脫硅赤泥中有明顯的三水鋁石和一水軟鋁石衍射峰,而250 ℃稀釋脫硅赤泥中沒有觀察到明顯的三水鋁石衍射峰。由此可見,稀釋脫硅可以不同程度的造成水解,對于含有一水軟鋁石混合型鋁土礦,不宜采用稀釋脫硅流程,可通過提高溶出溫度,或延長溶出停留時間,提高溶出液硅量指數。

2.4 溶出溫度對沉降的影響

圖5為不同溫度對沉降速度的影響,從圖5中發現礦石的赤泥沉降速度在250 ℃比150 ℃有所提高,但隨著絮凝劑用量加大,可消除溶出溫度帶來的影響,這可能是因為在250 ℃針鐵礦開始向赤鐵礦轉變,如繼續提高溶出溫度至270 ℃左右可進一步改善沉降效果。

圖5 不同溫度對沉降速度的影響

3 結 論

(1)溶出溫度對溶出αk有顯著影響,同等溶出率>98%條件下,溶出αk從150 ℃時1.37降低到250 ℃時1.32,此時精液過飽和度為28%,仍需進一步提高溶出溫度,使精液過飽和度滿足附聚條件,以便生產出合格的砂狀氧化鋁。

(2)礦石物相組成對溶出工藝選擇有較大影響,對于三水/一水軟鋁石混合型礦石來講,應通過實驗充分評估一水軟鋁石對溶出、脫硅和水解的影響。

(3)如采用高溫溶出,在同等脫硅效果下,可適當縮短溶出停留時間,降低石英反應率。如270 ℃+10 min石英反應率為53%,低于250 ℃+30 min時的62%,工程設計中應通過實驗,綜合分析溶出率、脫硅效果和石英反應率,設定合理的停留時間。