1、中低品位高硫铝土矿焙烧脱硅研究谢振山 1,2，李军旗 1,2，陈朝轶 1,2，兰苑培 1,2（1.贵州大学 材料与冶金学院，贵阳 550025；2.贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵阳 550025）摘要：采用“闪速焙烧碱溶”工艺对某中低品位铝土矿脱硅，考察了焙烧温度、脱硅液固比、碱浓度、脱硅温度、脱硅时间对 SiO2 脱除率和 Al2O3 损失率的影响。结果表明，最佳单因素条件为：焙烧温度 1 000 、脱硅液固比 L/S=101、碱浓度 NK=110 g/L、脱硅温度 95 、脱硅时间 20 min，最佳条件下 SiO2 脱除率在 46%以上，Al 2O3 损失率低于 3%，A/S 由
2、焙烧矿的 4.3 提高到铝精矿的 8.4。该方法可应用于拜耳溶出生产。关键词：闪速焙烧；高硫铝土矿；脱硅中图分类号：TF821 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）07-0000-00Research on Flash Roasting Alkali Dissolving Desilication of Low Grade High-sulfur BauxiteXIE Zhen-shan1,2, LI Jun-qi1,2, CHEN Chao-yi1,2, LAN Yuan-pei1,2(1. College of Materials and Metallurgy, Gui
3、zhou University, Guiyang 550025, China;2. Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy Saving, Guiyang 550025, China)Abstract：“Flash-roasting - alkali dissolving desilication“ method was applied to treat low-grade high-sulfur bauxite. Effects of flash roasting temp
4、erature, L/S, alkali concentration, desilication temperature, and desilication time on removal rate of SiO2 and loss rate of Al2O3 were investigated. The results show that removal rate of SiO2 is 46% above, loss rate of Al2O3 is 3% below, and A/S ratio rises from 4.3 in roasted ore to 8.4 in aluminu
5、m concentrate under the optimum conditions including flash roasting temperature of 1 000 , L/S=101, alkali concentration of NK=110 g/L, desilication temperature of 95 , and desilication time of 20 min. This process can be applied to Bayer dissolution production.Key words：flash roasting; high-sulfur
6、bauxite; desilication我国近年来氧化铝产能占据全球的 25%1，铝土矿的对外依存度高达 56%，铝土矿资源成为制约我国铝工业发展的瓶颈 2-3。我国近 90%铝土矿资源属于一水硬铝石型，硫含量大于 0.7%的高硫铝土矿约占一水硬铝石型总资源的 14%4-6，在我国的高硫矿中， 42.8%的中低品位（A/S=35 ）高硫高硅铝土矿基本处于未开采未利用状态 7-8，而且拜耳法要求铝土矿 A/S79。目前针对中低品位铝土矿通过脱硅提高铝硅比以适应拜耳溶出有大量研究，主要分为生物脱硅 10-12、物理脱硅 13-15、化学脱硅 16-18。但生物脱硅的脱硅速度慢且周期长，目前难于在
7、工业生产中应用。物理脱硅需添加大量有机药剂，有机试剂进入拜耳系统会影响后续生产，且铝的回收率较低。化学法脱硅主要是将矿石在高温下进行焙烧，矿石中的含硅矿物(主要是高岭石) 在高温条件下可以分解，将分解后的矿石利用一定浓度的碱溶液进行溶出，矿石中分解产生的二氧化硅在碱液的作用下优先溶出，从而达到脱硅的目的 19-20，但该工艺焙烧条件严格，需要高浓度的碱液，高液固比脱硅处理，目前工业应用尚未扩大推广。本文结合现有研究，采用“闪速焙烧碱溶”技术，对某中低品位铝土矿进行脱硅试验，采用单因素试验探究焙烧温度、液固比、苛碱浓度、温度对脱硅效果的影响。1 试验部分1.1 试验原料试验原料为某地区的一种中低
8、品位铝土矿，经破碎、球磨，-0.074 mm 占比 75.3%，主要成分（%）：Al2O3 53.16、SiO 2 13.21、TiO 2 3.33、TFe 10.79、S T 2.36，A/S=4.02 。后经不同温度闪速焙烧得焙烧矿，其成分如表 1 所示，氢氧化钠为分析纯，试验用分析试剂均为分析纯。收稿日期：2018-02-03基金项目：国家自然科学基金资助项目(51774102 ，51574095，51664005) ；贵州省教育厅项目（黔教合 KY 字2015334 号）；贵州省校合作项目（黔科合 LH 字20147609）作者简介：谢振山（1993-），男，湖南衡东人，硕士研究生；通
9、信作者：李军旗（1962- ），男，江西安福人，博士，教授，博士生导师.doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .07.004表 1 不同温度焙烧矿的成分Table 1 Chemical composition of bauxite under different roasting temperature焙烧温度/ Al2O3/% SiO2/% TFe/% TiO2/% A/S600 59.95 14.3 11.27 3.76 4.18700 60.40 14.3 11.48 3.82 4.23800 61.29 14.4 11.78 3.94 4.27900 61
10、.29 14.4 12.26 3.96 4.271 000 63.38 14.8 12.44 4.04 4.291.2 试验设备752 型紫外-可见分光光度计、 AR1140/C 分析天平、WT50002CF 型电子天平、油浴锅、球磨机、SHB-循环水式多用真空泵、202-ABS 型电热恒温鼓风干燥箱、MXQ1100 型马弗炉、50 mL 银坩埚等。1.3 试验操作配制氢氧化钠脱硅碱液，量取碱液于干燥的带塞锥形瓶中，加入磁子，加热到试验温度，称取 20 g 铝土矿加入锥形瓶中，开始计时，一定时间后取出趁热抽滤、洗涤，固液分离后得滤液和精矿，滤液稀释定容到 1 L 容量瓶后取液分析苛性碱、全碱、
11、氧化铝；精矿置于电热恒温鼓风干燥箱 95 干燥 24 h 后，称重、研磨，称取 0.2 g 矿样于银坩埚中加入氢氧化钠焙烧熔融，制样分析其化学成分及含量。1.4 试验分析与计算脱硅滤液的苛性碱、全碱、氧化铝浓度，精矿的 Al2O3 含量均采用 EDTA 络合滴定法，脱硅滤液和精矿中 SiO2 采用硅钼蓝分光光度法。SiO 2 脱除率和 Al2O3 损失率按照焙烧矿与原矿中的含量进行计算。2 试验结果与分析2.1 焙烧温度的影响矿样在 Nk=110 g/L、L/S=81（mL/g，下同）、温度 95 、时间 20 min 条件下脱硅，结果如图 1 所示。由图 1 可知，原矿和 600 焙烧矿的脱
12、硅率在 5%以下且基本不变，氧化铝损失率低均在 3%以下但有所提高，6001 000 脱硅率随着焙烧温度增高由 4.9%增至 37.5%，氧化铝损失率在 700 时达到最大值 3.8%，随后又逐步降低至 2.2%。这可能是由于一水硬铝石与高岭石热分解发生脱水以及晶型转变产生的，随着焙烧温度的提高首先一水硬铝石在较低焙烧温度脱水生成 ， -Al2O3，但随着温度提高， ， -Al2O3 转化为 -Al2O3。高岭石在 700 时发生脱水反应转变成偏高岭石(Al 2O32SiO2)，使硅在碱溶脱硅过程中具有一定活性。随着温度升高，偏高岭石在热的活化作用下晶格变化，硅的活性增加，到 990 时偏高岭
13、石分解不定型 SiO2，脱硅效果进一步提高。但温度过高会使 Al2O3 钝化( 不利于拜耳溶出)，使 SiO2 晶体结构趋于完整(不利于脱硅)，所以选取SiO2 的脱除率较佳且 Al2O3 损失率较低的 1 000 为焙烧温度 16,18。0506070809010510152025303540 SiO2脱 除 率Al23损 失 率焙 烧 温 度 /SiO脱除率/%12345Al2O3损失率/%图 1 焙烧温度对 SiO2 脱除率及 Al2O3 损失率的影响Fig.1 Effect of flash roasting temperature on SiO2 removal rate and A
14、l2O3 loss rate2.2 液固比的影响图 2 为液固比对碱溶脱硅的影响，随着液固比的增加，SiO 2 脱除率和 Al2O3 损失率均增加，L/S=4115 1 时，脱硅率由 32.3%增加到 50.2%，Al 2O3 损失率由 1.9%增加到 3.9%，但在 L/S=81101时，SiO 2 脱除率由 37.5%增加到 46.1%，而 Al2O3 损失率增加但均在 2.5%以下，在 L/S=101121 时，SiO 2脱除率基本增加趋于平缓，而 Al2O3 损失率迅速由 2.3%增至 3.4%，液固比增加到 L/S=151 时，SiO 2 脱除率为 50.1%，Al 2O3 损失率增
15、加至 3.9%。原因可能是，随着液固比的增加，溶液固含量降低、黏度降低、苛碱的量增加，均有利于脱硅。但闪速焙烧矿活性 SiO2 的量一定，高液固比时活性 SiO2 趋于完全脱除，但液固比增加，溶液中苛碱量增加，脱除硅的同时也会增加部分活性 Al2O3 的损失，导致 Al2O3 损失率增加，不利于氧化铝回收，且液固比增大工业应用成本也会增加，所以试验选取液固比 L/S=101。4:16:18:110: 12: 15:202530354045505 SiO2脱 除 率Al23损 失 率液 固 比SiO2脱除率/%12345Al2O3损失率/%图 2 液固比 L/S 对 SiO2 脱除率及 Al2O
16、3 损失率的影响Fig.2 Effect of L/S on SiO2 removal rate and Al2O3 loss rate2.3 苛碱浓度的影响由图 3 可知，苛碱浓度在 90110 g/L 之间时，SiO 2 脱除率由 27%增至 46.1%，而 Al2O3 损失率由 0.3%增加至 2.3%，碱液浓度的提高增加了 OH-离子浓度，有利于活性 SiO2 脱除，在 110150 g/L 区间，SiO 2 脱除率基本保持不变，均在 46%左右，而 Al2O3 损失率进一步增加至 3.5%，不利于氧化铝回收。由于脱硅溶液中硅酸钠趋于饱和，且碱浓度增大使得工业成本增加，因此试验选取 1
17、10 g/L 作为最佳碱浓度。90101012013014015020253035404550 SiO2脱 除 率Al23损 失 率苛 碱 浓 度 /(gL-1)SiO2脱除率/% 012345Al2O3损失率/%图 3 碱浓度对 SiO2 脱除率及 Al2O3 损失率的影响Fig.3 Effect of alkali concentration on SiO2 removal rate and Al2O3 loss rate2.4 脱硅温度的影响图 4 表明，SiO 2 脱除率由碱溶温度 8595 的 43.6%升高至 46.5%，95100 基本保持在 46.5%左右，到105 时降低至
18、43.9%；而 Al2O3 损失率缓慢增加至 2.3%，95105 由 2.3%增加至 5.8%。可能是由于溶液随着温度的升高黏度降低，有利于离子在溶液中扩散 21，有利于溶液脱硅反应，但温度到沸点时，溶液蒸发迅速，液固比降低不利于脱硅反应，温度升高增强氧化铝在碱液中溶解反应，增加氧化铝的损失率，不利于脱硅反应。综合脱硅效果和氧化铝回收率，试验选取较佳脱硅温度为 95 。8590951010540424464850 SiO2脱 除 率 Al23损 失 率脱 硅 温 度 /SiO2脱除率/% 246Al2O3损失率/%图 4 脱硅温度对 SiO2 脱除率及 Al2O3 损失率的影响Fig.4 I
19、nfluence of temperature on SiO2 removal rate and Al2O3 loss rate2.5 脱硅时间的影响从图 5 可以看出，随着脱硅时间由 20 min 延长到 120 min 的过程中，SiO 2 脱除率由 46.1%增加到53.9%， Al2O3 损失率由 2.6%增加至 6.9%，延长脱硅时间有利于脱硅率的增长，但延长脱硅时间会导致 Al2O3损失率增加，不利于氧化铝的回收 22。由于铝土矿碱溶脱硅前期活性无定型二氧化硅比结晶不完整的氧化铝更易溶解于碱液中，同时延长脱硅时间会增加能耗和工业成本。所以试验选取 20 min 作为最佳脱硅时间。2
20、04060801012046485052 SiO2脱 除 率 Al23损 失 率脱 硅 时 间 /minSiO2脱除率/%234567Al2O3损失率/%图 5 脱硅时间对 SiO2 脱除率及 Al2O3 损失率的影响Fig.5 Influence of time on SiO2 removal rate and Al2O3 loss rate3 验证试验根据上述“闪速焙烧- 碱溶脱硅”各单因素试验结果，确定最佳试验条件为：焙烧温度 1 000 、液固比L/S=101、碱浓度 110 g/L、脱硅温度 95 、脱硅时间 20 min，在该条件下进行 3 组验证试验，得到 SiO2 脱除率分别为
21、 46.0%、46.5%、46.1%，Al 2O3 损失率分别为 2.6%、2.3% 、2.4%，与上述单因素试验结果吻合较好。脱硅后精矿 Al2O3 含量分别为 66.8%、66.3%、66.4% ，SiO 2 含量分别为 8.0、7.9、8.0，铝硅比 A/S 分别为8.4、8.4、8.3，均达到拜耳溶出的生产要求，可以进行拜耳溶出。4 结论1)高硫铝土矿“闪速焙烧碱溶脱硅”最佳试验条件为：焙烧温度 1 000 、液固比 L/S=101、碱浓度 110 g/L、脱硅温度 95 、脱硅时间 20 min，在该条件下，SiO 2 脱除率 46.3%，Al 2O3 损失率仅 2.4%。2)验证试
22、验结果表明，试验可重复性好，SiO 2 脱除率均在 46%以上，Al 2O3 损失率均在 3%以内，铝硅比A/S 在 8.4 左右，该铝精矿可用于拜耳溶出。参考文献1 中国产业信息网. 2017 年中国铝土矿行业发展概况分析EB/OL. 2018-01-20. http:/ 陈喜峰. 中国铝土矿资源勘查开发现状及可持续发展建议J. 资源与产业，2016，18(3)：16-22.3 杜五星，戴惠新，翟德平. 高硅铝土矿选矿脱硅的研究现状及进展 J. 轻金属，2016(11)：8-13.4 马智敏，陈兴华，王玉才，等. 铝土矿选矿脱硅技术研究现状及前景展望J. 矿产综合利用，2015(1)：1-6
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