添加剂对一水硬铝石矿增溶溶出过程的影响

 　　我国氧化铝生产所采用的矿石大多为一水硬铝石型。由于一水硬铝石较为稳定的晶格，因而其溶出条件较为苛刻，需要在高温、高碱及较长的溶出时间下才能进行，使得经济技术指标相对落后。强化拜耳法溶出是提高我国氧化铝生产技术经济指标的主要研究方向[1]。其途径之一是采用添加剂增溶溶出技术来处理我国的一水硬铝石矿[2]。　　增溶溶出技术[3-4]是将易溶出的铝土矿磨制成矿浆直接泵人拜耳法溶出系统的末级溶出器或料浆自蒸发器中，利用高温溶出矿浆的余热迅速升温溶出，进一步降低溶出液的分子比αk(溶出液中Na2Ok与A1203的摩尔比)，提高氧化铝的浸出率。　　国内对采用三水铝石矿和焙烧精矿作为添加剂的增溶溶出工艺的研究比较多[5-8]。但我国三水铝石矿匮乏，需要大量进口国外昂贵的三水铝石矿。而采用焙烧精矿作为添加剂又需要增加高温焙烧的能耗。将我国联合法工艺中的烧结法粗液直接进行深度碳分所得到粗氢氧化铝作为添加剂进行增溶溶出是一种经济有效的新工艺[9-10]。此方案既解决了添加剂原料供应的问题，又省去了烧结法中粗液脱硅等繁琐步骤，简化了联合法中能耗较高的烧结法部分，并同时具有增溶溶出的优点。　　本研究在拜耳法工艺的基础上，以深度碳分所得到的粗氢氧化铝和三水铝石矿作为添加剂进行了增溶溶出的对比实验，考察了增溶温度、添加剂添加量和增溶时间等因素对溶出效果的影响，同时对增溶溶出后的矿浆的沉降性能进行了研究。　　1  实  验　　1．1实验原料及方法　　实验所用一水硬铝石矿产地河南，所用矿石的化学成分组成(wt％)为：A1203 66．48、Si02 7．22、Fe2035．45、TiO23．59，灼减14．57；三水铝石矿为澳大利亚韦帕矿，所用矿石的化学成分组成(wt％)为：Al2O346．05、Si02 0．72、Fe203 25．73、Ti02 3．65，灼减23．86。粗氢氧化铝由烧结法粗液直接深度碳酸化分解所得。采用日本理学株式会社生产的D／MAX-RB型衍射仪对矿石进行了XRD分析，如图1和图2所示。用LEQ-SUPERA35型扫描电镜分析矿物的表面形貌，如图3所示。从图中可以看出，河南矿主要由结晶致密的一水硬铝石构成，这是它难浸出的主要原因。而碳分得到的Al(OH)3产品和三水铝石矿结晶不完善，比表面积大，在浸出时均具有较高的活性。　　溶出实验在WHFS-L型高压反应釜(山东威海自控反应釜有限公司制造)内进行。常规拜耳法采用工业生产中普遍采用的工艺条件：溶出温度260℃；保温时间40min；搅拌速度280r/min；石灰添加量(质量分数)为干矿量的7％。常规拜耳法溶出后降温至增溶温度，分别将三水铝石矿和Al(OH)3配成浆液，加入高压釜内进行增溶溶出实验。待实验完成后，将溶出矿浆抽滤，过滤分离溶出赤泥，然后分别测定其化学成分。　　根据下式[11]计算出不同条件下的矿石中氧化铝的浸出率η。　　2实验结果与讨论　　2．1  增溶温度对增溶溶出效果的影响　　温度是影响增溶溶出效果的重要因素。对于不同的添加剂来说，增溶温度对增溶溶出过程的影响并不相同。图4，图5为分别采用粗氢氧化铝和三水铝石矿为添加剂时，增溶温度对溶出效果的影响。由图可以看出，无论是以韦帕矿，还是以Al(OH)3作为添加剂，随着增溶温度的增加，η在不断增加，αk在不断的降低。以Al(OH)2作为添加剂，在220℃左右达到理论溶出率，相应的αk降到1．415左右；以韦帕矿为添加剂，在205℃就基本达到了理论溶出率，相应的αk也降低到1．39l。相比较而言，以韦帕矿为添加剂进行增溶溶出时，达到相同的溶出效果，所需要的增溶温度较低。但两者的η和αk相差不大。　　2．2增溶时间对溶出效果的影响　　增溶时间是保证添加剂充分溶出的重要因素。如果增溶时间不够长，会造成添加剂中的氧化铝不能被充分浸出，造成氧化铝的浸出率低。如果溶出时间太长，会增加氧化铝的生产周期，使氧化铝的产量下降。增溶时间对溶出效果的影响如图6、图7所示。从图中可以看出，随着增溶时间的增加，以韦帕矿为添加剂的η呈上升趋势，相应的αk逐渐降低，但是以 A1(OH)3为添加剂，当增溶时间超过20min时，αk略有升高，η略有降低。这是因为增溶时间超过20min，矿石中的氧化铝已基本溶出，随着时间的延长发生脱硅反应，使浸出率降低，相应的溶出液分子比升高。　　因此，若以Al(OH)3作为添加剂，增溶时间要控制在20min左右。从图中可以看出，在20min增溶时间内，以Al(OH)3为添加剂的增溶溶出效果与以韦帕矿为添加剂的增溶溶出效果并无明显差别。　　2．3添加剂添加量对溶出效果的影响　　一般来说，添加剂加入量的多少取决于加入点的温度，本研究以A1(OH)3为添加剂，增溶温度定为220℃，以韦帕矿为添加剂，增溶温度定为200℃，考察了添加剂的加入量对溶出效果的影响，如图8、图9所示。　　从图中可以看出，以A1(OH)3为添加剂进行增溶溶出，添加量超过12％时，η和αk基本变化不大；这与以韦帕矿为添加剂的增溶溶出效果明显不同。以韦帕矿为添加剂，随着矿石加入量的增加，氧化铝的溶出率急剧增加，相应的αk也在下降。综合考虑溶出效果，在本实验所用增溶温度下，Al(OH)3的加入量控制在12％～15％，从图中也可以看出，当添加剂加人量在12％～15％变化时，Al(OH)3的增溶溶出效果要优于三水铝石矿的增溶溶出效果。　　2．4增溶溶出对矿浆的沉降性能影响　　分别对常规拜耳法溶出矿浆、添加剂增溶溶出矿浆进行沉降性能研究(沉降实验均按干赤泥量0．2％添加A-10000工业絮凝剂)，赤泥沉降曲线如图10所示。由图可以看出，与常规拜耳法赤泥相比，添加剂增溶溶出赤泥沉降速度很大，其沉降曲线始终位于常规拜耳法溶出赤泥沉降曲线的下方。实验观察到，清液层的澄清度和测得的沉降层的压缩液固比与常规拜耳法赤泥相比均有极大改善。　　3结  论　　1)在传统的拜耳法的基础上，以添加剂增溶溶出技术处理我国的一水硬铝石矿，能够显著提高矿石中氧化铝的浸出率，降低溶出液αk，从而大幅节约能耗，提高拜耳法流程的循环效率。　　2)目前可以将我国联合法工艺中的烧结法粗液直接进行深度碳酸化分解所得到Al(OH)3代替三水铝石矿和焙烧精矿作为添加剂进行增溶溶出，研究表明：其溶出效果与以三水铝石矿为添加剂的溶出效果相差不大，完全满足工业生产的要求。其增溶溶出条件为：增溶温度210～220℃左右；增溶时间15～20min；添加剂加人量为常规拜耳法溶出时加人矿石量的12％～15％左右。此时能够达到较好的增溶溶出效果。　　3)与常规拜耳法溶出矿浆相比，添加剂增溶溶出矿浆具有优良的沉降性能，沉降速度和赤泥压缩性能均比拜耳法溶出矿浆要好，用增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿，对改善浆液沉降性能有利。