CN101397604A

CN101397604A - 高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法

Info

Publication number: CN101397604A
Application number: CNA2007101755032A
Authority: CN
Inventors: 张亦飞; 杨波; 张懿; 郑诗礼
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2007-09-30
Filing date: 2007-09-30
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2027-09-30
Also published as: CN101397604B

Abstract

本发明涉及铝土矿的高浓碱液浸取预脱硅方法，用该方法可以显著提高铝土矿品位，所得精矿可以用于拜尔法生产氧化铝工艺。本发明的高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法是在低于5个大气压下，优选为常压下，将铝土矿在高浓度碱液中进行浸出反应，控制初始碱浓度、温度、碱矿比、反应时间等条件，利用一水硬铝石和高岭石在不同反应条件下的溶解特性，预先脱除铝土矿中的主要杂质二氧化硅，实现铝土矿的预脱硅，提高中低品位铝土矿的铝硅比(A/S)；反应后浆液经液固分离，得到高品位精铝土矿，所得精铝土矿的铝硅比可以高达10以上。液相加入钠硅渣或赤泥废渣晶种搅拌结晶1～20小时，脱去其中大部分二氧化硅后，返回系统循环使用。

Description

高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法

技术领域

本发明涉及铝土矿的高浓碱液浸取预脱硅方法，用该方法可以显著提高铝土矿品位，所得精矿可以用于拜尔法生产氧化铝工艺。

背景技术

氧化铝的工业生产方法主要有拜尔法、联合法和烧结法。不同的生产方法要求的铝土矿的品位不同，铝土矿的铝硅比(A/S)在氧化铝生产中是一项很重要的指标，它关系到设备的生产能力、氧化铝回收率和原材料消耗量等。拜尔法要求铝土矿的A/S大于8～10，联合法要求5～7，烧结法则可处理A/S为3.5～5.0的铝土矿。我国铝土矿98％以上是含硅量高的一水硬铝石型铝土矿，目前国内使用这种铝土矿进行氧化铝工业生产，一般采用烧结法或混联法生产工艺，相比拜尔法，这些工艺流程长、能耗大、成本高，且产出赤泥量多，对环境造成的影响比较严重。因此，预先脱除矿石中部分SiO₂，提高铝土矿的铝硅比，不仅可以改善溶出与脱硅条件，而且有助于节省生产成本。与石灰拜尔法或选矿拜尔法相比，铝土矿预脱硅-拜尔法具有原料利用率高，介质可循环利用的特点。

但在传统拜尔法流程中，工艺碱液的浓度较低，用于预脱硅的效果难以达到对中低品位铝土矿预脱硅的要求。在铝土矿化学脱硅的研究中，主要应用NaOH浓度低于20wt％的稀碱溶液处理，常见的方法有焙烧—氢氧化钠溶出脱硅和氢氧化钠直接溶出—分选脱硅法，能耗较大，这些因素的存在均对工业应用提出了经济上的难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法，在短时间内脱除铝土矿内硅杂质，提高铝土矿铝硅比，效果显著。从而提高后续氧化铝生产中原料利用率，缩短工艺流程，降低生产能耗以及减少赤泥排放量等。为中低品位铝土矿的开发利用以及解决目前我国氧化铝生产流程复杂，能耗偏高的问题提出一条新途径。

本发明的高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法是在低于5个大气压下，优选为常压下，将铝土矿在高浓度碱液中进行浸出反应，控制初始碱浓度、温度、碱矿比、反应时间等条件，利用一水硬铝石和高岭石在不同反应条件下的溶解特性，预先脱除铝土矿中的主要杂质二氧化硅，实现铝土矿的预脱硅，提高中低品位铝土矿的铝硅比(A/S)；反应后浆液经液固分离，得到高品位精铝土矿，所得精铝土矿的铝硅比可以高达10以上。液相加入钠硅渣或赤泥废渣晶种搅拌结晶1～20小时，脱去其中大部分二氧化硅后，返回系统循环使用。

本发明的高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法包括以下步骤：

1)在低于5个大气压的压力下，优选为常压下，将粉碎的铝土矿置于反应釜中的重量百分比浓度为20％～50％的NaOH溶液中进行浸出反应，其中铝土矿与NaOH溶液的重量份配比为1∶2～1∶5，同时进行搅拌，使铝土矿与NaOH溶液充分接触；控制反应体系的温度为100～160℃；反应完毕，经固液分离分别得到含铝硅酸钠的碱溶液及精铝土矿；通过控制反应温度、反应时间等，实现矿种目标组分的溶出以及与一水硬铝石的分离；

2)向步骤1)得到的含铝硅酸钠的碱溶液中加入钠硅渣或赤泥废渣晶种进行碱液脱硅，形成硅铝酸钠，其中，钠硅渣或赤泥废渣晶种与含铝硅酸钠的碱溶液的重量份配比为1∶10～3∶10，于50～160℃结晶，脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1)循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

所述的NaOH溶液的重量百分比浓度优选为30％～50％。

所述的粉碎后的铝土矿的粒径是50～200目

步骤1)体系的反应时间为5～30分钟。

步骤2)于50～160℃结晶时间是1～20小时。

所得精铝土矿的铝硅比可以高达10以上，优选铝硅比是10～30。

本发明提供的高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法与国内外现有铝土矿预脱硅方法相比较，具有如下明显优越性：

(1)本发明与物理选矿脱硅法相比，摆脱了原料利用率低，产品品位难以保证的问题，氧化铝回收率达95％左右，所得精矿铝硅比可以高达10以上。

(2)本发明与其它化学选矿方法相比，不设焙烧，分选过程，设备投入减少，能耗大为降低；且不添加任何辅料，排渣量减少。

(3)本发明为低于5个大气压下或常压下反应，蒸汽能耗低；且反应条件温和，工业实施可操作性强。处理后精铝土矿可直接用于拜尔法生产铝土矿工艺。

(4)本发明涉及铝土矿预脱硅过程反应控制时间仅为5～30分钟，在极短时间内迅速提高铝土矿品位，使铝土矿的铝硅比由3～7提高到10以上，氧化铝回收率达95％左右，在脱硅速度及反应时间上是一大突破。

具体实施方式

实施例1.

以河南铝土矿区某综合矿样作原料进行铝土矿预脱硅的处理，此河南铝土矿原料组成(wt％)如下：

其处理步骤为：

1、将重量百分比浓度为40％的NaOH溶液于反应釜中升温至120℃，将120～200目的铝土矿与NaOH溶液混合，其重量份配比为铝土矿∶NaOH溶液＝1∶4。在常压下反应5分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精铝土矿的混合浆液，在100℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精铝土矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为22.6g/L，SiO₂含量为21.5g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入赤泥废渣，其重量份配比为赤泥渣∶含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在60℃条件下结晶20小时，此时液相Al₂O₃含量降为7.5g/L，SiO₂含量降为6.5g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、向步骤1所得精铝土矿中加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比为20.2，属于高品位铝土矿。

实施例2.

以山西阳泉铝土矿作原料进行铝土矿预脱硅的处理，山西阳泉矿原料的组成(wt％)如下：

其处理步骤为：

1、将重量百分比浓度为40％的NaOH溶液于反应釜中升温至120℃，将120～200目的铝土矿与NaOH溶液混合，其重量份配比为铝土矿∶NaOH溶液＝1∶4。在常压下反应5分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精铝土矿的混合浆液，在100℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精铝土矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为21.6g/L，SiO₂含量为20.9g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入赤泥废渣，其重量份配比为赤泥渣：含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在60℃条件下结晶20小时，此时液相Al₂O₃含量降为5.0g/L，SiO₂含量降为4.1g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、将步骤1所得精矿加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比为15.7，为高品位精矿。

实施例3.

1、利用实施例2所得到的脱除氧化硅含量后的溶液。将实施例2所得到的脱除氧化硅含量后的溶液加入到反应釜中进行循环使用，与120～200目的铝土矿混合，其重量份配比为铝土矿∶循环NaOH溶液(浓度为36.3wt％)＝1∶4。将反应温度升至120℃，在常压下反应5分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精铝土矿的混合浆液，在100℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为22.7g/L，SiO₂含量为25.2g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入赤泥废渣，其重量份配比为赤泥渣：含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在60℃条件下结晶24小时，此时液相Al₂O₃含量降为6.3g/L，SiO₂含量降为5.7g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、将步骤1所得精矿加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比12.9，为高品位精矿。

实施例4.

以广西平果矿作原料进行铝土矿预脱硅的处理，此广西平果铝土矿原料组成(wt％)如下：

其处理步骤为：

1、将重量百分比浓度为50％的NaOH溶液于反应釜中升温至135℃，将120～200目的铝土矿与NaOH溶液混合，其重量份配比为铝土矿∶NaOH溶液＝1∶5。在常压下反应8分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精铝土矿的混合浆液，在100℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精铝土矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为17.6g/L，SiO₂含量为16.5g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入赤泥废渣，其重量份配比为赤泥渣：含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在60℃条件下结晶20小时，此时液相Al₂O₃含量降为5.1g/L，SiO₂含量降为4.4g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、将步骤1所得精矿加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比为23.3，属于高品位铝土矿。

实施例5.

以某山西铝土矿作原料进行铝土矿预脱硅的处理，铝土矿原料的组成(wt％)如下：

其处理步骤为：

1、将重量百分比浓度为40％的NaOH溶液与50～100目的铝土矿于密闭反应釜中混合，其重量份配比为铝土矿：NaOH溶液＝1∶4。升温至160℃，在低于4个大气压下反应5分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精矿的混合浆液，然后冷却至100℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精铝土矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为22.8g/L，SiO₂含量为23.1g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入钠硅渣，其重量份配比为钠硅渣：含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在160℃条件下结晶1小时，此时液相Al₂O₃含量降为6.5g/L，SiO₂含量降为4.5g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、将步骤1所得精矿加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比30.7，为高品位精矿。

实施例6.

以山西阳泉铝土矿作原料进行铝土矿预脱硅的处理，原料的组成同实施例2。

其处理步骤为：

1、将重量百分比浓度为20％的NaOH溶液与120～200目的铝土矿混合，于密闭反应釜中升温至140℃，其重量份配比为铝土矿∶NaOH溶液＝1∶5。在低于5个大气压下反应30分钟，得到主要含碱液、铝硅酸钠和精铝土矿的混合浆液，在60℃下保温过滤，分离得到含铝硅酸钠的碱溶液和精铝土矿。此时碱溶液中Al₂O₃含量为18.2g/L，SiO₂含量为16.8g/L。

2、向含铝硅酸钠的碱溶液中加入赤泥废渣，其重量份配比为赤泥渣：含铝硅酸钠的碱溶液＝1∶10，在95℃条件下结晶5小时，此时液相Al₂O₃含量降为4.5g/L，SiO₂含量降为3.2g/L。脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1循环使用，脱硅产物是硅铝酸钠。

3、将步骤1所得精矿加少量稀NaOH溶液淋洗，烘干分析其铝硅比为10.6，为高品位精矿。

Claims

1.一种高浓碱液浸取铝土矿预脱硅方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

1)在低于5个大气压的压力下，将粉碎后的铝土矿置于反应釜中的重量百分比浓度为20％～50％的NaOH溶液中进行浸出反应，其中铝土矿与NaOH溶液的重量份配比为1：2～1：5，同时进行搅拌，使铝土矿与NaOH溶液充分接触；控制反应体系的温度为100～160℃；反应完毕，经固液分离分别得到含铝硅酸钠的碱溶液及精铝土矿；

2)向步骤1)得到的含铝硅酸钠的碱溶液中加入钠硅渣或赤泥废渣晶种进行碱液脱硅，其中，钠硅渣或赤泥废渣晶种与含铝硅酸钠的碱溶液的重量份配比为1～3：10，于50～160℃结晶，脱除其中氧化硅含量后使溶液返回步骤1)循环使用，脱硅产物是铝硅酸钠。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的NaOH溶液的重量百分比浓度为30％～50％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的粉碎后的铝土矿的粒径是50～200目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的压力为常压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤1)体系的反应时间为5～30分钟。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤2)于50～160℃结晶时间是1～20小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所得精铝土矿的铝硅比高达10以上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的铝硅比是10～30。