CN101280354A - 一种环保型铝土矿综合冶炼技术方案 - Google Patents

一种环保型铝土矿综合冶炼技术方案 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环保型的，适用于沉积层状和次生堆积各型硅、铁、硫含量高的一水型和三水型铝土矿石进行综合选冶的新技术方案。利用本发明技术方案，在对铝土矿进行选冶过程中，脱硅和拜耳溶出处理均可实现Na2O和Al2O3“零”损耗、Na2O·H2O无限循环利用，并一次性地将硅、铁、硫含量高的铝土矿分离出硅酸钙、氧化铝、镓产品、铁精矿粉、钛酸钙等，实现对铝土矿资源高效综合开发利用，无废弃尾矿，使资源利用率充分提高。

Description

一种环保型铝土矿综合冶炼技术方案
所属技术领域
本发明提供一种环保型的，适用于沉积层状和次生堆积各型硅、铁、硫含量高的一水型和三水型铝土矿石进行综合选冶的新技术方案。利用本发明技术方案，在对铝土矿的选冶过程中，脱硅和拜耳溶出处理均可实现Na2O和Al2O3“零”损耗、Na2O·H2O无限循环利用，并一次性地将硅、铁、硫含量高的铝土矿分离出硅酸钙、氧化铝、镓的半成品、铁精矿粉、钛酸钙等，实现对铝土矿资源高效综合开发利用，无废弃尾矿排放，使资源利用率充分提高。
背景技术
目前，国内外现有工业冶炼铝土矿的基本实用方法主要有两种，即拜耳法和烧结法，其中拜耳法最为广泛使用。拜耳法包括苛性纳拜耳法和石灰拜耳法。烧结法包括碱石灰烧结法和石灰石烧结法。由于各种技术方法存在自身的技术优特点，为了发挥各技术方法的优势，人们又发展了拜耳—烧结联合法，包括串联法、并联法和混联法三种。这些方法共同的技术目标是从铝土矿中提炼出Al2O3；其共同的技术手段是使铝土矿中Al2O3最终形成可溶性较好的Na2O·Al2O3而被溶出；其共同缺陷是不能有效地提取铝土矿中其它矿物成分，如铁(Fe)、钛(Ti)等，而视SiO2和TiO2为有害组分，最后将富含Fe2O3、CaO·TiO2的尾矿泥——赤泥丢弃，不仅冶炼成本高，更重要是造成资源浪费和环境污染。
铝土矿中的主要矿物成份为Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和伴生稀有金属镓(Ga)等。除Al2O3和稀有金属镓(Ga)品位达到工业要求外，Fe2O3、SiO2、TiO2含量也较高。如我国桂西堆积型铝土矿，Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和稀有金属镓(Ga)的平均含量分别约为50％、25％、8％、4％和0.085‰。
究拜耳法来说，当处理SiO2含量较高的铝土矿石时，为减少设备结垢现象，通常在生产中进行预脱硅处理。日前，主要使用两种方法。方法一：浮选预脱硅法，这种方法较快速高效，但往往需要将铝土矿加工到极细，否则，将由于SiO2和Al2O3结晶在一起，使Al2O3造成损失；方法二：利用部分溶出矿浆循环母液，在100℃±条件下经长达10小时搅拌，实现对原矿浆进行预脱硅处理。这样方法生产效率低，且也仅只脱除铝土矿中易溶的高岭石等，而无法脱除铝土矿中难溶的石英石等，SiO2的脱除率低。其次，由于母液中含有Na2O·Al2O3，SiO2在溶出过程中均以Na2O·Al2O3·1.7SiO2·H2O(水合铝硅酸钠)析出，这就不可避免地造成Na2O和Al2O3的损失，使冶炼成本增高，Al2O3的提取率降低。尤其铁含量高的铝土矿石，经提炼出Al2O3后，其尾矿泥——赤泥中Fe2O3含量通常会高达35～50％，甚至更高，直接丢弃尾矿泥——赤泥，势必造成资源浪费和环境污染等不良现象。由于赤泥成分复杂，欲对赤泥进行二次综合开发利用，技术难度非常大，生产成本高而失去其经济意义。
发明内容
本发明提供一种环保型的，适用于原生沉积层状、次生堆积等各型硅铁硫含量高的一水和三水型铝土矿进行综合选冶的新技术方案。本方案主要依据Al2O3-H2O物系在不同温度和压力条件下可以变相，以及各物相具有不同物理和化学特性的特点实现铝土矿资源的综合利用。
首先，将铝土矿粉与水混合，并加热到200℃以上，主要使铝土矿石中的三水铝成分变成相对难溶入NaOH溶液的一水软铝石或一水硬铝石，然后将其降温至200℃以下，加入NaOH，实现较高温快速预脱硅处理。经沉淀后，向Na2O·SiO2溶液中加入CaO·H2O，使之生成CaO·SiO2沉淀和可用于循环脱硅作业的Na2O·H2O母液，从而实现快速无损耗预脱硅处理；
其次，对经过预脱硅的铝土矿泥作干燥处理，并加热到高温(500～750℃)进行焙烧，在焙烧过程中逆向通入充足的CO↑或随加热的铝土矿粉加入活性C粉，使铝土矿中氧化铁还原成铁的单质，同时使一水软铝石和一水硬铝石分别变为相对易溶的的λ-Al2O3和比表面积较大、化学活性较高、相对易溶的α-Al2O3。当铝土矿石为高硫型时，则在加热铝土矿粉的过程中加入充足O2↑，使矿石中的S转化为SO2↑，实现脱硫的目的；
第三，将焙烧后的铝土矿粉加入到NaOH溶液中，搅拌并加热到120～285℃，使铝土矿粉中的Al2O3被拜耳溶出成偏铝酸钠(Na2O·Al2O3)。在“拜耳溶出Al2O3”之前或之后，均可利用磁吸分离方法将铁质吸出，得到铁精矿粉；
经上述步骤后，剩余的尾矿泥中主要成分则为CaO·TiO2，可用作生产钛的原料。
由上所述，本发明技术方案是一次性地对铝土矿资源进行高效综合开发利用的技术方案，无废弃尾矿，属环保型铝土矿资源综合开发技术方案。本发明技术方案的工艺流程之一如附图所示，其中，虚线框中内容为本发明创新技术环节。
附图说明
附图所示，流程图中未被虚线框框住的部分为目前铝土矿选矿工艺公开的技术内容，而流程图中虚线框内的内容则为本发明创新技术环节，带一条下划线的端点物质为工艺流程需要投入的生产原料，带二条下划线的端点物质为工艺流程中获得的生产成品或半成品。
依工艺流程顺序，对图中虚线框内各主要技术环节及其功能描述如下：
1)将磨细的铝土矿粉加水，搅拌，并加热到200℃以上，主要目的是使铝土矿粉中的三水铝成分改相为较难溶的一水软铝石或一水硬铝石，为后续的高温脱提供较宽松的温度条件；
2)对上述经改性的铝土矿浆稍做降温处理，至200℃以下，如185℃，然后加入Na2O·H2O溶液，实现高温快速预脱硅处理。
3)预脱硅后进行沉淀分离，其沉淀物则为脱硅后的铝土矿泥，送焙烧处理；其溶液主要为Na2O·SiO2溶液，加入CaO·H2O，使之生成CaO·SiO2沉淀和可用于循环脱硅作业的Na2O·H2O母液，从而实现快速、且无Na2O和Al2O3损耗的预脱硅处理；
4)对脱硅后的铝土矿泥做焙烧(500～750℃)处理，主要功能(目的)：一是在加热铝土矿粉的过程中加入充足O2↑，使矿石中的S转化为SO2↑，实现脱硫；二是在焙烧过程中逆向通入充足的CO↑或随加热的铝土矿粉加入活性C粉，使铝土矿中氧化铁还原成铁的单质；三是使铝土矿粉中的一水软铝石或一水硬铝石分别变为相对易溶的的λ-Al2O3和比表面积较大、化学活性较高、相对易溶的α-Al2O3，实现较易溶出铝土矿中Al2O3的目的。
5)经拜耳溶出后，利用磁吸分离方法将铁质吸出，得到铁精矿粉。剩余的尾矿泥成分则主要为CaO·TiO2，可用作生产钛的原料。
具体实施方式
本发明技术方案与目前各种公开的拜耳溶出技术方案相比有其特殊性、复杂性和优势，如果仍采用现有设备技术来实施本发明技术，不仅设备投资巨大，而且能耗大增。但如果在实施本发明技术方案时考虑将高温脱硫和还原铁后的高温铝土矿粉作为对铝土矿粉进行预脱硅、拜耳溶出和循环母液蒸馏浓缩处理的热源物质，并在脱硅、拜耳溶出和循环母液浓缩处理等环节采用本人发明的“来复嵌套、螺旋线性通路及管道化换能生产技术”(专利申请号：200610149184.3)来实施本发明方案，则不仅使设备系统小型化、简单化，而且可以进行模块化设计，投资不增，反而大量减少。并由于该发明技术具有高效循环利用热能的特点，因此也使整个生产过程中能耗较传统拜耳溶出技术节省40％以上。
关于磁吸分离铁处理，具体实施时可以安排在氧化铝被拜耳溶出处理之前或之后。如果磁吸分离铁处理设置在拜耳溶出之前进行，则所得到的铁精矿粉的品质较差，并且存在氧化铝损失的现象，但拜耳溶出时的负荷量就少，有利于提高设备的产能；相反，如果磁吸分离铁处理设置在拜耳溶出之后进行，则所得到的铁精矿粉的品质较好，且不存在氧化铝损失的现象，但拜耳溶出时的负荷量较大，不利于提高设备的产能。因此，具体实施本发明技术时，关于“磁吸分离铁处理”的切入点，应根据实际铝土矿的品质特点和设计要求，选择一个合适的切入点进行“磁吸分离铁处理”。
对于硅含量很高的铝土矿，可以考虑先进行浮选法预脱硅处理，然后再利用本发明技术方案进行第二次脱硅处理。

Claims (6)

1、本发明提供一种环保型的，适用于沉积层状和次生堆积各型硅、铁、硫含量高的一水型和三水型铝土矿石进行综合选冶的新技术方案。该发明技术方案的关键技术是依据氧化铝水合物(Al2O3-H2O)物系在不同温度和压力条件下可以变相，以及各物相具有不同物理和化学特性的特点实现铝土矿资源的综合利用。
2、根据权利要求1，首先，将铝土矿粉与水混合，搅拌，并加热到200℃以上，主要使铝土矿石中的三水铝成分变成相对难溶入NaOH溶液的一水软铝石或一水硬铝石，然后将其降温至200℃以下，加入NaOH，实现预脱硅处理，经沉淀后，向Na2O·SiO2溶液中加入CaO·H2O，使之生成CaO·SiO2沉淀和可用于循环脱硅作业的Na2O·H2O母液，从而实现快速无损耗预脱硅处理；
3、根据权利要求1，对经过预脱硅的铝土矿泥作干燥处理，并加热到高温(500～750℃)进行焙烧，在焙烧过程中逆向通入充足的CO↑或随加热的铝土矿粉加入活性C粉，使铝土矿中氧化铁还原成铁的单质，同时使一水软铝石和一水硬铝石分别变为相对易溶的的λ-Al2O3和比表面积较大、化学活性较高、相对易溶的α-Al2O3。当铝土矿石为高硫型时，则在加热铝土矿粉的过程中加入充足O2↑，使矿石中的S转化为SO2↑，实现脱硫的目的；
4、根据权利要求3，将焙烧后的铝土矿粉加入到NaOH溶液中，搅拌并加热到120～285℃，使铝土矿粉中的Al2O3被拜耳溶出成偏铝酸钠(Na2O·Al2O3)。并在“拜耳溶出Al2O3”之前或之后，利用磁吸分离方法将铁质从中吸出，得到铁精矿粉，实现铝铁综合利用；
5、根据权利要求3，经脱硫、还原铁等处理后的铝土矿粉仍处于高温状态(500～750℃)，本发明技术方案将其作为脱硅、拜耳溶出或循环母液浓缩等处理过程的热源物质，实现高效生产和高效节能的目的。
6、在实施本发明技术方案过程中，其脱硅、拜耳溶出和循环母液浓缩处理等环节有效地采用本人发明的“来复嵌套、螺旋线性通路及管道化换能生产技术”(专利申请号：200610149184.3)，使设备系统小型化、简单化，大大减少设备投资，并实现高效生产、高效节能和环保的目的。
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