CN102107895B - 一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法 - Google Patents

Abstract

一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法，涉及烧结法生产氧化铝技术领域。将含铝原料、石灰石和纯碱按改良碱石灰烧结法的生料配方的比例球磨混合均匀，制得合格的生料，生料在高温下烧结，制得烧结熟料，烧结熟料经溶出、脱硅、分解和焙烧，最终可制得氧化铝产品。改良碱石灰烧结法的生料配方为：

Description

一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝生产过程中的改良碱石灰烧结的方法，具体涉及烧结过程中生料配方和烧成制度的改进。

背景技术

烧结法是目前世界上氧化铝工业的主要生产方法之一。我国的烧结法最早是从前苏联引进的，经过半个多世纪的理论研究和生产实践，逐渐完善形成了行业内熟知的传统碱石灰烧结法。

传统碱石灰烧结法的核心内容是：生料中的氧化物通过烧结转变为铝酸钠(Na₂O·Al₂O₃)、铁酸钠(Na₂O·Fe₂O₃)、硅酸二钙(2CaO·SiO₂)和钛酸钙(CaO·TiO₂)。传统碱石灰烧结法的生料配方为：

传统碱石灰烧结法适合于处理A/S较低(3～6)的矿石，随着生料A/S的提高，烧结温度升高，烧成温度范围变窄，烧结窑的操作越来越困难。

为了解决传统碱石灰烧结法不能处理高品位矿石的问题，中国长城铝业公司中州铝厂和中南大学联合开发了强化烧结法(又称富矿烧结法)。强化烧结法的核心内容是：使生料中的Al₂O₃在熟料烧结过程中转变为铝酸钠(Na₂O·Al₂O₃)，主要杂质SiO₂和TiO₂除了分别形成硅酸二钙(2CaO·SiO₂)、钛酸钙(CaO·TiO₂)外，还生成硅酸钠(Na₂O·SiO₂)和铝硅酸钠(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂)。强化烧结法的生料配方为：

在溶出过程中，熟料中的硅酸钠和铝硅酸钠大量溶解，给后续的铝酸钠溶液脱硅带来很大的压力，外排赤泥中碱和氧化铝的含量均较高，因此强化烧结法适合于处理A/S大于8的矿石。

内蒙古蒙西高新技术集团有限公司开发了石灰石烧结法处理粉煤灰制取氧化铝的工艺技术。石灰石烧结法的核心内容是：生料中的Al₂O₃和SiO₂分别与配料石灰石高温分解生成的CaO反应，生成铝酸钙(12CaO·7Al₂O₃)和硅酸二钙(2CaO·SiO₂)。在熟料溶出过程中，铝酸钙与碳酸钠反应生成铝酸钠和碳酸钙。石灰石烧结法属于无碱体系，虽然熟料具有自粉化的特点，但是存在烧结温度高、石灰石消耗大、尾渣(硅酸二钙和碳酸钙的混合物)量大且利用困难等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改良碱石灰烧结的方法，其对各种品位含铝原料均具有普遍适用性，且烧结温度低、烧成温度范围宽。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：将含铝原料、石灰石和纯碱按改良碱石灰烧结法的生料配方的比例混合均匀，球磨制得合格的生料；生料在高温下烧结，制得烧结熟料；烧结熟料经溶出、脱硅、分解和焙烧，最终可制得氧化铝产品。

在上述方法中，所述的含铝原料为A/S大于0.5的各种铝硅酸盐原料，具体是指富钾岩石提钾滤渣、钾长石脱硅滤饼、粉煤灰、脱硅粉煤灰、煤矸石、脱硅煤矸石和铝土矿中的一种或几种。其中，所述的A/S为氧化铝和氧化硅的质量比。

在上述方法中，所述的改良碱石灰烧结法的生料配方是指，合格生料的化学成分中的SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、Na₂O和K₂O满足：

在上述方法中，所述的生料的烧结温度为1000～1200℃。

在上述方法中，所述的配料石灰石可用生石灰或电石渣等钙质原料代替。

在上述方法中，所述的纯碱可用碳酸钠水合物或碳分母液代替。其中，所述的碳酸钠水合物是指一水碳酸钠、七水碳酸钠和十水碳酸钠中的一种或几种；所述的碳分母液是指烧结熟料溶出后得到的铝酸钠溶液，经碳酸化分解制取氢氧化铝之后剩余的溶液。

用熟料中Al₂O₃的标准溶出率来表征烧结熟料的质量。烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率测定方法：量取100mL调整液和20mL去离子水加入烧杯中配制成模拟溶出液，置于水浴锅中加热至85℃；称取全部通过120目标准筛的烧结熟料粉料8.0g加入至盛有模拟溶出液的烧杯中，搅拌溶出15min；将溶出后的浆液过滤，并将漏斗中的残渣用沸水淋洗8次，每次用水量为25mL；残渣烘干后测定其化学组成。其中，调整液的成分为Na₂O_K 15g/L，Na₂O_C 5g/L。利用烧结熟料和残渣的化学成分分析结果，计算熟料中Al₂O₃的标准溶出率：

ηAl₂O₃(％)＝[1-(A渣/A熟)×(C熟/C渣)]×100

式中：ηAl₂O₃-Al₂O₃的溶出率，％；

A熟、C熟—熟料中Al₂O₃、CaO的含量，％；

A渣、C渣—残渣中Al₂O₃、CaO的含量，％。

与现有的传统碱石灰烧结法、强化烧结法和石灰石烧结法等技术相比较，本发明采用的改良碱石灰烧结法的特点在于：

(1)改良碱石灰烧结法可以较经济地处理A/S大于0.5的各种含铝原料，原料来源广泛，生产成本降低。

(2)烧结配料石灰石消耗量较其他方法减少了1/2～2/3，资源利用效率提高，工艺过程中产出的尾渣量相应减少。

(3)改良碱石灰烧结法生料烧结温度较其他方法降低了200～300℃，烧结能耗降低约1/3；烧成温度范围宽，烧结窑操作方便。

本发明的改良碱石灰烧结法对各种品位含铝原料适应能力强，配料石灰石添加量少、资源利用效率高，烧结温度较低、烧成能耗低，烧成温度范围宽、工业化实施容易。

具体实施方式

本发明的一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法，主要包括合格生料磨制和生料高温烧结两部分。烧结熟料的质量用熟料中Al₂O₃的标准溶出率来表征。下面结合实施例对本发明的方法做进一步说明。在下述的具体实施方式中的“％”均表示重量百分数。

实施例1

含铝原料1：富钾岩石提钾滤渣，化学成分如下(％)：

其中，富钾岩石提钾滤渣的A/S为0.75。准确称取1000g霞石正长岩提钾滤渣、665.3g工业纯碱(纯度为99％)和554.7g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1050℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为95.2％。

实施例2

含铝原料2：钾长石脱硅滤饼，化学成分如下(％)：

其中，钾长石脱硅滤饼的A/S为0.70。准确称取1000g钾长石脱硅滤饼、733.1g工业纯碱(纯度为99％)和572.3g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1150℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为96.8％。

实施例3

含铝原料3：脱硅粉煤灰，化学成分如下(％)：

其中，脱硅粉煤灰的A/S为1.68。准确称取1000g脱硅粉煤灰、1162.0g工业纯碱(纯度为99％)和571.2g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1000℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为93.7％。

实施例4

含铝原料4：脱硅煤矸石，化学成分如下(％)：

其中，脱硅煤矸石的A/S为2.21。准确称取1000g脱硅煤矸石、819.3g工业纯碱(纯度为99％)和411.0g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1080℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为94.4％。

实施例5

含铝原料5：内蒙古某铝土矿，化学成分如下(％)：

其中，内蒙古某铝土矿的A/S为5.51。准确称取1000g内蒙古某铝土矿、932.5g工业纯碱(纯度为99％)和163.7g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1200℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为99.2％。

实施例6

含铝原料6：山西某铝土矿，化学成分如下(％)：

其中，山西某铝土矿的A/S为10.93。准确称取1000g山西某铝土矿、844.6g工业纯碱(纯度为99％)和135.3g石灰石(纯度为98％)，在实验型球磨机中混合球磨1h，得到生料粉体；将生料粉体装填于氧化铝坩埚中，置于实验电炉中1100℃下恒温反应2h，反应结束后熟料随炉冷却至室温；将烧结熟料粉碎成烧结熟料粉料，要求其全部通过120目标准筛；实验测得烧结熟料中Al₂O₃的标准溶出率为98.5％。

Claims (3)

1.一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法，将含铝原料、石灰石和纯碱按改良碱石灰烧结法的生料配方的比例球磨混合均匀，制得合格的生料；生料在高温下烧结，制得烧结熟料；烧结熟料经溶出、脱硅、分解和焙烧，最终制得氧化铝产品，所述的含铝原料为A/S大于0.5且小于等于5.51的各种铝硅酸盐原料，所述的A/S为氧化铝和氧化硅的质量比，改良碱石灰烧结法的生料配方： $\frac{{[\mathrm{Na}}_{2}O]+[K_{2}O]}{\left[{\mathrm{Al}}_2{O}_3\right]+\left[{\mathrm{Fe}}_2{O}_3\right]+{[\mathrm{SiO}}_2]}=1.0\±0.1;$ $\frac{\left[\mathrm{CaO}\right]}{{[\mathrm{SiO}}_2]+{[\mathrm{TiO}}_2]}=1.0\±0.1,$ 上述两式中的比例均为摩尔比；所述的含铝原料为富钾岩石提钾滤渣、钾长石脱硅滤饼、粉煤灰、煤矸石和铝土矿中的一种或几种，所述的生料在高温下烧结的烧结温度为1000～1200℃。

2.根据权利要求1所述的处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法，其特征在于，所述的石灰石可用生石灰或电石渣钙质原料代替。

3.根据权利要求1所述的处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法，其特征在于，所述的纯碱可用碳酸钠水合物或铝酸钠溶液碳酸化分解制取氢氧化铝过程中剩余的碳分母液代替。