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Abstract

一种综合利用高铁铝土矿的方法，该方法包括以下步骤：(1)将高铁铝土矿破碎、磨细后与硫酸混合焙烧；(2)焙烧熟料溶出、过滤得粗制硫酸铝溶液和提铝渣；(3)粗制硫酸铝溶液先采用黄铁矾法沉铁，再用磷酸或磷酸氢铵深度沉铁，所得溶液沉铝，得到氢氧化铝；(4)氢氧化铝煅烧制备氧化铝；(5)黄铵铁矾煅烧制备氧化铁；(6)磷酸铁水解得到氢氧化铁和磷酸氢铵；(7)提铝渣直接作为微硅粉。

Description

一种综合利用高铁铝土矿的方法
技术领域
本发明涉及一种处理高铁铝土矿的方法，具体涉及一种从高铁铝土矿中提取铝、铁、硅，并制备氧化铝、氧化铁及二氧化硅产品，实现高铁铝土矿资源综合开发利用。
背景技术
随着我国经济的快速发展，对支持国民经济可持续发展的第一、第二大金属铁、铝的消耗也越来越大，铁矿和铝土矿的资源供应量严重短缺。20世纪80年代，我国在广西等地发现大量高铁铝土矿，资源储量超过1.6亿吨。该矿具有三个特点：其一，采用传统选矿方法不能有效分离铁、铝、硅等元素。由于铁矿物与铝矿物嵌布粒度细，相互胶结，矿物的单体解离性能极差，难以选别。其二，单一元素均达不到工业品位。该矿具有有价金属品种多(主要含铁、铝、钒、镓、锰、钛等)、铝铁含量都不高(总铁含量24％～37％，Al2O3含量20％～37％)、铝硅比较低(A/S＝2.6～5.4)、烧损大的特点。其三，采用处理普通铝土矿的传统工艺很难盈利。虽然矿石中铁的品位高于普通铝土矿，但还远没有达到合格铁矿的边界品位，铝的品位也没有达到目前氧化铝经济生产的工艺要求，若以单一铁矿或铝土矿开发，成本较高，技术不可行。因此，使用该矿进行单纯的冶炼铝或冶炼铁是没有经济效益可言的，必须实现铁、铝综合利用才有工业利用价值。
在高铁铝土矿利用方面，现存“先选矿，后冶炼”、“先铝后铁”和“先铁后铝”三种工艺。
先选矿后冶炼工艺是通过选矿的方法使含铝矿物与含铁矿物分离富集得到铝精矿与铁精矿，用拜耳法处理铝精矿生产氢氧化铝，高炉处理铁精矿制取铁。由于高铁铝土矿结晶较差，嵌布关系极为复杂，采用常规选矿方法均无法使铝铁矿物有效分离。
先铝后铁的工艺是采用拜耳法提取矿石中的氧化铝，再用赤泥炼铁。但该法氧化铝浸出率低，同时，由于拜耳法赤泥炼铁时，必须进行赤泥脱钠、物料成团等工序，导致铁的回收率偏低。该方案在技术上可行，但工艺复杂，经济上不合理，难以实现工业化。
先铁后铝工艺是先从矿石中还原提取铁，再从炉渣中提取氧化铝，主要有四个方案：粒铁法方案、生铁熟料法方案、金属化学还原一电炉熔分-提取氧化铝方案、烧结一高炉冶炼一提取氧化铝方案。其中粒铁法技术上困难较大；生铁熟料法存在回转窑炉衬寿命短的问题，而且能耗较高；金属化学还原一电炉溶分一提取氧化铝方案，技术上可行，但电能耗大，而广西目前电力资源紧张；烧结一高炉冶炼一提取氧化铝方案，技术可行，但渣铁分离不彻底，氧化铝浸出率低。
发明内容
针对高铁铝土矿未能合理利用的现状，本发明提供了一种综合开发利用高铁铝土矿的方法。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
将高铁铝土矿磨细至80μm以下，与质量分数为70％～98％的硫酸均匀混合。高铁铝土矿与硫酸的比例为：高铁铝土矿中的氧化铁、氧化铝按与硫酸完全反应生成盐所消耗的硫酸物质的量计为1，硫酸与矿比例为0.8～1.5∶1，将混好的物料在250℃～550℃焙烧，保温0.5～2h。过剩的硫酸分解产生的三氧化硫用硫酸吸收，再返回铝土矿焙烧工序。将反应后的熟料加入2～5倍质量的水溶出，在50℃～95℃下搅拌15～60min，过滤，滤液为硫酸铁、硫酸铝溶液；滤渣主要成分为二氧化硅，作为微硅粉产品。涉及的化学反应为：
Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O↑
Fe2O3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+3H2O↑
H2SO4＝SO3↑+H2O↑
SO3+H2O＝H2SO4
所得含硫酸铁、硫酸铝的溶液采用黄铵铁矾法沉铁：用饱和的碳酸铵溶液调节溶液pH在1.5～2.5，加入黄铵铁矾晶种，在80℃～95℃下搅拌反应1～2h后，过滤，滤液为含NH4 +、Al3+、SO4 2-和少量Fe3+的溶液。涉及的化学反应为：
6Fe3++4SO4 2-+2NH4 ++12H2O＝(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12+12H+
黄铵铁矾在650℃～700℃煅烧1～4h，，得到氧化铁产品。煅烧过程产生的氨气和三氧化硫用氨水吸收，得到硫酸铵溶液，蒸发结晶后得到硫酸铵产品。涉及的化学反应为：
Figure BSA00000566361000021
2NH3+SO3+H2O＝(NH4)2SO4
黄铵铁矾法沉铁后得到的滤液采用磷酸或磷酸氢铵沉铁：向滤液中加入质量分数为85％的浓磷酸或饱和的磷酸氢铵溶液，磷酸根与Fe3+摩尔比为0.8～1.0∶1，在30℃～90℃下用饱和的碳酸铵溶液调节pH在2.0～2.5，搅拌反应10min～30min后，过滤，滤液为含NH4 +、Al3+和SO4 2-的溶液。涉及的化学反应为：
Fe3++PO4 3-+2H2O＝FePO4·2H2O↓
过滤得到的磷酸铁在pH为5.0～6.0再制浆，磷酸铁转化成氢氧化铁，作为炼铁原料，反应过程中用质量分数为28％的浓氨水调节pH，生成的磷酸氢铵返回深度沉铁工序，实现磷酸的综合利用。反应过程中涉及的化学反应为：
FePO4·2H2O+H2O＝Fe(OH)3+HPO4 2-+2H+
深度沉铁后得到的滤液温度保持在60℃，用饱和的碳酸铵溶液调节溶液pH在5.0，搅拌反应4h，反应得到氢氧化铝沉淀，过滤所得的氢氧化铝脱水、煅烧，得到氧化铝产品。沉铝后的硫酸铵溶液蒸发结晶。涉及的化学反应为：
Al3++3OH-＝Al(OH)3↓
Figure BSA00000566361000022
本发明方法工艺流程简单，设备要求不高，生产成本较低，实现了高铁铝土矿的综合利用，整个工艺过程不会对环境造成二次污染，符合绿色化工业生产的要求。
附图说明
一种综合利用高铁铝土矿的方法工艺流程图
具体实施方式
实施例1
所用高铁低品位铝土矿主要组成为：Al2O3 29.8％，Fe2O3 50.7％，SiO2 14.0％，TiO2 1.8％，MnO 1.5％，其它2.2％。
将高铁铝土矿破碎，磨细至80μm下，与70％的硫酸按质量比1∶2.2均匀混合，物料在350℃焙烧，恒温2h，反应产生的烟气用稀硫酸吸收，再返回用于焙烧。
将焙烧熟料加水溶出，水与熟料的质量比为3∶1，50℃溶出60min，过滤得提铝渣和硫酸铁、硫酸铝的混合溶液，提铝渣直接作为微硅粉。
熟料溶出液用饱和碳酸铵溶液调节溶液pH在1.5，加入黄铵铁矾晶种，在80℃下搅拌反应2h后，过滤，滤液主要含NH4 +、Al3+、SO4 2-和少量Fe3+，滤渣为黄铵铁矾。
向黄铵铁矾法沉铁后的滤液中加入质量分数为85％的浓磷酸，溶液中Fe3+与加入H3PO4摩尔比为1，在30℃搅拌反应60min，过滤，滤液为含NH4 +、Al3+和SO4 2-的溶液，滤渣为磷酸铁。
磷酸铁在pH为5.5制浆，反应过程中用质量分数为28％的浓氨水调节pH，反应后得到氢氧化铁，生成的磷酸氢铵溶液蒸发结晶后返回磷酸法沉铁工序。
深度沉铁后的滤液温度保持在60℃，用饱和的碳酸氢铵溶液调节溶液pH在5.0，搅拌反应4h，反应得到氢氧化铝沉淀，过滤、脱水、煅烧氢氧化铝，得到氧化铝产品。沉铝后的硫酸铵溶液蒸发结晶返回焙烧工序。
黄铵铁矾在670℃煅烧3h，得到氧化铁产品，煅烧过程产生的氨气和三氧化硫用氨水吸收，得到的硫酸铵溶液蒸发结晶制备硫酸铵。
实施例2
所用高铁低品位铝土矿主要组成为：Al2O3 27.9％，Fe2O3 49.2％，SiO2 15.7％，TiO2 1.7％，MnO 1.6％，其它3.9％。
将高铁铝土矿破碎，磨细至80μm下，与98％的浓硫酸按质量比1∶2.5混合均匀，物料在500℃焙烧，恒温1h，反应产生的烟气用稀硫酸吸收，再返回用于焙烧。
将焙烧熟料加水溶出，水与熟料的质量比为5∶1，90℃溶出30min，过滤得提铝渣和硫酸铁、硫酸铝的混合溶液，提铝渣直接作为微硅粉。
熟料溶出液用饱和碳酸铵溶液调节pH在2.0，加入黄铵铁矾晶种，在90℃下搅拌反应1h，过滤，滤液含NH4 +、Al3+、SO4 2-和少量Fe3+，滤渣为黄铵铁矾。
向黄铵铁矾法沉铁后的滤液中加入饱和磷酸氢铵溶液，加入PO4 3-与溶液中Fe3+摩尔比为0.8，在50℃搅拌反应30min，过滤，滤液为含NH4 +、Al3+和SO4 2-的溶液，滤渣为磷酸铁。
磷酸铁在pH为6.0制浆，反应过程中用质量分数为28％的浓氨水调节pH，反应后得到氢氧化铁，生成的磷酸氢铵溶液蒸发结晶后返回深度沉铁工序。
深度沉铁后的滤液温度保持在80℃，用饱和的碳酸氢铵溶液调节溶液pH在5.0，搅拌反应3h，反应得到氢氧化铝沉淀，过滤、脱水、煅烧氢氧化铝，得到氧化铝产品。沉铝后的硫酸铵溶液蒸发结晶返回焙烧工序。
黄铵铁矾在700℃煅烧2h，得到氧化铁产品，煅烧过程产生的氨气和三氧化硫用氨水吸收，得到的硫酸铵溶液蒸发结晶制备硫酸铵。

Claims (1)

1.一种综合利用高铁铝土矿的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)研磨：将高铁铝土矿磨细至80μm以下；
(2)混料：将高铁铝土矿与质量分数为70％～98％的硫酸均匀混合；
(3)焙烧：将混好的物料在250℃～550℃焙烧，过剩的硫酸分解产生的三氧化硫用硫酸吸收，再返回焙烧工序；
(4)溶出：将步骤(3)的焙烧熟料加水溶出；
(5)过滤：将步骤(4)溶出物料过滤分离，得到滤液和滤渣，滤液为粗制硫酸铝溶液，滤渣主要为二氧化硅，洗涤干燥直接作为微硅粉产品；
(6)黄铵铁矾法沉铁：粗制硫酸铝溶液采用黄铵铁矾法沉铁，用饱和碳酸铵溶液调节溶液pH，反应完毕后过滤；
(7)黄铵铁矾煅烧：黄铵铁矾煅烧得氧化铁产品，煅烧过程产生的氨气和三氧化硫用氨水吸收，得到硫酸铵溶液，蒸发结晶后得到硫酸铵；
(8)深度沉铁：黄铵铁矾法沉铁得到的滤液采用质量分数为85％的浓磷酸或饱和的磷酸氢铵溶液深度沉铁，反应完毕后过滤，得到含铝溶液和磷酸铁；
(9)磷酸铁水解：磷酸铁在pH值为5.0～6.0水解，生成的氢氧化铁作为炼铁原料，磷酸氢铵返回深度沉铁工序，实现磷酸氢铵的综合利用；
(10)沉铝：深度沉铁后得到的滤液温度保持在60℃～90℃，用饱和的碳酸氢铵溶液调节溶液pH在4.0～6.0，搅拌反应，过滤得氢氧化铝和硫酸铵溶液；
(11)氢氧化铝煅烧：所得氢氧化铝沉淀脱水、煅烧，得到氧化铝产品；
(12)硫酸铵溶液蒸发结晶得到硫酸铵产品。
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