CN104313346A

CN104313346A - 明矾石高温快速还原脱硫回收铝、钾和镓的工艺

Info

Publication number: CN104313346A
Application number: CN201410601737.9A
Authority: CN
Inventors: 蒋开喜; 蒋训雄; 范艳青; 汪胜东; 张登高; 李达; 赵磊; 冯林永; 林江顺; 蒋伟; 刘巍; 王仍坚
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: CN104313346B

Abstract

本发明公开了一种明矾石高温快速还原脱硫回收铝、钾和镓的工艺。明矾石矿粉在一定温度、时间下，进行焙烧脱水得到明矾石熟料。在按一定煤比和固体还原剂煤混合均匀后，在一定温度下进行熟料的高温快速还原焙烧脱硫。脱硫焙砂进行水浸提钾并除去焙砂中残余硫，水浸液进行蒸发结晶得到国标产品硫酸钾。对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出铝、少量的钾和金属镓。对溶出液进行种分回收氧化铝，种分母液返回溶出工序。定期对部分溶出液进行碳分，回收其中的铝、钾和镓，得到氧化铝、碳酸钾和碳酸钠以及富镓沉淀物。低温低碱拜耳法的溶出渣可以作为建筑制品的硅质原料。

Description

明矾石高温快速还原脱硫回收铝、钾和镓的工艺

技术领域

本发明属于有色金属冶金技术领域，涉及一种从明矾石矿中综合回收铝、钾和镓的新工艺。

背景技术

随着氧化铝行业的不断发展，天然铝土矿资源日益减少，利用明矾石等非铝土矿含铝资源来生产氧化铝的研究显得尤为重要。前苏联、墨西哥等比较重视利用明矾石非铝土矿资源提取氧化铝的技术研究与推广，已取得大量的研究成果并在实际中推广使用。我国明矾石储量居世界第三位，已查明矾石储量在3亿吨以上。其中，浙江矿物储量为全国第一，其累计探明储量为2.34亿吨，保有储量为2.23亿吨。安徽第二，为5866万吨；福建第三，为1671万吨。此外，山东、江苏、甘肃等省均有少量产出。

我国是农业大国，钾盐对我国至关重要，但我国钾矿贫乏，仅占世界总储量的1.63％，尽管我国水溶性钾盐资源贫乏，但我国非水溶性钾矿资源丰富，且种类繁多，如钾长石、明矾石、伊利石、富钾页岩等，而且储量巨大，保守估计其资源总量超过200亿吨。如果此类非水溶性钾矿资源得以规模化高值利用，是解决我国钾肥短缺的有效途径。

明矾石是一种钾铝硫酸盐，综合利用明矾石生产硫酸钾、氧化铝等产品，对缓解我国钾肥资源及氧化铝资源的供需矛盾，促进国民经济持续稳定发展十分有利。

自30年代以来，许多国家开展了明矾石综合利用的研究，相继提出了十几种工艺流程，但综合起来主要是碱法、酸法、酸碱联合法、固相烧结法四大类。工艺中具有下列共同步骤：矿石破碎、焙烧脱水、提取K₂O和SO₃、铝-铁分离、铝-硅分离。在碱法中，重点要解决SO₃的提取和碱的回收；在酸法中，主要需解决铝-铁分离、酸的回收和设备腐蚀问题。

碱法是用碱溶液如氢氧化钠或氢氧化钾浸出明矾石或还原焙烧后的焙砂。碱法包括直接碱浸法(水化学法)、还原碱浸法(还原热解法)等，还原热解法是碱法综合利用明矾石的代表性工艺路线之一。

①水化学法

矿石经过粗破碎、细破碎，筛选后进入浸出器，在一定温度下用氢氧化钠溶液循环浸出。浸出液经蒸发浓缩、结晶后，分离出含硫酸钾和硫酸钠的粗钾盐，并用氯化钾以三级置换提纯、结晶、分离、干燥获得产品硫酸钾。母液经冷却析出盐后，通过蒸发浓缩、结晶、分离提取氯化钠。分离出粗钾盐的蒸发母液经脱硅、分解制得氢氧化铝，再经焙烧获得氧化铝。分解母液返回浸出工序循环使用。

Wayne W.Hazen，David L.Thompson等人采用饱和硫酸钾的氢氧化钾溶液对明矾石精矿进行直接浸出，先回收氧化铝，铝的回收率高达97％。

水化学法具有流程短、投资省、能耗低、得率高、污染小、专用设备简单等优点，但存在碱耗高、不能得到单一钾盐需钠钾产品分离的缺点。

②还原热解法

1964年，阿塞拜疆建立了世界上第一个以明矾石为原料利用还原热解法生产氧化铝的工厂——基洛瓦德氧化铝厂，其主要工艺：粉末状明矾石经脱水焙烧，进入流化床还原炉，在600℃温度下用还原剂(可用CO、H₂、石油裂化气、天然气、H₂S及S)处理，将矿石中SO₃(与铝结合的)还原成SO₂，浓度高达20％左右，可送去制硫酸，还原料含硫酸钾和易被碱浸出的Al₂O₃，可用改进的拜耳法处理提取氧化铝并获得副产品钾盐。

我国温州化工总厂也曾采用还原热解法综合利用明矾石，由明矾石脱水后在580℃条件下还原热解，熟料和循环母液在95℃常压溶出制取铝氧，并在蒸发循环碱液时副产钾肥。于1978年实现了年产3000吨钾肥、5000吨硫酸、5000吨氧化铝的中试试验规模。

CN103011206A公开了“一种利用浮选尾矿中的明矾石生产硫酸钾及其副产品的方法”其主要是通过浮选得到明矾石精矿，然后将明矾石精矿与还原剂混均并制球，在温度570-650℃焙烧15-30min，还原剂用量通过明矾石品位计算，按理论需要量的1-3倍加入条件下进行焙烧，烟气制酸，得到的焙烧物料水淬硫酸钾，反应结束后进行固液分离，滤液送多效蒸发系统，冷却结晶得到硫酸钾产品，固液分离后为氧化铝和铝硅酸盐副产品，作为水泥生产原料外卖至水泥厂，该方法主要是从明矾石中生产硫酸钾，未考虑氧化铝和镓的回收，因此对焙烧过程硫酸铝的分解脱硫率及焙烧后氧化铝的浸出活性无特殊要求。而从明矾石矿中仅仅回收硫酸钾在经济上无利可图，必须对钾、铝，甚至镓等进行综合回收。

从明矾石中综合提取铝和钾，关键需要解决硫酸铝的完全分解与氧化铝活性的保持之间的矛盾。为了提高钾的提取率和减少对后续碱法氧化铝生产的影响，需要尽可能高的硫酸铝分解率，提高硫酸铝分解率的常规措施是提高焙烧温度和延长焙烧时间，但提高焙烧温度和延长焙烧时间都会促使热解产物Al₂O₃的晶型转变，即由活性较好的无定型向晶型转变而失去浸出活性，因此，目前公开的明矾石热解脱硫都是在低于650℃温度的条件下进行，650℃被视为不可逾越的温度，即使满足该温度区间的要求，要达到完全脱除硫酸铝中的硫，仍需要很长时间，而较长的焙烧时间将导致Al₂O₃的碱浸活性降低，影响后续铝的提取。另外，较低的温度下还原脱硫，由于反应速度慢，设备作业效率低，且焙烧过程难以控制。因此，如何在保证氧化铝浸出活性的前提下，提高焙烧效率以满足规模化生产要求，是还原热解需要解决的关键技术。

发明内容

本发明针对现有技术的各种不足，旨在以明矾石矿为原料，开发一种充分利用明矾石资源，回收其中的铝、钾、镓等有价金属的工艺技术。该技术具有工艺简单、能耗低、成本低、不受规模限制等优点，并且能够达到明矾石资源综合利用的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用焙烧预脱水——高温快速还原脱硫——水浸提取钾——低温低碱拜耳法提取铝的技术方案，具体的技术方案如下。

明矾石高温快速还原脱硫回收铝、钾和镓的工艺，包括以下步骤：

(1)制备熟明矾石粉：将明矾石矿粉在500-700℃下焙烧，焙烧时间0.1-60min，得到熟明矾石粉；

(2)高温快速还原脱硫：将步骤(1)后得到的熟明矾石粉与还原剂一起在流态化焙烧炉进行高温快速还原焙烧脱硫，焙烧温度650-1000℃，焙烧时间0.1-15min，焙烧过程熟明矾石粉中硫酸铝形式硫的脱除率≥80％，得到脱硫焙砂和含二氧化硫烟气；

(3)焙砂水浸：将步骤(2)后得到的脱硫焙砂用水或硫酸钾结晶母液浸出，焙砂中的钾被浸出，同时脱除焙砂中残余硫，浸出完成后固液分离得到硫酸钾溶液和水浸渣；

(4)蒸发结晶硫酸钾：将步骤(3)后得到的硫酸钾溶液蒸发浓缩，结晶得到硫酸钾产品，结晶母液返回步骤(3)循环浸出；

(5)低温低碱拜耳法浸出铝：将步骤(3)后所得到的水浸渣采用低温低碱拜耳法浸出，浸出完成后液固分离得到铝酸钠溶液和富硅渣。

(6)种分：将步骤(5)所得铝酸钠溶液种分得到氢氧化铝和种分母液，氢氧化铝煅烧得到氧化铝产品，种分母液返回步骤(5)；

(7)碳分：系统运行稳定后，根据步骤(5)中铝酸钠溶液钾浓度、镓浓度，定期抽取部分铝酸钠溶液碳分得到碳酸钠产品、碳酸钾产品、氢氧化铝和富镓沉积物，氢氧化铝煅烧得到氧化铝产品，富镓沉积物回收得到金属镓。

为保证好的焙烧脱硫效果和焙砂氧化铝的浸出活性，步骤(2)所述的高温快速还原脱硫，优选的焙烧温度700-850℃，焙烧时间0.1-10min，采用稀相流态化焙烧，焙烧过程熟明矾石粉中硫酸铝形式硫的脱除率≥90％。

为了降低碱浸所得铝酸钠溶液中的硫含量，以便于氧化铝的种分作业及保证氧化铝质量，步骤(3)所述的水浸，在水浸钾时，同时脱除焙砂中残余硫，水浸后所得的水浸渣含硫≤1％。

明矾石制备熟明矾石粉，发生如下反应①，脱除6个羟基水，生成硫酸铝钾和氧化铝。熟明矾石粉与煤混合还原焙烧，主要发生如下反应②，硫酸铝钾分解生成氧化铝和二氧化硫。先进行明矾石脱水，一方面先脱除水，保证还原时二氧化硫的浓度，减少有水蒸气时酸雾形成；另一方面，先脱除水，可以促进还原脱硫反应，因为如果未经脱水的明矾石和煤混合直接进行还原，由于反应①为先决条件，导致反应②进行不彻底，硫的脱除率低或者需要延长还原时间，残留的硫在后面低温低碱拜耳法提铝时不仅增加碱耗，而且影响种分作业和氧化铝产品质量，而延长还原反应时间，将使氧化铝发生晶型转变，降低浸出活性，后期水浸渣只能如CN103011206A“一种利用浮选尾矿中的明矾石生产硫酸钾及其副产品的方法”所述那样作为水泥生产原料外卖至水泥厂。

KAl₃(SO₄)₂(OH)₆＝KAl(SO₄)₂+Al₂O₃+3H₂O_(g) ①

KAl(SO₄)₂+3/4C＝1/2Al₂O₃+3/2SO_2(g)+1/2K₂SO₄+3/4CO_2(g) ②

本发明适用不同化学成分的明矾石矿物。下表是某明矾石精矿的主要化学成分。

成分

Al₂O₃

K₂O

S

SiO₂

TFe

CaO

Na

Ga*

含量/％

29.22

7.7

10.53

23.04

0.74

0.10

0.23

24g/t

本发明中的比例、百分比未经特殊说明的，均为质量比。

首先将明矾石矿粉在一定温度、时间下，进行焙烧制备熟明矾石粉。在按一定比例和固体还原剂混合均匀后，在一定温度下，进行熟明矾石粉的快速直接焙烧分解脱硫。制备熟明矾石粉和还原脱硫分别进行，一方面可提高炉气中SO₂的浓度，易于制酸，另一方面脱水后在还原剂的作用下可实现快速脱硫，以保证氧化铝的浸出活性。脱水脱硫焙砂进行水浸，焙烧中的钾被浸出，同时脱除焙砂中残余的硫，将焙砂中硫含量降至1％以下，水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品。对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出铝和镓。对溶出液进行种分回收氧化铝，种分母液返回溶出工序。定期对部分溶出液进行碳分，回收其中的铝、钾和镓，得到氧化铝、碳酸钾和碳酸钠以及富镓沉淀物。针对富镓沉淀物可采用常规工艺如石灰法、置换法、碳酸法、压解法等进行镓金属回收。低温低碱拜耳法的溶出渣可以作为建筑制品的硅质原料。我国规定硅酸盐建筑制品的硅质原料化学成分要求为：SiO₂≥65％、Fe₂O₃＜15％、MgO＜5％、Na₂O、K₂O＜2.5％、SO₃＜4％；而溶出渣中SiO₂≥65％，其他化学成分都远远低于标准要求。最终实现明矾石资源的综合利用目的。

明矾石矿粉，粒度为200目以下的占60-90％左右。在焙烧温度500-700℃，焙烧时间0.1-60min时脱除明矾石精矿的15％左右的物理水和羟基结合水。

步骤(2)中所述的还原剂为煤粉、煤矸石粉、煤气、天然气、硫磺或石油焦等低值含碳燃料中的一种或一种以上的混合物，优选煤，煤的加入量为熟明矾石粉质量的3-10％，熟明矾石粉与煤粉混合均匀后，在650-1000℃下进行快速焙烧脱硫，焙烧时间0.1-15min，以保证氧化铝的浸出活性。脱硫烟气可吸收制酸。

脱硫后的焙砂在温度20-90℃、时间5-60min、液固比2∶1-4∶1条件下浸出，使钾80％左右进入水浸液，铝富集在渣中。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品。结晶母液可返回加水浸出新焙砂。

对水浸渣进行低温低碱的拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度120-200℃，碱浓度100-220g/L，循环母液苛性比值αk3.0-3.8，时间20-60min，配料分子比αk1.1-1.5，石灰添加量0-10％。此时，铝的实际溶出率在80％左右，同时钾的溶出率为90％左右，总钾溶出率为99％左右，镓的溶出率为85％左右。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。低温低碱拜耳法的溶出渣SiO₂≥65％可以直接作为建筑制品的硅质原料。

本发明与传统还原热解法有很大改进，主要区别有：

采用相对比较便宜的固体还原剂煤，降低生产成本，工艺比较简单，不用建造煤气发生装置或使用价格高的天然气等。

熟明矾石粉还原焙烧采用稀相流态化焙烧，实现在高温下快速还原焙烧脱硫，快速脱硫有利于水浸时钾的高效浸出，同时保证氧化铝的浸出活性，并提高焙烧生产效率。

快速脱硫焙砂采用水浸提钾，使85％以上钾资源优先提取，硫酸钾溶液蒸发结晶可得到农业用国标硫酸钾产品。不进入后面低温低碱拜耳法铝系统，同时水浸渣中硫含量低于0.7％，符合拜耳法要求的硫含量，因为铝酸钠溶液中硫含量高，生产过程中会腐蚀设备，碱的损耗高，同时影响氧化铝的产品质量。

传统还原热解法是将脱硫焙砂直接进行碱浸，钾和铝一起进入溶出液，因硫酸钾的原因，硫含量在3.5％左右，同时在铝酸钠溶液中回收钾，需要进行排盐蒸发结晶，增加了系统的能耗损失，同时只得到粗钾盐，还需进行提纯处理。而本发明中85％以上的钾水浸提取且硫酸钾溶液纯度高，蒸发结晶后可得到国标硫酸钾产品。水浸渣中硫含量低，小于拜耳法对硫含量0.7％的要求。在低温低碱拜耳法溶出的钾浓度低，因此种分提铝后的种分母液可返回溶出，钾和镓在铝酸钠溶液中循环积累，富集到一定程度，定期抽取部分溶出液，进行碳分处理同时回收钾和镓金属。同时低温低碱拜耳法的溶出渣SiO₂≥65％，可以作为建筑制品的硅质原料。

因此，本发明在技术、设备和经济上都有巨大改进和提高，工艺适应性和应用性更合理，具有工艺简单、能耗低、成本低、不受规模限制等优点，并且使明矾石资源得到充分的综合利用。

附图说明

附图是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步说明。

选矿制备的粒度为200目以下占60-90％的明矾石精矿，在焙烧温度500-700℃，焙烧时间0.1-60min时得到熟明矾石粉。与质量百分比3-10％煤混合均匀后，在焙烧温度650-1000℃，焙烧时间0.1-15min时快速焙烧脱硫，以利于水浸时钾的高效浸出，同时保证氧化铝的浸出活性。脱硫烟气可吸收制酸。焙砂在浸出温度20-90℃，时间5-60min，液固比2∶1-4∶1时进行加水浸出，固液分离后，浸出液硫酸钾溶液蒸发结晶制备国标硫酸钾产品。水浸渣在溶出温度120-200℃，碱浓度100-220g/L，循环母液苛性比值αk3.0-3.8，时间20-60min，配料分子比α_k1.1-1.5，石灰添加量0-10％的条件下进行低温低碱拜耳法处理，溶出铝、钾和金属镓。溶出液进入种分工序，产出氢氧化铝产品，煅烧制备冶金级氧化铝，种分母液返回配料溶出工序。定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品后，碳分母液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。低温低碱拜耳法的溶出渣SiO₂≥65％，可以直接作为建筑制品的硅质原料。

以下用非限定性实施例对本发明的方法作进一步的说明，以有助于理解本发明的内容及其优点，而不作为对本发明保护范围的限定，本发明的保护范围由权利要求书决定。

实施例1

本试验选用的是粒度为200目占89％左右的明矾石精矿，在焙烧温度600℃，焙烧时间10min时，得到的熟明矾石粉与煤粉混合均匀，煤粉配比为熟明矾石粉质量的4％，在焙烧温度750℃，混合料焙烧时间5min内快速进行分解脱硫，硫酸铝形式硫的脱除率为88％。脱硫后的焙砂在浸出温度20℃，时间10min，液固比2∶1，钾85％进入水浸液，水浸渣含硫0.6％。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品，结晶母液可返回加水浸出新脱水脱硫焙砂。

对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度150℃，碱浓度150g/L，循环母液苛性比值α_k3.0，时间60min，石灰添加量3％。此时，铝的实际溶出率在75％，同时钾的溶出率为91％，总钾溶出率为98％，镓的溶出率为75％。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。

实施例2

本试验选用的是粒度为200目占85％左右的明矾石精矿，在焙烧温度650℃，焙烧时间30min时，得到的熟明矾石粉与煤粉混合均匀，煤粉配比为熟明矾石粉质量的8％，混合料在焙烧温度700℃，焙烧时间3min内快速进行分解脱硫，硫酸铝形式硫的脱除率为80％。脱硫后的焙砂在浸出温度20℃，时间10min，液固比4∶1，钾87％进入水浸液，水浸渣含硫0.7％。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品，结晶母液可返回加水浸出新脱水脱硫焙砂。

对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度135℃，碱浓度180g/L，循环母液苛性比值α_k3.5，时间40min，石灰添加量0％。此时，铝的实际溶出率在77％，同时钾的溶出率为92％，总钾溶出率为98.5％，镓的溶出率为81％。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。

实施例3

本试验选用的是粒度为200目占75％左右的明矾石精矿，在焙烧温度700℃，焙烧时间60min时，得到的熟明矾石粉与煤粉混合均匀，煤粉配比为熟明矾石粉质量的5％，混合料在焙烧温度750℃，焙烧时间8min内快速进行分解脱硫，硫酸铝形式硫的脱除率为90％。脱硫后的焙砂在浸出温度90℃，时间30min，液固比3∶1，钾89％进入水浸液，水浸渣含硫0.35％。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾，结晶母液可返回加水浸出新脱水脱硫焙砂。

对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度180℃，碱浓度120g/L，循环母液苛性比值α_k3.8，时间20min，石灰添加量4％。此时，铝的实际溶出率在80％，同时钾的溶出率为93％，总钾溶出率为99％，镓的溶出率为79％。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。

实施例4

本试验选用的是粒度为200目占75％左右的明矾石精矿，在焙烧温度550℃，焙烧时间60min时，得到的熟明矾石粉与煤粉混合均匀，煤粉配比为熟明矾石粉质量的10％，混合料在焙烧温度800℃，焙烧时间0.5min内快速进行分解脱硫，硫酸铝形式硫的脱除率为90％。脱硫后的焙砂在浸出温度90℃，时间30min，液固比3∶1，钾89％进入水浸液，水浸渣含硫0.3％。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品，结晶母液可返回加水浸出新脱水脱硫焙砂。

对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度180℃，碱浓度120g/L，循环母液苛性比值α_k3.8，时间20min，石灰添加量4％。此时，铝的实际溶出率在80％，同时钾的溶出率为93％，总钾溶出率为99％，镓的溶出率为83％。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。

实施例5

本试验选用的是粒度为200目占75％左右的明矾石精矿，在焙烧温度550℃，焙烧时间60min时，得到的熟明矾石粉与煤粉混合均匀，煤粉配比为熟明矾石粉质量的10％，混合料在焙烧温度850℃，焙烧时间0.2min内快速进行分解脱硫，硫酸铝形式硫的脱除率为92％。脱硫后的焙砂在浸出温度90℃，时间30min，液固比3∶1，钾89％进入水浸液，水浸渣含硫0.3％。对水浸液进行蒸发结晶得到硫酸钾产品，结晶母液可返回加水浸出新脱水脱硫焙砂。

对水浸渣进行低温低碱拜耳法溶出，溶出条件为：溶出温度180℃，碱浓度120g/L，循环母液苛性比值α_k3.8，时间20min，石灰添加量4％。此时，铝的实际溶出率在82％，同时钾的溶出率为93％，总钾溶出率为99％，镓的溶出率为83％。对溶出液进行种分，得到氢氧化铝产品，煅烧后制备冶金级氧化铝产品，种分母液返回配料溶出新矿。系统运行稳定后，根据溶出液中钾浓度、镓浓度，定期抽取部分溶出液进行碳分处理，制备氢氧化铝产品，碳分后液进行蒸发结晶分离出碳酸钾、碳酸钠和富镓沉淀物。对富镓沉淀物进行金属镓的回收。

Claims

1.明矾石高温快速还原脱硫回收铝、钾和镓的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述明矾石矿粉是明矾石矿经破碎细磨后的明矾石矿粉，或者是通过选矿得到的明矾石精矿粉，矿粉粒度为200目以下的占60-90％。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的还原剂为煤粉、煤矸石粉、煤气、天然气、石油焦或硫磺中的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的还原剂为煤粉，煤粉配比为熟明矾石粉质量的3-10％。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的流态化焙烧为稀相流态化焙烧，焙烧炉为循环流态化焙烧炉、气态悬浮焙烧炉或流态闪速焙烧炉中的一种，焙烧温度700-850℃，焙烧时间0.1-10min，焙烧过程熟明矾石粉中硫酸铝形式硫的脱除率≥90％。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中焙砂水浸的条件为：温度20-90℃，时间5-60min，液固比2:1-4:1。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(5)中低温低碱拜耳法浸出铝的条件为：溶出温度120-200℃，碱浓度100-220g/L，循环母液苛性比值α_k3.0-3.8，时间20-80min，配料分子比αk1.1-1.5，石灰添加量0-10％。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中所述得到焙砂水浸提钾，水浸后所得的水浸渣含硫≤1％。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包括步骤(6)种分：将步骤(5)所得铝酸钠溶液种分得到氢氧化铝和种分母液，氢氧化铝煅烧得到氧化铝产品，种分母液返回步骤(5)循环浸出用。

10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包括步骤(7)碳分：系统运行稳定后，根据步骤(5)中铝酸钠溶液钾浓度、镓浓度，定期抽取部分铝酸钠溶液碳分得到碳酸钠产品、碳酸钾产品、氢氧化铝和富镓沉积物，氢氧化铝煅烧得到氧化铝产品，富镓沉积物回收得到金属镓。