CN104591241B - 一种石灰烧结处理方法及用该方法制得的熟料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石灰烧结处理方法及用该方法制得的熟料，属于氧化铝生产技术领域，该方法将铝土矿、硫酸钙，以及含有氧化镁杂质的石灰石混合并烧结，烧结时在1300～1400℃的温度下保温15～120分钟，然后冷却即得熟料，所得熟料含有Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和MgO等成分，其物相组成主要包含3CaO?3Al2O3?CaSO4、12CaO?7Al2O3、2CaO?SiO2和MgO。本方法成本低廉、实施方便、简单有效，它能够使熟料中的氧化镁主要以方镁石的形式析出，并提高熟料中氧化铝的浸出性能，具有较好的经济及社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝生产技术领域。
背景技术
随着我国铝工业的快速发展，铝土矿资源短缺的问题日益严重。目前氧化铝厂多采用碱石灰烧结法处理中低品位铝土矿，由于氧化铝浸出过程中二次反应现象严重，熟料的氧化铝浸出率并不高。处理铝土矿的另一种方法是石灰烧结法。所谓石灰烧结法，是一种在铝土矿中添加石灰石进行烧结的方法，该方法所得熟料的主要物相组成是12CaO•7Al2O3（C12A7）和γ-2CaO•SiO2（γ-C2S）。与碱石灰烧结法比较，石灰烧结法生产氧化铝可以处理多种低品位含铝矿石或原料，尤其是储量非常丰富的高铁铝土矿和粉煤灰，而且具有炉渣自粉碎、干法烧结等其它氧化铝生产方法所不可比拟的优点。
但是，低品位铝土矿以及烧结过程中添加的石灰、煤粉等成分中通常含有MgO杂质，在使用石灰烧结法时，MgO会和体系中的CaO、Al2O3、SiO2等形成四元系化合物20CaO·13Al2O3·3MgO·3SiO2，从而影响熟料的Al2O3浸出率。当熟料中MgO含量达到1%时，熟料的浸出率会从85%左右降低至75%左右（王波, 于海燕, 苗瑜 等. MgO对铝酸钙炉渣体系浸出和自粉性能的影响[J]. 轻金属, 2008 (4): 11-13.）。此外，Eremin对MgO影响Al2O3浸出率的研究表明，MgO的负作用与其含量成正比，同时钙比越低，MgO的负作用也越大（N.I.Eremin. Investgations
on the complex processing of bauxites[C]. Symposium of ICSOBA, Budapest, 1971：329-335.）。
针对上述问题，Eremin和王波都提出了通过提高熟料钙比来改善含MgO熟料的氧化铝浸出性能的方法（N.I.Eremin. Investgations on the complex processing
of bauxites[C]. Symposium of ICSOBA, Budapest, 1971：329-335. Bo W, Hui-lanl S,
Dong G, et al. Effect of Calcium/Aluminium ratio on MgO containing calcium aluminate slags[J]. Light Metals 2011, 2011: 201-204.），并取得了一定的效果。但是熟料体系的钙比达到2.0左右时，石灰配入量太大，浸出渣量大。
目前，现有技术中还不存在一种既能将钙比控制在较低水平，又能提高熟料中氧化铝浸出性能的烧结方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种石灰烧结处理方法及用该方法制得的熟料，该方法成本低廉、实施方便、简单有效，它能够使熟料中的氧化镁主要以方镁石的形式析出，并提高熟料中氧化铝的浸出性能，具有较好的经济及社会效益。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种石灰烧结处理方法，该方法将铝土矿、硫酸钙，以及含有氧化镁杂质的石灰石混合并烧结，烧结时在1300～1400℃的温度下保温15～120分钟，然后冷却即得熟料。
作为优选，铝土矿与石灰石的钙比为1.2～1.6；钙比即钙铝比C/A，其数值为扣除与SiO2、TiO2和Fe2O3相结合的CaO后，剩余的CaO与Al2O3的摩尔比，实际加入的石灰石量既要考虑与Al2O3结合的CaO量，也要考虑与SiO2、TiO2和Fe2O3相结合的CaO量。
作为优选，硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的2%～10%。
作为优选，上述铝土矿以质量百分比表示的化学组成为：Al2O3 40%～60%，SiO2 10%～20%，Fe2O3 7%～15%，其余为杂质。
作为优选，上述石灰石以质量百分比表示的化学组成为：CaO 40%～60%，MgO 0.5%～4%，其余为杂质。
作为优选，上述冷却的方式为自然冷却。
一种熟料，它由上述任一种方法制得，其含有如下成分：Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和MgO，此外还含有一定量的杂质；其物相组成主要包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO，此外还包含2CaO•Fe2O3和CaO•TiO2等成分。
作为优选，上述各成分的质量百分比为：Al2O3 25%～36%，SiO2 7%～15%，Fe2O3
4%～10%，CaO 44%～50%，MgO 0.5%～3.5%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明创造性地在待烧结原料中加入了硫酸钙，使得熟料中氧化铝的主要赋存物相由20CaO·13Al2O3·3MgO·3SiO2转变为3CaO•3Al2O3•CaSO4和12CaO•7Al2O3，氧化镁则主要以方镁石的形式析出，从而提高了熟料中氧化铝的浸出性能。
现有技术中由于氧化镁杂质的存在，使得石灰烧结法的应用受到限制，虽然可以通过提高钙比来改善熟料的氧化铝浸出性能，但同时也会造成浸出渣量过大的问题。本发明方法正是在现有的石灰烧结法基础之上做出改进，其具有成本低廉、简单有效、实施方便等优点，能够带来更好的经济及社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
将100 kg低品位铝土矿破碎研磨，该低品位铝土矿以质量百分比计的化学组成为：Al2O3 55.5%、SiO2
20.8%、Fe2O3 7.5%，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85%以上；然后按照钙比C/A=1.4配入石灰石，石灰石的加入量为170 kg，石灰石以质量百分比表示的化学组成为：CaO 50.9%、MgO 2.6%，其余为杂质；硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的4%；将物料混合，为模拟回转窑的烧结过程，从室温开始加热，以10℃/min的升温速度将烧结温度升至1000℃，然后以20℃/min的升温速度将温度升至1400℃，并在此温度下保温30分钟，而后炉内自然冷却；所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料中粒度小于0.074mm的颗粒可达90%以上；熟料以质量百分比表示的主要化学组成为：Al2O3
31.24%，SiO2 11.71%，Fe2O3
4.22%，CaO 48.83%，MgO 2.49%；熟料的物相组成主要包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO，此外还含有少量2CaO•Fe2O3和CaO•TiO2。
将熟料用碳酸钠溶液进行氧化铝浸出，浸出温度为75℃，时间为30min，碳酸钠溶液浓度为1.29 mol/L；浸出结束后进行过滤，对浸出后的滤液和滤渣分别进行成分分析，分析得出，氧化铝浸出率达85.63%。
作为对比，将钙比C/A设为2.0，石灰石的加入量为206
kg，原料中不加入硫酸钙，并保证其他条件相同，重复上述实验，得到氧化铝的浸出率为71.16%。
可见，加入硫酸钙后氧化铝的浸出率提高了近15个百分点；同时，石灰石配入量下降了17%左右。
实施例2：
将100 kg低品位铝土矿破碎研磨，该低品位铝土矿以质量百分比计的化学组成为：Al2O3 50.3%、SiO2
14.7%、Fe2O3 10.2%，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85%以上；然后按照钙比C/A=1.2配入石灰石，石灰石的加入量为117 kg，石灰石以质量百分比表示的化学组成为：CaO 57.8%、MgO 3.9%，其余为杂质；硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的10%；将物料混合，并从室温开始加热，先以10℃/min的升温速度将烧结温度升至1000℃，然后以20℃/min的速度升温至1400℃，并在此温度下保温15分钟，而后炉内自然冷却；所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料中粒度小于0.074mm的颗粒可达90%以上；熟料以质量百分比表示的主要化学组成为：Al2O3
33.33%，SiO2 9.74%，Fe2O3
6.76%，CaO 44.87%，MgO 3.03%；物相组成主要包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO，此外还含有少量2CaO•Fe2O3和CaO•TiO2。
将熟料用碳酸钠溶液进行氧化铝浸出，浸出温度为70℃，时间为10 min，碳酸钠溶液浓度为1.61 mol/L；浸出结束后进行过滤，对浸出后的滤液和滤渣分别进行成分分析，分析得出，氧化铝浸出率达86.28%。
作为对比，将钙比设为2.0，石灰石的加入量为155 kg，原料中不加入硫酸钙，并保证其他条件相同，重复上述实验，得到氧化铝的浸出率为72.48%。
可见，配入硫酸钙后氧化铝的浸出率提高了近14个百分点；同时，石灰石配入量下降了24%左右。
实施例3：
将100 kg低品位铝土矿破碎研磨，该低品位铝土矿由具有相应质量分数的如下成分组成：Al2O3 41.8%、SiO2
19.2%、Fe2O3 14.7%，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85%以上；然后按照钙比C/A=1.4配入石灰石，石灰石的加入量为185 kg，石灰石以质量百分比计的化学组成为：CaO 42.3%、MgO 0.6%，其余为杂质；硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的4%；将物料混合并烧结，烧结时在1375℃的温度下保温60分钟，而后炉内自然冷却；所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料中粒度小于0.074mm的颗粒可达90%以上；熟料中含有以质量分数计的如下成分：Al2O3
26.58%，SiO2 12.21%，Fe2O3
9.35%，CaO 49.77%，MgO 0.71%；熟料的物相组成主要包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO，此外还含少量2CaO•Fe2O3和CaO•TiO2。
将熟料用碳酸钠溶液进行氧化铝浸出，浸出温度为70℃，时间10min，碳酸钠溶液浓度为1.61
mol/L；浸出结束后进行过滤，对浸出后的滤液和滤渣分别进行成分分析，分析得出，氧化铝浸出率达87.34%。
作为对比，将配钙比设为2.0，石灰石的加入量为217 kg，原料中不加入硫酸钙，并保证其他条件相同，重复上述实验，得到氧化铝的浸出率为75.62%。
可见，配入硫酸钙后氧化铝的浸出率提高了近12个百分点；同时，石灰石配入量下降了15%左右。
实施例4：
将100 kg低品位铝土矿破碎研磨，该低品位铝土矿以质量百分比计的成分为：Al2O3 58.7%、SiO2
11.8%、Fe2O3 7.8%，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85%以上；然后按照钙比C/A=1.6配入石灰石，石灰石的加入量为142 kg，石灰石以质量百分比表示的化学组成为：CaO 55.8%、MgO 1.5%，其余为杂质；硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的2%；将物料混合并烧结，烧结时在1300℃的温度下保温120分钟，而后炉内自然冷却；所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料中粒度小于0.074mm的颗粒可达90%以上；熟料包含以质量百分比计的如下成分：Al2O3
35.69%，SiO2 7.18%，Fe2O3
4.74%，CaO 48.07%，MgO 1.29%；熟料的物相组成主要包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO，此外还含少量2CaO•Fe2O3和CaO•TiO2。
将熟料用碳酸钠溶液进行氧化铝浸出，浸出温度为70℃，时间10min，碳酸钠溶液浓度为1.61
mol/L；浸出结束后进行过滤，对浸出后的滤液和滤渣分别进行成分分析，分析得出，氧化铝浸出率达86.45%。
作为对比，将钙比设为2.0，石灰石的加入量为165 kg，原料中不加入硫酸钙，并保证其他条件相同，重复上述实验，得到氧化铝的浸出率为74.38%。
可见，配入硫酸钙后氧化铝的浸出率提高了约12个百分点；同时，石灰石配入量下降了14%左右。
本发明针对MgO杂质影响熟料中Al2O3浸出的问题，提供了一种新型的石灰烧结处理方法，该方法通过添加硫酸钙而改变了烧结熟料的物相组成，改善了熟料中氧化铝的浸出性能，并降低了石灰石配入量和渣量，具有较好的经济及社会效益。
Claims (6)
1.一种石灰烧结处理方法，其特征在于：将铝土矿、硫酸钙，以及含有氧化镁杂质的石灰石混合并烧结，烧结时在1300～1400℃的温度下保温15～120分钟，然后冷却即得熟料；其中，铝土矿与石灰石的钙比为1.2～1.6:1，硫酸钙的添加量为铝土矿与石灰石总质量的2%～10%；所述钙比为扣除与SiO2、TiO2和Fe2O3相结合的CaO后，剩余的CaO与Al2O3的摩尔比。
2.根据权利要求1所述的石灰烧结处理方法，其特征在于：所述铝土矿以质量百分比计的化学组成为：Al2O3 40%～60%，SiO2 10%～20%，Fe2O3 7%～15%，其余为杂质。
3.根据权利要求1所述的石灰烧结处理方法，其特征在于：所述石灰石以质量百分比计的化学组成为：CaO 40%～60%，MgO 0.5%～4%，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的石灰烧结处理方法，其特征在于：所述冷却的方式为自然冷却。
5.一种熟料，其特征在于：由权利要求1～4中的任一种方法制得，其含有如下成分：Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和MgO；其物相组成包含3CaO•3Al2O3•CaSO4、12CaO•7Al2O3、2CaO•SiO2和MgO。
6.根据权利要求5所述的熟料，其特征在于：所述各成分的质量百分比为：Al2O3 25%～36%，SiO2 7%～15%，Fe2O3 4%～10%，CaO 44%～50%，MgO 0.5%～3.5%。
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