CN104591242A - 一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法 - Google Patents

一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，涉及氧化铝生产技术领域。将石灰石与中低品位铝土矿混合，使与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75～0.95；并在上述石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入占石灰石与中低品位铝土矿总质量1～5%的硫酸钙；然后置于炉内，从1000℃开始，以15～30℃/min的升温速度进行快速升温烧结，至1325～1375℃，然后在1325～1375℃保温15～60分；最后冷却，得到熟料。本发明熟料溶出率高，可大幅度降低石灰石配入量和溶出产生的渣量，缩短烧结时间和降低单位熟料烧结所需能耗，提高了生产效率。

Description

一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝生产技术领域。
背景技术
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，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，它具有原料来源广泛，熟料烧结过程不必配碱，碳分母液不进入烧结，只在湿法阶段循环，而可以采用能耗更低的干法烧结的特点，还可以避免烧结过程中碱金属在回转窑中挥发结疤的情况。烧结熟料具有自粉化性能，可以减少磨矿工序的能耗；溶出渣含碱量低，可以制取廉价的水泥，利于赤泥的有效回收利用。石灰烧结法可用于处理铝硅比小于5的中低品位铝土矿、赤泥以及铁铝共生矿等，这对于我国氧化铝工业可持续发展具有重要的意义。
石灰烧结法处理中低品位铝土矿工艺虽然具有很多的优点，但是目前尚未实现工业化。物料流量大、渣量大和氧化铝溶出率不高是影响其工业化的主要因素。物料流量大的主要原因是中低品位铝土矿中的Al2O3和SiO2要和石灰石中的CaO反应形成12CaO·7Al2O3和γ-2CaO·SiO2，此时熟料的配钙比（配钙比即钙铝比C/A，为扣除与SiO2、TiO2和Fe2O3结合的CaO，剩余CaO与Al2O3的摩尔比）为1.71，这需要消耗大量的石灰石并产生较大的物料流量。以铝硅比A/S=2.5（Al2O3和SiO2的质量比）的低品位铝土矿为例，生产一吨氧化铝需要消耗铝土矿2t，石灰石4.5t，产生溶出渣3.2t。 另外，石灰烧结法的氧化铝溶出率不高，佟志芳等人，以及孙会兰等人尝试了用微波辐射、超声波等方法强化溶出铝酸钙渣，氧化铝溶出率均未达到85%以上，溶出效果不理想。（佟志芳, 毕诗文, 于海燕, 等. 微波作用下铝酸钙炉渣非等温浸出动力学. 中国有色金属学报, 2006, 16(2): 357-362. 孙会兰, 于海燕, 王波, 等. 超声波强化溶出 12CaO·7Al2O3 的研究. 东北大学学报: 自然科学版, 2009, 29(12): 1729-1733.）。
为了降低石灰烧结法的配钙比，并提高熟料的氧化铝溶出率，肖玮对铝硅比A/S=5（Al2O3和SiO2的质量比）的熟料进行了石灰烧结法提铝试验，结果表明在1320℃，钙铝比C/A=1.4时熟料具有最佳的溶出率83.75%。（肖玮, 刘卫, 张念炳, 等. 中等品位铝土矿石灰烧结法提铝试验研究. 贵州工业大学学报: 自然科学版, 2009, 37(5): 41-43.）。该研究虽然在一定程度上降低了熟料的石灰配比，但熟料的氧化铝溶出率与碱石灰烧结法相比仍较低。
由此可见，传统石灰烧结生产氧化铝工艺由于受到熟料物相12CaO·7Al2O3的限制，石灰配比最多只能从理论值1.71下降到1.4，溶出率很难超过85%。
申请号为88104065.7的中国专利报道了一种适于高铝硅比铝土矿的石灰石(石灰)烧结法，烧结过程的钙铝比为1.0~2.0之间，在一定程度上降低了石灰的配入量，但该方法主要适用于A/S大于8的铝土矿，而不适用于A/S小于5的中低品位铝土矿。申请号为02133714.4的中国专利报道了一种生产氢氧化铝的新方法，该方法将钙铝比降低到了1.0，该方法同样主要适用于A/S大于8的铝土矿，对于A/S小于5的中低品位铝土矿，该文献并未作明确论述和举出实施例。
目前，随着氧化铝产量的迅速增长，高品位铝土矿日渐短缺。中低品位铝土矿的石灰烧结法生产氧化铝对于我国氧化铝工业可持续发展具有重要的意义。
鉴于此，需要研制一种适于中低品位铝土矿的新型石灰烧结处理工艺，以提高熟料的氧化铝溶出率，降低烧结过程中的钙铝比和溶出过程中的渣量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，该方法熟料溶出率高，可大幅度降低石灰石配入量和溶出产生的渣量，缩短了烧结时间和降低了单位熟料烧结所需能耗，提高了生产效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括将石灰石与中低品位铝土矿混合，使与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75～0.95；并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的1%～5%；然后置于炉内，从1000℃开始，以15℃～30℃/min的升温速度进行快速升温烧结，至1325℃～1375℃，然后在1325℃～1375℃保温15 min～60min；最后冷却，得到熟料。
优选的，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.95。
优选的，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的2%～4%。
优选的，从1000℃开始，以15℃～25℃/min的升温速度进行快速升温烧结，至1350℃，然后在1350℃保温30min。
优选的，石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75～0.95。
优选的，冷却为在炉内自然冷却或在炉外自然冷却。
优选的，中低品位铝土矿的铝硅比A/S为1.5～5.0。
进一步优选的，中低品位铝土矿的铝硅比A/S为2.5～3.5。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明采用低钙铝比后，熟料的物相组成由12CaO·7Al2O3转变为CaO·Al2O3，氧化铝溶出率提高了5~10%，石灰配入量降低了15~30%，溶出渣量降低了15%~20%。
（2）本发明采用快速升温烧结，促进了含氧化铝的物相向CaO·Al2O3的转变，与传统石灰烧结法和碱石灰烧结法相比缩短了烧结时间和降低了单位熟料烧结所需能耗，提高了生产效率。
（3）本发明少量硫酸钙的配入主要是为了降低钙铝比，使其降低至0.95以下，并促进CaO·Al2O3的形成。
（4）本发明炉外自然冷却时间为半小时左右，而传统的炉内自然冷却的时间为6-8小时，提高了生产效率，并且炉外自然冷却不会影响氧化铝溶出率和溶出渣量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1是本发明中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料生产氧化铝的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括下列步骤：
首先，将质量百分比为：Al2O3 55.5%、SiO2 21.8%、Fe2O3 7.5%、其余为杂质的中低品位铝土矿破碎研磨至粒度为-0.074mm占85%以上后，将石灰石与中低品位铝土矿混合，石灰石中有效CaO含量为51%，石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.95，并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的3%。
 然后，置于炉内，从1000℃开始，以20℃/min的升温速度进行快速升温烧结至1350℃，然后在1350℃保温30min。
最后，在炉内自然冷却，得到熟料。
所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料粒度-0.074mm可达90%以上。
将得到的熟料置于摩尔浓度为1.29mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出试验：溶出温度为75℃，时间30min。溶出结束后，对溶出后滤液和滤渣进行成分分析，氧化铝溶出率达93.90%，与传统石灰烧结法相比，氧化铝溶出率提高了近10%。以生产1t氧化铝为基准进行计算，传统石灰烧结法需要消耗石灰石4.4t，产生废渣3.2t；本发明方法需要消耗石灰石3.4t，产生废渣2.7t，同比下降了22.7%和15.6%。
实施例2
一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括下列步骤：
首先，将质量百分比为：Al2O3 32.5%、SiO2 19.6%、Fe2O3 10%、其余为杂质的中低品位铝土矿破碎研磨至粒度为-0.074mm占85%以上后，将石灰石与中低品位铝土矿混合，石灰石中有效CaO含量为51%，石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/ Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75，并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的5%。
然后，置于炉内，从1000℃开始，以30℃/min的升温速度进行快速升温烧结至1375℃，然后在1375℃保温15min。
最后，在炉外自然冷却，得到熟料。
所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料粒度-0.074mm可达90%以上。
将得到的熟料置于摩尔浓度为1.29mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出试验：溶出温度为75℃，时间30min。溶出结束后，对溶出后滤液和滤渣进行成分分析，氧化铝溶出率达91.45%，与传统石灰烧结法相比，氧化铝溶出率提高了近10%。以生产1t氧化铝为基准进行计算，传统石灰烧结法需要消耗石灰石4.5t，产生废渣3.5t；本发明的工艺流程需要消耗石灰石3.5t，产生废渣2.9t，同比下降了22.2%和17.1%。
实施例3
一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括下列步骤：
首先，将质量百分比为：Al2O3 52.5%、SiO2 10.6%、Fe2O3 5%、其余为杂质的中低品位铝土矿破碎研磨至粒度为-0.074mm占85%以上后，将石灰石与中低品位铝土矿混合，石灰石中有效CaO含量为51%，石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.85，并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的2%。
 然后，置于炉内，从1000℃开始，以15℃/min的升温速度进行快速升温烧结至1325℃，然后在1325℃保温60min。
最后，在炉外自然冷却，得到熟料。
所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料粒度-0.074mm可达90%以上。
将得到的熟料置于摩尔浓度为1.29mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出试验：溶出温度为75℃，时间30min。溶出结束后，对溶出后滤液和滤渣进行成分分析，氧化铝溶出率达90.82%，与传统石灰烧结法相比，氧化铝溶出率提高了近10%。以生产1t氧化铝为基准进行计算，传统石灰烧结法需要消耗石灰石4.4t，产生废渣2.9t；本发明的工艺流程需要消耗石灰石2.9t，产生废渣2.3t，同比下降了19.3%和20.69%。
实施例4
一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括下列步骤：
首先，将质量百分比为：Al2O3 49.4%、SiO2 14.1%、Fe2O3 12.0%、其余为杂质的中低品位铝土矿破碎研磨至粒度为-0.074mm占85%以上后，将石灰石与中低品位铝土矿混合，石灰石中有效CaO含量为51%，石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.90，并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的4%。
 然后，置于炉内，从1000℃开始，以25℃/min的升温速度进行快速升温烧结至1350℃，然后在1350℃保温30min。
最后，在炉内自然冷却，得到熟料。
所得熟料中由于有γ-2CaO·SiO2的存在，熟料发生自粉化，熟料粒度-0.074mm可达90%以上。
将得到的熟料置于摩尔浓度为1.29mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出试验：溶出温度为75℃，时间30min。溶出结束后，对溶出后滤液和滤渣进行成分分析，氧化铝溶出率达92.48%，与传统石灰烧结法相比，氧化铝溶出率提高了近10%。以生产1t氧化铝为基准进行计算，传统石灰烧结法需要消耗石灰石3.88t，产生废渣3.0 t；本发明方法需要消耗石灰石2.89 t，产生废渣2.4 t，同比下降了25.5%和20%。

Claims (8)

1.一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，包括将石灰石与中低品位铝土矿混合，其特征在于：使与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75～0.95；并在上述得到的石灰石与中低品位铝土矿混合物中配入硫酸钙，硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的1%～5%；然后置于炉内，从1000℃开始，以15℃～30℃/min的升温速度进行快速升温烧结，至1325℃～1375℃，然后在1325℃～1375℃保温15 min～60min；最后冷却，得到熟料。
2.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于：与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.95。
3.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于：硫酸钙的配入量为石灰石与中低品位铝土矿总质量的2%～4%。
4.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于：从1000℃开始，以15℃～25℃/min的升温速度进行快速升温烧结，至1350℃，然后在1350℃保温30min。
5.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于：石灰石与中低品位铝土矿混合比例按以下方法计算：与中低品位铝土矿中的SiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/SiO2=2，与中低品位铝土矿中的TiO2反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/TiO2=1，与中低品位铝土矿中的Fe2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为 CaO/Fe2O3=2，与中低品位铝土矿中的Al2O3反应所用的石灰石中的CaO的摩尔比为CaO/Al2O3=0.75～0.95。
6.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于所述冷却为在炉内自然冷却或在炉外自然冷却。
7.根据权利要求1所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于所述中低品位铝土矿的铝硅比A/S为1.5～5.0。
8.根据权利要求7所述的一种中低品位铝土矿低钙铝比石灰烧结制备熟料的方法，其特征在于所述中低品位铝土矿的铝硅比A/S为2.5～3.5。
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