CN105197971A - 采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，包括以下步骤：将粒度为50～100目的低品铝土矿颗粒和氟化氢气体置于流化床反应器中，在室温～110℃反应10～30min，得到脱硅固体残渣；用清水洗涤过滤所述脱硅固体残渣，得到高品铝土矿。上述方法是一种十分有效地从低品铝土矿中脱除硅的工艺，可以提高低品铝土矿的铝硅比，有利于后续充分利用低品铝土矿。
Description
技术领域
本发明涉及一种低品质铝土矿处理工艺方法，尤其涉及一种低品铝土矿的脱硅工艺。
背景技术
铝土矿是一种化学成分变化很大、组成非常复杂的含铝矿物，主要化学成分有Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，并且含有少量的K2O、MgO、CaO、S、Ga、V、Cr、P等杂质。随着国民经济的快速持续发展，铝工业也快速地发展着，如此较好地满足了国民经济建设和社会发展的需要，但随之也带来了资源和能源大量消耗的问题。特别是铝土矿资源贫乏问题，已成为制约我国铝工业持续发展的瓶颈问题。据统计，2001~2007年间，我国用于氧化铝生产的铝土矿品位显著下降，矿石铝硅比从平均约10下降至平均不到7，由于2008年新的氧化铝厂的投产，更加剧了资源的紧张局面，矿石平均铝硅比已降至6以下。
目前，我国铝土矿的处理方法有选矿拜耳法、石灰拜耳法、富矿烧结法、混联法、串联法等。但是这些方法生产工艺复杂、生产成本高、综合效益差，随着高品铝土矿资源的越来越少，这些问题更加明显。因此，仅仅依靠高品铝土矿已难以维持国内氧化铝生产企业的可持续发展，对低铝硅比的铝土矿进行综合利用的需求日益高涨。然而，对低品铝土矿的利用而言，其中的硅含量比较高，硅元素是影响低品铝土矿的利用的重要因素之一。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，以解决上述问题。
本发明提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，包括以下步骤：将粒度为50～100目的低品铝土矿颗粒和氟化氢气体置于流化床反应器中，在室温～110℃反应10～30min，得到脱硅固体残渣；用清水洗涤过滤所述脱硅固体残渣，得到高品铝土矿。
其中，所述低品铝土矿中的铝硅比小于等于7。所述低品铝土矿的原矿中以氧化铝、二氧化硅等为主要成分，并含有氧化钾、氧化钛、氧化铁等杂质，而且所述低品铝土矿中的各元素基本上是以氧化物形式存在的，其中的氧化铝具体地主要可分为一水硬铝石、三水铝石和一水软铝石。因此，本文中的“硅的脱除率”和“脱硅率”均是指二氧化硅的脱除率，“铝含量”是指氧化铝含量，“铝的回收率”是指氧化铝的回收率，“硅含量”是指氧化硅的含量。低品铝土矿原矿中含有一水硬铝石、部分三水铝石和部分一水软铝石。所述室温的温度为10～40℃。另外，本文中所述的“氟化氢气体”是指无水氟化氢气体。
基于上述，所述低品铝土矿颗粒是通过依次对低品铝土矿原矿进行破碎、研磨处理而得到的。
基于上述，得到所述脱硅固体残渣的步骤包括：先将粒度为50～100目的所述低品铝土矿颗粒置于所述流化床反应器中，再向所述流化床反应器中通入所述氟化氢气体，在负压条件下，控制反应温度为20～40℃，所述氟化氢气体在所述流化床反应器中停留10～20min，以去除所述低品铝土矿颗粒中的硅元素和部分铁元素，得到所述脱硅固体残渣。其中，该步骤涉及的反应方程式为：
Fe2O3+HF=FeF3+3H2O，SiO2+4HF=SiF4+2H2O。
由于在脱硅过程中使用氟化氢气体作为反应物，为了防止所述流化床反应器受到酸腐蚀，该流化床反应器应采用聚四氟乙烯作为衬层。
基于上述，所述负压的真空度为0.08～0.1MPa。这主要是因为在脱硅过程中会有氟化硅气体产生，所以，在所述低品铝土矿颗粒发生分解时，所述流化床反应器是处于负压状态的。
基于上述，所述清水的温度为80～90℃。所述脱硅固体残渣用清水清洗可以利用其中残留的氟化氢最大程度地除去残留在该脱硅固体残渣中的部分钛、铁等元素，而且还可以减少除硅元素后矿石中氟元素的含量。
与现有技术相比，本发明提供的低品铝土矿脱硅工艺主要是利用化学浮选法，由于铝土矿中的铝几乎以一水硬铝石的形式存在，而一水硬铝石在低温下比较稳定，不与酸碱反应，矿石中的铁等可溶性元素却可以用酸除去。二氧化硅能和氟化氢反应，因此，利用低品铝土矿颗粒与氟化氢气体在流化床反应器中充分接触反应，可以除去所述低品铝土矿颗粒中的绝大部分的硅元素以及一些酸溶性杂质，如氧化铁，甚至可以使硅的脱除率可达到98.84%，从而提高低品铝土矿的铝硅比，得到所述高品铝土矿，且该高铝硅比的铝土矿的铝硅比大于10；该脱硅工艺基本上只有两个工艺步骤就可以完成，因此，本发明提供的方法比较简单，易操作；而且能够提高铝土矿的铝硅比，有利于低品铝土矿的充分利用。
附图说明
图1是本发明提供的采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺流程图。
图2是低品铝土矿颗粒的粒度对高品铝土矿产品组分的影响曲线图。
图3是低品铝土矿颗粒与氟化氢气体的反应温度对高品铝土矿产品组分的影响曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，包括以下步骤：提供如表1所示的低品铝土矿原矿，并将之置于破碎机中进行破碎，然后将破碎后的低品铝土矿置于研磨机中进行研磨，得到粒度为100目的低品铝土矿颗粒；取所述100目低品铝土矿颗粒10.00g置于流化床反应器中，将氟化氢气体通入110℃的所述流化床反应器中，反应30min，得到脱硅固体残渣；用80℃清水清洗、过滤所述脱硅固体残渣，得到6.969g高品铝土矿产品。采用X射线荧光分析法分析知道：高品铝土矿产品中SiO2含量为0.18%，硅的脱除率为99.61%，氟元素的含量为42.89%，Al2O3含量为52.33%。
表1低品铝土矿原矿的组分
| 组分 | Al2O3 | SiO2 | K2O | TiO2 | Fe2O3 | 其他 | 烧减 |
| 含量/% | 46.14 | 32.42 | 2.48 | 3.21 | 2.72 | 1.31 | 11.70 |
实施例2
本发明第二实施例提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，其与第一实施例的不同之处在于：
所述低品铝土矿颗粒和氟化氢气体的反应温度为70℃，反应15min得到脱硅固体残渣，并依次用85℃清水清洗、干燥所述脱硅固体残渣得到5.400g高品铝土矿产品。采用X射线荧光分析法分析知道：高品铝土矿产品中SiO2含量为1.41%，硅的脱除率为97.65%，氟元素的含量为23.41%，Al2O3含量为68.53%。
实施例3
本发明第三实施例提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，其与第一实施例的不同之处在于：
所述低品铝土矿颗粒和氟化氢气体的反应温度为20℃，反应20min得到脱硅固体残渣，所述脱硅固体残渣依次经过90℃清水清洗、干燥得到5.410g高品铝土矿产品。采用X射线荧光分析法分析知道：高品铝土矿产品中SiO2含量为5.19%，硅的脱除率为91.33%，氟元素的含量为19.80%，Al2O3含量为65.20%。
实施例4
本发明第四实施例提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，其与第一实施例的不同之处在于：
所述低品铝土矿颗粒的粒度为50目，其和氟化氢气体的反应温度为30℃，反应20min得到脱硅固体残渣，所述脱硅固体残渣经过85℃清水清洗、干燥得到5.350g高品铝土矿产品。采用X射线荧光分析法分析知道：高品铝土矿产品中SiO2含量为9.89%，硅的脱除率为83.68%，氟元素的含量为14.81%，Al2O3含量为64.97%。
实施例5
本发明第五实施例提供一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，其与第一实施例的不同之处在于：
所述低品铝土矿颗粒的粒度为200目，其和氟化氢气体的反应温度为40℃，反应10min，最终得到5.343g高品铝土矿产品。采用X射线荧光分析法分析知道：高品铝土矿产品中SiO2含量为4.90%，硅的脱除率为92.34%，氟元素的含量为20.15%，Al2O3含量为65.45%。
经研究发现，所述低品铝土矿颗粒与所述氟化氢气体反应过程中，所述低品铝土矿颗粒的粒度和反应温度等因素对脱硅效果有影响。铝硅比是检验反应是否达到要求的重要指标，为了减少铝土矿手续处理原料的消耗，应尽可能多的除去硅元素。但是，在脱硅的工艺过程中，需要用到氟化氢气体，但会引进一定量的氟元素，所以氟元素的含量也是判定该方法是否合理的重要依据。因此，下面将会通过试验所述低品铝土矿颗粒的粒度和反应温度对高品铝土矿产品中的铝含量、硅含量和氟含量的影响。
1.低品铝土矿颗粒的粒度对高品铝土矿产品组分的影响
采用单因素实验对矿石粒度进行探究，实验条件为：上述表1所示组分的低品铝土矿原矿10.00g，反应温度常温，氟化氢通入时间1h，然后密封30min，用清水洗涤，干燥。得到的实验数据如下表2和图2所示：
表2低品铝土矿颗粒粒度对高品铝土矿产品组分的影响
从表2和图2中可以看出：随着所述低品铝土矿颗粒粒度的减小，硅的脱除率逐渐增加，而铝含量基本不变，反应后得到的高品铝土矿产品的铝硅比已经满足后续碱溶条件，最重要的就是控制氟元素的引进量，氟元素的含量随着所述低品铝土矿颗粒粒度的减小而增加。因此，所述低品铝土矿颗粒的粒度最后选择在50～100目。
2.反应温度对高品铝土矿产品的影响
试验对温度条件进行单因素分析。实验条件为：100目的低品铝土矿颗粒10.00g，在不同反应温度下，控制氟化氢气体通入时间为1h，然后密封30min，用清水洗涤，干燥。得到的实验数据表3和图3所示：
表3反应温度对高品铝土矿产品的影响
从表3中可以看出：随着反应温度的增加，反应后得到的高品铝土矿产品的质量也增加，原因是随着反应温度的增加，其中部分的铝元素参与反应，引进了氟元素，造成了最终产品质量的增加。另外，从图3中可以看出：随着反应温度的增加，硅的脱除率逐渐增加，而铝含量有少许的减少，可能是因为氟含量增加而导致的，铝的回收率基本维持在86%左右，常温下反应的铝硅比已经达到13，满足碱溶条件，并且氟元素的引进量很少。因此，最佳的反应温度为常温20～40℃。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种采用化学浮选法从低品铝土矿中除硅的工艺，包括以下步骤：将粒度为50～100目的低品铝土矿颗粒和氟化氢气体置于流化床反应器中，在室温～110℃反应10～30min，得到脱硅固体残渣；用清水洗涤过滤所述脱硅固体残渣，得到高品铝土矿。
2.根据权利要求1所述的除硅的工艺，其特征在于，所述低品铝土矿颗粒是通过依次对低品铝土矿原矿进行破碎、研磨处理而得到的。
3.根据权利要求1或2所述的除硅的工艺，其特征在于，得到所述脱硅固体残渣的步骤包括：先将粒度为50～100目的所述低品铝土矿颗粒置于所述流化床反应器中，再向所述流化床反应器中通入所述氟化氢气体，在负压条件下，控制反应温度为20～40℃，所述氟化氢气体在所述流化床反应器中停留10～20min，以去除所述低品铝土矿颗粒中的硅元素和部分铁元素，得到所述脱硅固体残渣。
4.根据权利要求3所述的除硅的工艺，其特征在于，所述负压的真空度为0.08～0.1MPa。
5.根据权利要求1所述的除硅的工艺，其特征在于，所述清水的温度为80～90℃。
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