CN105253906B - 一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，属于冶金技术领域。该方法将微波加热技术应用在氧化铝生产中。具体将铝土矿、氢氧化钙和氢氧化钠饱和溶液混合均匀成泥状状态。利用其氢氧化钠饱和溶液中的氢氧化钠和水分在微波条件下的升温催化作用、微波快速和选择性加热等特点，在比较低的焙烧温度条件下，将一水硬铝石矿中含铝物质与氢氧化钠反应生成易溶于水的铝酸钠物相。而含硅杂质将与氧化钙反应生成不溶于水的二硅酸钙物相，从而实现铝硅分离。再将得到的熟料在常压、稀碱性溶液中进行浸出。该方法具有焙烧温度低（仅为800℃）、焙烧时间短（仅需要20分钟）、反应均匀，浸出条件温和，氧化铝浸出率高达97%以上，硅的浸出率为6%等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
我国基础储量中可工业规模应用的铝土矿都是一水硬铝石矿，而且中低品位居多，矿石结晶状态好。随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化。对于中低品位的铝土矿，简单的用传统拜耳法处理因碱耗高，氧化铝回收率低，物料流量大，经济上不可行。此时，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。
在碱石灰烧结法氧化铝生产工艺中，将铝土矿原料、石灰、纯碱、煤粉等物料按照一定比例进行混合，形成生料浆，送入回转窑在1200~1300℃下进行烧结制取主要含铝酸钠和硅酸二钙。在常压下，将熟料用稀碱溶液浸出，就可以浸出Al2O3和Na2O，而将其余杂质分离去除。烧结法理论上不损失碱和铝，而且有资源回收率高，赤泥综合利用方便等特点。但传统的碱石灰烧结法存在燃料价格高，烧结温度高，能耗高，环境污染等缺点。
微波焙烧技术具有急速加热、选择性加热、加热均匀、环保等优点。中国专利CN101067164A提出一种处理一水硬铝石型铝土矿的低温溶出方法。将一水硬铝石矿进行微波焙烧活化预处理，然后将焙烧预处理矿采用拜耳法工艺进行溶出。该方法具有溶出温度低、能耗低等优点，但存在拜耳法高压溶出过程对设备要求高、经济成本高等缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法。该方法将微波加热技术应用在氧化铝生产中，具体将铝土矿、氢氧化钙和氢氧化钠饱和溶液混合均匀成泥状态的生料浆，利用生料浆中的氢氧化钠和水分在微波条件下的升温催化作用、微波快速和选择性加热等性质，实现在比较低的焙烧温度条件下，将一水硬铝石矿中含铝物质与氢氧化钠反应生成易溶于水的铝酸钠物相，而含硅杂质与添加的氧化钙反应生成不溶于水的二硅酸钙，从而使铝硅分离。将熟料在常压、稀碱性溶液中进行浸出。该方法具有焙烧温度低、焙烧时间短、反应均匀，浸出条件温和等优点，因而能耗低、成本低，克服了现有技术的缺陷，本发明通过以下技术方案实现。
一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铝土矿原料干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入粉状氢氧化钙和颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.19~0.22:1mL/g加入浓度为66/100 g/mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为0.5~2kW、微波焙烧温度为300~800℃的条件下微波焙烧20~60min得到熟料，将熟料自然冷却、磨细至粒度为100~200目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的熟料细粉按照液固比为15：1mL /g加入到稀碱性溶液中，在温度为70~90℃条件下浸出10~30min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液中NaOH22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
所述铝土矿原料为铝硅比为2.0~6.0：1的一水硬铝石型铝土矿。
所述氢氧化钙的加入量为以所需氧化钙为铝土矿原料质量的3%~22%换算得到。
所述颗粒状氢氧化钠和氢氧化钠饱和溶液的添加量要满足泥状状态物料中碱比（即[Na2O]/([Al2O3]+[Fe2O3])的摩尔比值）为1。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将微波焙烧技术引入到氧化铝生产领域中，具有操作简单，反应速率快，反应均匀，成本低，环境友好等优点。
（2）本发明能处理中低品位一水硬铝石矿，符合我国氧化铝发展的现实需要。
（3）本发明的焙烧处理时间仅为20~60 min，可大幅降低能耗。
（4）本发明的浸出工序在常压下操作，流程简单，操作方便。
（5）本发明铝的浸出率高达97%，从而可以提高铝土矿资源的综合利用率。
（6）本发明中硅的浸出率仅为6%左右，避免了管道高压溶出时易结垢等问题。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是本发明实施例1当氧化钙添加量为铝土矿原料质量21%时，不同微波焙烧温度下得到的熟料XRD图，其中1-一水硬铝石AlOOH，2-氢氧化钙Ca(OH)2，3-铝酸钠 Na(AlO2)，4-铝硅酸钠-Na1.95Al1.95Si0.05O4，5-铝酸钙Ca3AlO7，6-钙铝石Ca12Al14O33，7-硅酸钙Ca2SiO4，8-硅酸钙钠Na4CaSi3O9；
图3是实施例1制备得到的熟料SEM图A；
图4是实施例1制备得到的熟料SEM图B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将50g铝土矿原料（成分和X衍射分析结果如表1和表2所示，铝硅比为5.71：1）干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入13.84g粉状氢氧化钙（以所需氧化钙为铝土矿原料质量的21%换算得到，即[CaO]/[SiO2]的摩尔比值=2）和15.1g颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.215：1 mL/g（即17mL：79 g）加入浓度为66/100g /mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为1.2kW、微波焙烧温度为800℃的条件下微波焙烧20min，将熟料自然冷却、磨细至粒度为200目得到熟料细粉（当氧化钙添加量为铝土矿原料质量21%时，不同微波焙烧温度下得到的熟料XRD图如图2所示，SEM图A和SEM图B如图3和4所示，熟料结构疏松，形成很多小孔）；
（3）将步骤（2）得到的8.0g熟料细粉按照液固比为15：1mL /g加入到120mL稀碱性溶液中，在温度为70℃条件下浸出10min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液中NaOH22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
该浸出液中氧化铝浸出率高达97.86%，硅的浸出率为6.34%。
表1铝土矿的成分（%）
表2铝土矿X衍射分析结果（%）
实施例2
如图1所示，该微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将50g铝土矿原料（成分和X衍射分析结果如表1和表2所示，铝硅比为5.71：1）干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入11.89g粉状氢氧化钙（以所需氧化钙为铝土矿原料质量的18%换算得到）和15.76g颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.206 ：1mL/g（即16mL：77.7g）加入浓度为66/100 g/mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为0.9kW、微波焙烧温度为400℃的条件下微波焙烧20min，将熟料自然冷却、磨细至粒度为100目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的8.0g熟料细粉按照液固比为15：1mL/g加入到120mL稀碱性溶液中，在温度为90℃条件下浸出20min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液NaOH 22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
该浸出液中氧化铝浸出率高达64.38%，硅的浸出率为8.48%。
实施例3
如图1所示，该微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将50g铝土矿原料（成分和X衍射分析结果如表1和表2所示，铝硅比为5.71：1）干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入1.98g粉状氢氧化钙（以所需氧化钙为铝土矿原料质量的3%换算得到）和17.08g颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.203：1 mL/g（即14mL：69.1g）加入浓度为66/100 g/mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为1.5kW、微波焙烧温度为600℃的条件下微波焙烧60min，将熟料自然冷却、磨细至粒度为100目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的8.0g熟料细粉按照液固比为15：1mL/g加入到120mL稀碱性溶液中，在温度为80℃条件下浸出20min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液NaOH 22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
该浸出液中氧化铝浸出率高达83.67%，硅的浸出率为11.5%。
实施例4
如图1所示，该微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将50g铝土矿原料（包含A12O3 41.05%、SiO215.8%、Fe2O38.78%，铝硅比为2.6：1）干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入14.53g粉状氢氧化钙（以所需氧化钙为铝土矿原料质量的22%换算得到）和7.79g颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.22：1 mL/g（16mL：72.3g）加入浓度为66/100 g/ mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为0.5kW、微波焙烧温度为300℃的条件下微波焙烧50min，将熟料自然冷却、磨细至粒度为150目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的8.0g熟料细粉按照液固比为15：1 mL/g加入到120mL稀碱性溶液中，在温度为85℃条件下浸出10min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液中NaOH22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
该浸出液中氧化铝浸出率高达53.04%，硅的浸出率为13.09%。
实施例5
如图1所示，该微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将50g铝土矿原料（包含A12O3 65.75%、SiO2 10.95%、Fe2O3 5.68%，铝硅比为6：1）干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入11.89g粉状氢氧化钙（以所需氧化钙为铝土矿原料质量的18%换算得到）和17.17g颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.19 ：1mL/g（即15mL：79.1g）加入浓度为66/100g/mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为2kW、微波焙烧温度为500℃的条件下微波焙烧40min，将熟料自然冷却、磨细至粒度为150目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的8.0g熟料细粉按照液固比为15：1 mL/g加入到120mL稀碱性溶液中，在温度为75℃条件下浸出30min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液中NaOH22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
该浸出液中氧化铝浸出率高达71.58%，硅的浸出率为6.31%。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将铝土矿原料干燥后磨成粒度为80~200目细粉，然后加入粉状氢氧化钙和颗粒状氢氧化钠混合均匀得到混合物料，然后向混合物料中按照液固比为0.19~0.22:1 mL/g加入浓度为66/100 g/mL氢氧化钠饱和溶液得到泥状状态物料；所述铝土矿原料为铝硅比为2.0~6.0：1的一水硬铝石型铝土矿；
（2）将步骤（1）得到的泥状状态物料在微波功率为0.5~2kW、微波焙烧温度为300~800℃的条件下微波焙烧20~60min得到熟料，将熟料自然冷却、磨细至粒度为100~200目得到熟料细粉；
（3）将步骤（2）得到的熟料细粉按照液固比为15：1mL /g加入到稀碱性溶液中，在温度为70~90℃条件下浸出10~30min得到浸出液和浸出渣，其中稀碱性溶液中NaOH22.6g/L，Na2CO3 8.0g/L。
2.根据权利要求1所述的微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其特征在于：所述氢氧化钙的加入量为以所需氧化钙为铝土矿原料质量的3%~22%换算得到。
3.根据权利要求1所述的微波处理中低品位一水硬铝石矿的方法，其特征在于：所述颗粒状氢氧化钠和氢氧化钠饱和溶液的添加量要满足泥状状态物料中碱比为1。
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