CN105776265A - 一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括步骤：铝土矿、石灰石矿、纯碱和碱液进行配料，用圆盘造球机造球团，球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结，加调整液进行溶出，进行脱硅，分解，然后焙烧得到氧化铝；蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na2O 280～300g/L，然后再采用镍材蒸发器进行第二步蒸发排盐，得到碱液浓度为Na2O 500～600g/L；将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，母液、纯碱和硅渣返回到第一步中，实现碱液循环。本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，发明了干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的改进，使氧化铝的设备产能大幅提高，能耗实现了大幅度的下降。
Description
技术领域
本发明属于冶炼领域，具体涉及一种球团法冶炼铝土矿的方法。
背景技术
我国铝土矿资源品位(铝硅比)较低，用传统烧结法的生产工艺处理，不仅造成氧化铝生产工艺复杂，而且增加了氧化铝生产的难度和生产成本。因此，目前我国大部分企业均只采用拜耳法工艺，对中低品位矿，如果直接用单纯的拜耳法处理，将造成碱耗高、溶出率差、成本急剧升高，特别是我国铝土矿中还含有伊利石等硅矿物，不能通过简单的预脱硅予以去除，这些矿物在矿浆升温预热过程中易于发生反应，在换热面上析出钠硅渣，成为结疤，使传热系数迅速下降。
另一方面，铝工业是我国的基础产业，经济建设对铝土矿的需求量很大，而我国又大多数是中低品位的铝土矿。随着铝土矿供矿品位下降的趋势日益加剧，我国许多铝土矿资源因品位低难以利用，不得不从国外大量进口，资料表明，近年来我国铝土矿铝资源的对外依存度高达55％。目前能够工业化处理低品位铝土矿的方法只有传统的烧结法技术，但由于其工艺流程复杂、能耗高，造成生产成本居高不下，目前我国的烧结法生产线已基本处于停产状态。
虽然根据我国铝土矿资源的特点，一些科研单位和企业相应开发出了串联法和混联法等技术以降低碱耗、提高氧化铝的回收率，但是这两种方法均需采用烧结法，这造成生产系统复杂庞大、基建投资增加、能耗高、难于控制、产品质量较差等一系列问题，经济性不佳，因此也逐步处于减产或停产状态。
如何有效利用铝硅比5以下的中低品位铝土矿，解决我国铝土矿资源相对不足的难题，已成为当务之急。
发明内容
针对本领域存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法，克服现有的碱石灰烧结法工艺的不足，改进和简化工艺，以实现降低生产成本的目的。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括以下步骤：
(1)铝土矿、石灰石矿、纯碱和碱液进行配料，其中碱液为循环铝酸钠溶液，配料比例按质量份计，铝土矿35～45份、石灰石26～35份、纯碱5～15份，配料完成后，水分控制在15～26％；
(2)将配好的料加入混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，球团粒径为8～20mm；
(3)将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，然后将烧结球团采用立磨进行干磨，磨细为-0.074mm占90％以上的熟料粉末；
(4)将熟料粉加调整液进行溶出，溶出条件为液固比3～4:1，溶出时间为15～20分钟，温度为75℃；
(5)将步骤(4)得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后进行脱硅；脱硅温度160～180℃，时间1～2小时；
(6)将步骤(5)得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝；
(7)将步骤(6)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再采用镍材蒸发器进行第二步蒸发排盐，得到碱液浓度为Na2O500～600g/L；
(8)将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到步骤(5)中进行溶解循环；
(9)将步骤(8)得到的母液与步骤(7)得到的纯碱(即排盐得到的盐)和步骤(5)得到的硅渣(硅渣有少量，返回第(1)步以再提氧化铝)进行混合，然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。
本发明技术所采用的铝土矿为铝硅比5以下的低品位铝土矿；
其中，所述步骤(1)中，将铝土矿和石灰石矿分别破碎至2～5mm以下，再磨细至粒度为-0.074mm占85％以上的粉末(粉末中粒度0.074mm以下的颗粒占85％以上)。
其中，所述步骤(1)中，碱液浓度为Na2O500～600g/L，苛性化系数αk＝12～30。
其中，所述步骤(2)中，用圆盘造球机造球团中加入和步骤(1)同样的碱液，造球加液量与步骤(1)配料的碱液体积比为13：87。
进一步地，所述步骤(3)中，将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，五个阶段温度控制为100～130℃、600～650℃、900～950℃、1000～1350℃、80～100℃，五个阶段时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、30～50分钟、10分钟。
其中，所述步骤(4)中，调整液为水或洗液；步骤(4)溶出的渣用水进行5～7次反向充分洗涤后，洗液作为调整液，渣进行堆存。
脱硅步骤中，加入结晶的种子有利于快速结晶，但是在投产初期还没有种子；可以在第一批结晶产出后，之后的每次脱硅均投入种子，所述种子为步骤(5)所产生的晶体。
优选地，所述步骤(5)中，溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，加入脱硅种子进行脱硅，种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的固体。
优选地，所述步骤(7)中，(7)将步骤(6)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步采用六效蒸发器，第二步采用镍材蒸发器。
更优选地，所述步骤(8)中，第二步蒸发后的种分母液加种子(铝酸钠种子，刚投产的时候没有)降温结晶，结晶条件为：首温80～110℃，末温40～50℃，种子量10～40g/L，时间6～8小时。
将步骤(7)和步骤(8)得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到90％以上。
该技术采用干法烧结、全种分和高浓度碱液蒸发技术，既可以大幅度简化工艺环节，降低操作难度，又可以实现降低成本和投资，氧化铝回收率可以达到90％以上，氧化钠回收率可以达到95％以上，节能效果明显，成本大幅降低。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，发明了干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的新技术的发明，从整个流程上实现了干法烧成技术。使氧化铝的设备产能大幅提高，能耗实现了大幅度的下降。
(2)本发明在传统烧结法技术的基础上，发明了全种分工艺技术，使烧结法工艺流程缩减了三分之一以上，综合计算种分分解率提高到90％以上，氧化铝的总回收率达到90％以上，降低了操作难度，减少设备及人员投入，降低了能耗。
(3)本发明实现了高浓度种分母液蒸发的突破，通过两步蒸发、排盐技术，解决了传统种分母液蒸发因排盐困难制约蒸发浓度的问题。
(4)本发明可以还可以将部分廉价的工业纯碱转化为附加值高的液碱，进一步降到了本技术的主产品的成本，经济效益明显。
总之，本发明在传统烧结法生产氧化铝的技术上实现了重大突破，生产成本及建厂投资都大幅度降低，在处理低品位铝土矿时效果突出，综合成本接近拜耳法生产成本。同时在设备选型方面，在化工和冶金行业都有成熟的设备选择，工业化非常容易可行。
附图说明
图1：球团法生产氧化铝的流程图。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不以此来限制本发明的范围。
下面将通过不同实施例来描述本发明。本发明不局限于这些实施例中，可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。
原料铝土矿(A/S为3.5)及石灰石采用山西孝义地区矿，其成分如表1至表4所示。
实施例1：
流程见图1。
表1：实施例1原料中的铝土矿成分
表2：石灰石成分
首先将铝土矿(成分如表1)、石灰石(成分如表2)分别破碎至2～5mm，然后将其分别磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后将铝土矿粉、石灰石粉、纯碱粉(碳酸钠)按比例40：30：10充分混合。然后准备循环铝酸钠溶液为碱液，其浓度为Na2O510g/L，αk＝14。将准备好的碱液分为两部分，体积比例为87：13。占87％的碱液与配料土矿粉、石灰石粉、纯碱粉混合，控制水分26％，得到的混合物碱比为1，钙比为2。
将配好的料加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为剩余的13％碱液，制得的球团粒径为8～12mm，抗压强度均大于10N。
将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为100℃、600℃、900、1000℃、80℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟。然后磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉磨。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，液固比为3-4:1，溶出时间为15—20分钟，温度为75℃。
将溶出得到的渣进行6次反向洗涤后，洗液作为溶出的调整液，渣进行堆存。
将溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为120g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣(用作脱硅种子)与循环母液混合回头配料。
脱硅得到的精液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝。
分解得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步用六效降膜蒸发器蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再用镍材蒸发器进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na2O580g/L。
将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到溶出粗液中进行溶解循环。结晶条件为：首温80℃，末温50℃，种子量20g/L，时间6小时。
将结晶得到的循环母液与蒸发排出的盐(纯碱)和脱硅得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回进行配料，实现碱液循环。
氧化铝回收率和氧化钠回收率计算的基准是铝土矿含量和排放废渣中的含量，本实施例方法中，氧化铝回收率92％,氧化铝回收率96％。
实施例2
表3：实施例2原料中的铝土矿成分
首先将铝土矿(成分如表3)、石灰石(成分如表2)分别破碎至2～5mm，然后将其分别磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后将铝土矿粉、石灰石粉、纯碱粉按比例进行充分混合，然后加入碱液，浓度为Na2O550g/L，αk＝20。配料控制指标，水分25％。，碱比为1，钙比为2。将准备好的碱液按体积分为两部分，分配比例为87:13。
将配好的料连同87％的碱液一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为剩余的13％，球团粒径为16～20mm，抗压强度大于10N。
将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为130℃、650℃、950、1100℃、100℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、40分钟、10分钟。然后磨细为-0.074mm占90％以上的熟料粉。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，液固比为4:1，溶出时间为20分钟，温度为75℃。
将溶出得到的渣进行7次反向洗涤后，洗液作为溶出调整液，渣进行堆存。
将溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为130g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。
重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。
本实施例中，氧化铝回收率达91％,氧化铝回收率95％。
实施例3
表4：实施例3原料中的铝土矿成分
首先将铝土矿(成分如表4)、石灰石(成分如表2)分别破碎至2～5mm，然后将其分别磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后将铝土矿粉、石灰石粉、纯碱粉按比例进行充分混合，然后加入碱液，浓度为Na2O600g/L，αk＝30。配料控制指标，水分22％。，碱比为1，钙比为2。将准备好的碱液按体积分为两部分，分配比例为87:13。
将配好的料连同87％的碱液一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为剩余的13％，球团粒径为16—20mm，抗压强度大于10N。
将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为130℃、650℃、950、1200℃、100℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、30分钟、10分钟。然后磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉磨。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，液固比为4:1，溶出时间为15分钟，温度为75℃。
将溶出得到的渣进行5次反向洗涤后，洗液作为溶出调整液，渣进行堆存。
将溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。
重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。
本实施例中，氧化铝回收率90％,氧化铝回收率95％。
本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铝土矿、石灰石矿、纯碱和碱液进行配料，其中碱液为循环铝酸钠溶液，配料比例按质量份计，铝土矿35～45份、石灰石26～35份、纯碱5～15份，配料完成后，水分控制在15～26％；
(2)将配好的料加入混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，球团粒径为8～20mm；
(3)将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，然后将烧结球团采用立磨进行干磨，磨细为-0.074mm占90％以上的熟料粉末；
(4)将熟料粉加调整液进行溶出，溶出条件为液固比为3-4:1，溶出时间为15～20分钟，温度为75℃；
(5)将步骤(4)得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后进行脱硅；脱硅温度160～180℃，时间1～2小时；
(6)将步骤(5)得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝；
(7)将步骤(6)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再采用镍材蒸发器进行第二步蒸发排盐，得到碱液浓度为Na2O500～600g/L；
(8)将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到步骤(5)中进行溶解循环；
(9)将步骤(8)得到的母液与步骤(7)得到的纯碱和步骤(5)得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铝土矿为铝硅比5以下的低品位铝土矿。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将铝土矿和石灰石矿分别破碎至2～5mm以下，再磨细至粒度为-0.074mm占85％以上的粉末。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碱液浓度为Na2O500～600g/L，αk＝12～30。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用圆盘造球机造球团中加入和步骤(1)同样的碱液，造球加液量与步骤(1)配料的碱液体积比为13：87。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，五个阶段温度控制为100～130℃、600～650℃、900～950℃、1000～1350℃、80～100℃，五个阶段时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、30～50分钟、10分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，调整液为水或洗液；步骤(4)溶出的渣用水进行5～7次反向充分洗涤后，洗液作为调整液，渣进行堆存。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，加入脱硅种子进行脱硅，种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的固体。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，(7)将步骤(6)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步采用六效蒸发器，第二步采用镍材蒸发器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)中，第二步蒸发后的种分母液加种子降温结晶，结晶条件为：首温80～110℃，末温40～50℃，种子量10～40g/L，时间6～8小时。
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