CN107337222A - 钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法 - Google Patents

钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，包括下述步骤，S1：将中低品位铝土矿破碎磨细成矿粉；S2：将矿粉、铁酸钠、活性石灰及循环母液混合制备成原料矿浆；S3：将原料矿浆进行碱热溶出反应后得到溶出浆料；S4：将溶出浆料稀释后液固分离得到铝酸钠溶液和溶出渣；S5：将铝酸钠溶液与石灰乳反应制备铝酸三钙料浆；S6：将铝酸三钙溶出浆料进行液固分离；S7：将铝酸三钙洗涤并在碳酸钠溶液的作用下反应生成碳酸钙；S8：将碳酸钙溶出浆料进行液固分离得到碳酸钙固体和铝酸钠溶液；S9：将铝酸钠溶液碳分并液固分离，得到碳分母液和氢氧化铝。本发明的方法，能够大幅度提高氧化铝的溶出率，同时使渣几乎不含碱。

Description

钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的 方法
技术领域
本发明属于氢氧化铝生产的技术领域，具体涉及一种钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法。
背景技术
我国铝土矿资源较为丰富，但是绝大多数为中低品位铝土矿，具有高铝，高硅，低铝硅比(A/S)等特点，一般硅铝比(以下简称A/S)为2～6。此外，我国还有一些含铝资源，比如粉煤灰等。随着矿石品位的降低，矿石中氧化铝溶出工艺成本均在逐渐增加，其中拜耳法工艺增幅最大。根据拜耳法的基本工艺和原理，当铝土矿A/S下降到5以下时，将很难再用拜耳法处理。针对于低品位铝土矿，近年来氧化铝工业界主要采用如下几种方法。
中低品位铝土矿处理方法主要有强化拜耳法、烧结法、拜耳-烧结联合法等。强化拜耳法是在拜耳法基础上进行改进以适应处理中低品位铝土矿的方法，主要包括选矿拜耳法和石灰拜耳法。其中，选矿拜耳法采用选冶联合处理中低品位铝土矿，流程相对简单，但存在物理选矿难度大、原矿消耗量大、氧化铝回收率低、浮选药剂影响拜耳法流程等问题，同时选矿过程产生大量铝硅比低于2的尾矿无法利用，造成资源的极大浪费；石灰拜耳法是在拜耳法基础上通过添加过量石灰以达到降低碱耗等作用，但石灰添加量大导致氧化铝溶出率大幅降低、赤泥排出量增加、赤泥沉降负荷增大等问题。烧结法主要包括碱石灰烧结法和石灰烧结法，但能耗高、生产成本高是其发展的主要短板。碱石灰烧结法属于湿法配料、湿法烧结，在烧结过程生料浆中40％左右的水分蒸发极大增加了生产总能耗，且烧结熟料中2CaO·SiO2稳定性较低，二次反应严重；石灰烧结法存在石灰配比高、弃渣量大、熟料氧化铝浸出率低等问题。拜耳-烧结联合法包括串联法、并联法和混联法，能够处理中低品位铝土矿，但存在流程复杂、能耗高等问题，目前已基本被拜耳法所取代。其它如酸法和酸碱联合法等工艺目前主要停留在实验室研究阶段，存在氧化铝产品质量差、设备腐蚀严重等诸多问题。
纵观以上处理中低品位铝土矿的方法，烧结法和拜耳-烧结联合法由于其能耗和成本问题已基本被弃用，石灰拜耳法是特定历史时期为解决碱耗问题而研发的，目前只有选矿拜耳法在中国铝业中州分公司应用。然而，经过近些年的工业实践，选矿拜耳法日益暴露出的问题已经严重阻碍了生产过程的正常运行，成为其继续推广发展的瓶颈。因此，依托我国独有的低品位一水硬铝石型铝土矿，开发高效经济处理的新方法势在必行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，利用一步碱热法，将中低品位铝土矿、铁酸钠及活性石灰混合后再高温溶出，高温溶出过程中铝和钠以铝酸钠形式进入溶液，而硅以钙铁榴石的形式留在渣中。本发明的方法能够大幅度提高氧化铝的溶出率，同时使溶出渣中的几乎不含碱，整个流程中物料实现了零排放。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，包括下述步骤，
S1：将中低品位铝土矿破碎磨细成矿粉；
S2：将矿粉、铁酸钠、活性石灰及循环母液混合制备成原料矿浆；
S3：将原料矿浆进行碱热溶出反应，反应结束后得到溶出浆料；
S4：将溶出浆料稀释得到稀释液，将稀释液进行液固分离，得到溶出渣和溶出液，其中：溶出液为铝酸钠溶液；
S5：将所述铝酸钠溶液与石灰乳反应，得到铝酸三钙溶出浆料；
S6：将铝酸三钙溶出浆料进行液固分离，得到铝酸三钙和高分子比铝酸钠溶液；
S7：将铝酸三钙洗涤，洗涤后的铝酸三钙在碳酸钠溶液的作用下反应，得到碳酸钙溶出浆料；
S8：将碳酸钙溶出浆料进行液固分离，得到碳酸钙沉淀和铝酸钠溶液；
S9：将铝酸钠溶液碳分并液固分离，得到碳分母液和氢氧化铝；
S10：将步骤S6中所述高分子比铝酸钠溶液进行调制，制成步骤S2中所用的循环母液。
优选地，所述中低品位铝土矿的硅铝比为2～6。
优选的，铝土矿、铁酸钠或、活性石灰组成的原料矿浆中，各形态存在的铁、铝、钙、硅总量分别以氧化物计，配料配方如下：
氧化铁的总量与氧化铝的总量的质量比为0.2～0.6：1；
氧化钙的总量与氧化铁的总量的摩尔比为3～6：1。
优选地，所述原料矿浆的液固比为2～5：1。
优选地，步骤S10中所述高分子比铝酸钠溶液进行苛碱浓度调制后得到循环母液，其中，循环母液中的苛碱浓度为150～250g/L，分子比为5～25。
优选地，步骤S3中溶出反应的温度为150～250℃，反应时间为0.5～2h。
优选地，所述方法还包括：
S11：将步骤S4中的溶出渣进行洗涤并固液分离，得到钙铁榴石型渣和洗涤液；
S12：将所述洗涤液用于步骤S4中稀释所述溶出矿浆。
优选地，步骤S5中的反应温度为50～90℃，时间为1～3h，石灰中活性氧化钙与铝酸钠溶液中氧化铝的质量比为1.0～1.6:1。
优选地，所述方法还包括：
S13：将步骤S8得到的碳酸钙焙烧分解，得到石灰和二氧化碳气体，将石灰返回步骤S5中制备铝酸三钙，得到的二氧化碳气体用于铝酸钠溶液碳分；
S14：将步骤S9中得到的碳分母液蒸发后液固分离，得到蒸发母液和碳酸钠，蒸发母液返回步骤S7中，碳酸钠用于制备铁酸钠。
(三)有益效果
本发明具有以下有益效果：
(1)与常规拜耳法相比，本发明的方法氧化铝实际溶出率提高了15％以上，大幅度地提高了氧化铝的溶出率；
(2)与常规拜耳法相比，本发明的方法产生的溶出渣碱含量在0.5％以下；
(3)本发明整个流程中物料实现了零排放；
(4)产品氢氧化铝即可单独做试剂用来制备其他含铝产品，也可作为原料通过简单的拜耳法制备冶金级氧化铝。
附图说明
图1是本发明钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例中的中低品位铝土矿，硅铝比(以下简称A/S)为2～6，铝土矿中含有氧化铝，其中，铝土矿、铁酸钠、活性石灰组成的原料矿中，氧化铁的总量与氧化铝的总量的质量比简写为F/A；氧化钙的总量与氧化铁的总量的摩尔比简写为C/F；原料矿浆液固质量比以下简写为L/S。
钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，是指溶出渣为钙铁榴石型赤泥，一步碱热法是指利用碱液(循环母液)对氧化铝进行一步水热溶出处理的方法，生产的目标产品为氢氧化铝。
实施例1
本实施例采用的中低品位铝土矿，主要化学成分(质量百分比，wt％)为：氧化铝(Al2O3)60.60％，二氧化硅(SiO2)17.5％，其它为杂质，其铝硅比为3.5；
铁酸钠为含铁原料与工业碳酸钠烧结而成；
循环母液中的苛碱浓度为200g/L，分子比为25；
F/A＝0.5：1；
C/F＝4.5：1。
按照图1所示的本发明钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法：
S1：将中低品位铝土矿破碎磨细成矿粉；
S2：将矿粉、铁酸钠、活性石灰混合后，按照L/S＝4:1的比例与循环母液混合制备成原料矿浆；
S3：将原料矿浆在反应釜中进行溶出反应，溶出反应温度为250℃，溶出反应时间为2h，反应结束后得到溶出矿浆；
经过本步骤的溶出反应处理，氧化铝的提取率能够达到83.5％；
S4：将溶出矿浆稀释得到稀释液，将稀释液进行液固分离，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液为低分子比铝酸钠溶液；
S5：将步骤S4中得到的低分子比铝酸钠与石灰乳反应，得到铝酸三钙溶出浆料，反应温度为60℃，时间为1h，石灰添加量为氧化铝含量的1.4倍；
S6：将铝酸三钙溶出浆料进行液固分离，得到铝酸三钙和高分子比铝酸钠溶液；
S7：将步骤S6中得到的铝酸三钙洗涤，洗涤后的铝酸三钙在碳酸钠溶液的作用下反应，得到碳酸钙溶出浆料；
S8：将碳酸钙溶出浆料进行液固分离，得到碳酸钙沉淀和铝酸钠溶液；
S9：将铝酸钠溶液碳分并液固分离，得到碳分母液和氢氧化铝；
S10：将高分子比铝酸钠溶液蒸发，然后补充苛碱调整分子比，制成步骤S2中所用的循环母液；
本步骤中，将得到的高分子比铝酸钠溶液进行调整，使调整后的溶液能够达到循环母液的要求，而返回步骤S2中使用，对物料进行回收制备再利用，节约了资源，避免了浪费；
S11：将步骤S4中的溶出渣进行洗涤并固液分离，得到钙铁榴石型渣和洗涤液；
本步骤中，经过处理得到了低碱钙铁榴石型渣，使硅与加入的铁和钙以钙铁榴石的形式留在溶出渣中，降低了溶出渣中的碱含量；
S12：将洗涤液用于步骤S4中稀释溶出矿浆；
本步骤中，产生的洗涤液为废液，但将洗涤液返回到步骤S4中用于稀释溶出矿浆，既减少了废液的处理和排放，达到了物料的回收再利用；
S13：将步骤S8得到的碳酸钙焙烧分解，得到石灰和二氧化碳气体，将石灰消化成石灰乳后返回步骤S5中制备铝酸三钙，得到的二氧化碳气体用于铝酸钠溶液碳分；
本步骤中，将碳酸钙焙烧分解，得到的石灰和二氧化碳均无排放，而是重新返回整个工艺中使用，使整个工艺绿色清洁无污染；
S14：将步骤S9中得到的碳分母液蒸发后液固分离，得到蒸发母液和碳酸钠，蒸发母液返回步骤S7中，碳酸钠可用于合成铁酸钠。
本步骤中，对碳分母液进行蒸发处理，制得的蒸发母液重新返回用于铝酸三钙的制备，而碳酸钠又成为铁酸钠制备的原料，使物料无对外排放，得到了充分的利用。
得到的氢氧化铝即为产品。
实施例2
本实施例采用的中低品位铝土矿，主要化学成分(质量百分比，wt％)为：氧化铝(Al2O3)65.22％，二氧化硅(SiO2)12.66％，其它为杂质，其铝硅比为5.15；
铁酸钠为含铁原料与工业碳酸钠烧结而成；
循环母液中的苛碱浓度为250g/L，分子比为20；
F/A＝0.6：1；
C/F＝4：1。
按照图1所示的本发明钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法：
S1：将中低品位铝土矿破碎磨细成矿粉；
S2：将矿粉、铁酸钠、活性石灰混合后，按照L/S＝4:1的比例与循环母液混合制备成原料矿浆；
S3：将原料矿浆在反应釜中进行溶出反应，溶出反应温度为250℃，溶出反应时间为2h，反应结束后得到溶出矿浆；
经过本步骤的溶出反应处理，氧化铝的提取率能够达到83.7％；
S4：将溶出矿浆稀释得到稀释液，将稀释液进行液固分离，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液为低分子比铝酸钠溶液；
S5：将步骤S4中得到的低分子比铝酸钠与石灰乳反应，得到铝酸三钙溶出浆料，反应温度为60℃，时间为1h，石灰添加量为氧化铝含量的1.4倍；
S6：将铝酸三钙溶出浆料进行液固分离，得到铝酸三钙和高分子比铝酸钠溶液；
S7：将步骤S6中得到的铝酸三钙洗涤，洗涤后的铝酸三钙在碳酸钠溶液的作用下反应，得到碳酸钙溶出浆料；
S8：将碳酸钙溶出浆料进行液固分离，得到碳酸钙沉淀和铝酸钠溶液；
S9：将铝酸钠溶液碳分并液固分离，得到碳分母液和氢氧化铝；
S10：将高分子比铝酸钠溶液蒸发浓缩，然后补充苛碱调整分子比，制成步骤S2中所用的循环母液；
本步骤中，将得到的高分子比铝酸钠溶液进行调整，使调整后的溶液能够达到循环母液的要求，而返回步骤S2中使用，对物料进行回收制备再利用，节约了资源，避免了浪费；
S11：将步骤S4中的溶出渣进行洗涤并固液分离，得到钙铁榴石型渣和洗涤液；
本步骤中，经过处理得到了低碱钙铁榴石型渣，使硅与加入的铁和钙以钙铁榴石的形式留在溶出渣中，降低了溶出渣中的碱含量；
S12：将洗涤液用于步骤S4中稀释溶出矿浆；
本步骤中，产生的洗涤液为废液，但将洗涤液返回到步骤S4中用于稀释溶出矿浆，既减少了废液的处理和排放，达到了物料的回收再利用；
S13：将步骤S8得到的碳酸钙焙烧分解，得到石灰和二氧化碳气体，将石灰消化成石灰乳后返回步骤S5中制备铝酸三钙，得到的二氧化碳气体用于铝酸钠溶液碳分；
本步骤中，将碳酸钙焙烧分析，得到的石灰和二氧化碳均无排放，而是重新返回整个工艺中使用，使整个工艺绿色清洁无污染；
S14，将步骤S9中得到的碳分母液蒸发后液固分离，得到蒸发母液和碳酸钠，蒸发母液返回步骤S7中，碳酸钠用于制备铁酸钠。
本步骤中，对碳分母液进行蒸发处理，制得的蒸发母液重新返回用于铝酸三钙的制备，而碳酸钠又成为铁酸钠制备的原料，使物料无对外排放，得到了充分的利用。
得到的氢氧化铝即为产品。
本发明的方法中，氧化铝实际溶出率较常规拜耳法提高了15％以上，溶出渣碱含量降低至0.5％以下，在大幅度提高氧化铝溶出率的同时使溶出渣中几乎不含碱，整个流程中物料实现了零排放的要求。
应当说明的是：粉煤灰也可以使用本发明的方法进行氢氧化铝的生产，而且在配料中，粉煤灰无需经过破碎磨细处理即可直接应用，使本发明的方法流程更短、效率更高。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：包括下述步骤，
S1：将中低品位铝土矿破碎磨细成矿粉；
S2：将矿粉、铁酸钠、活性石灰及循环母液混合制备成原料矿浆；
S3：将原料矿浆进行碱热溶出反应，反应结束后得到溶出矿浆；
S4：将溶出浆料稀释得到稀释液，将稀释液进行液固分离，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液为铝酸钠溶液；
S5：将所述铝酸钠溶液与石灰乳反应，得到铝酸三钙溶出浆料；
S6：将铝酸三钙溶出浆料进行液固分离，得到铝酸三钙和高分子比铝酸钠溶液；
S7：将铝酸三钙洗涤，洗涤后的铝酸三钙在碳酸钠溶液的作用下反应，得到碳酸钙溶出浆料；
S8：将碳酸钙溶出浆料进行液固分离，得到碳酸钙沉淀和铝酸钠溶液；
S9：将铝酸钠溶液碳分并液固分离，得到碳分母液和氢氧化铝；
S10：将步骤S6中所述高分子比铝酸钠溶液进行调制，制成步骤S2中所用的循环母液。
2.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：所述中低品位铝土矿的硅铝比为2～6。
3.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：铝土矿、铁酸钠、活性石灰组成的原料矿浆中，各形态存在的铁、铝、钙、硅总量分别以氧化物计，配料配方如下：
氧化铁的总量与氧化铝的总量的质量比为0.2～0.6：1；
氧化钙的总量与氧化铁的总量的摩尔比为3～6：1。
4.根据权利要求1所述的采用中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：所述原料矿浆的液固比为2～5：1。
5.根据权利要1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：步骤S10中所述高分子比铝酸钠溶液进行苛碱浓度调制后得到循环母液，其中，循环母液中的苛碱浓度为150～250g/L，分子比为5～25。
6.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：步骤S3中溶出反应的温度为150～250℃，反应时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：所述方法还包括：
S11：将步骤S4中的溶出渣进行洗涤并固液分离，得到钙铁榴石型渣和洗涤液；
S12：将所述洗涤液用于步骤S4中稀释所述溶出矿浆。
8.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：步骤S5中的反应温度为50～90℃，时间为1～3h，石灰添加量为氧化铝含量的1.0～1.8倍。
9.根据权利要求1所述的钙铁榴石一步碱热法处理中低品位铝土矿生产氢氧化铝的方法，其特征在于：所述方法还包括：
S13：将步骤S8得到的碳酸钙焙烧分解，得到石灰和二氧化碳气体，将石灰消化成石灰乳后返回步骤S5中制备铝酸三钙，得到的二氧化碳气体用于铝酸钠溶液碳分；
S14，将步骤S9中得到的碳分母液蒸发后液固分离，得到蒸发母液和碳酸钠，蒸发母液返回步骤S7中，碳酸钠用于制备铁酸钠。
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