CN110436492B - 一种综合利用低品位铝资源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氧化铝生产技术领域，具体公开一种综合利用低品位铝资源的方法。所述方法包括如下步骤：将低品位铝资源与石灰和铁酸钙混合，经焙烧溶出，得到溶出粗渣和溶出液，溶出液经除杂、碳酸化分解和煅烧，得到氧化铝；溶出粗渣与炭质还原剂经熔炼、精炼得到硅铁合金。本发明提供的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，以低品位铝资源为原料，通过添加铁酸钙改变了熟料的物相组成，降低了石灰配入量、烧结能耗及渣排量，使氧化铝的溶出率≥92％，并在制备氧化铝的同时还制备得到硅铁合金。

Description

一种综合利用低品位铝资源的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝生产技术领域，尤其涉及一种综合利用低品位铝资源的方法。
背景技术
国内广泛分布着低品位铝土矿(Al2O3/SiO2质量比小于5)、高铁铝土矿、高铝粉煤灰、霞石、高岭石、拜耳法赤泥等含铝资源。其中，铝和铁的品位均不能达到各自的工业要求，但铝和铁的总含量却很可观，还富含V、Ti、Ni等元素。采用石灰烧结法处理低品位高铁铝土矿生产氧化铝、氧化铁是目前较为经济可行的工艺。
目前，传统石灰烧结法利用Ca12Al14O33在碳酸钠溶液中良好的活性和Ca2SiO4由β型向γ型转变后熟料粉化性能良好的特点来提取氧化铝。然而，由于石灰配入量大(CaO/Al2O3摩尔比(C/A)＝1.4～1.7)、渣量大、熟料折合比高、烧结能耗高以及氧化铝溶出性能差等因素制约了该工艺的应用和推广。
发明内容
针对现有石灰烧结法工艺存在的上述问题，本发明提供一种综合利用低品位铝资源的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，所述低品位铝资源中含有Al2O3、SiO2和Fe2O3，所述方法包括如下步骤，
S1：将所述低品位铝资源与石灰和铁酸钙混合，焙烧得烧结熟料；其中CaO和Al2O3摩尔比(C/A)为0.8～1.2、CaO和SiO2摩尔比(C/S)为0.8～1.2及Fe2O3和SiO2摩尔比(F/S)为1：3～1：3.5；
S2：将所述烧结熟料在碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，得到溶出粗渣和溶出液，所述溶出液经除杂后得到铝酸钠溶液，所述铝酸钠溶液经碳酸化分解和煅烧后，得到氧化铝。
相对于现有技术，本发明提供的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，以低品位铝资源、石灰和铁酸钙为原料，通过添加适量的铁酸钙改变了熟料的物相组成，CaO·Fe2O3可以将熟料的物相组成由2CaO·SiO2转化成3CaO·Fe2O3·3SiO2，12CaO·7Al2O3转化成CaO·Al2O3，提高了氧化铝的溶出性能，使氧化铝的溶出率在≥92％，还降低了石灰配入量，石灰配入量由C/A＝1.4～1.7和C/S＝1.8～2.0降低至C/A＝0.8～1.2和C/S＝0.8～1.2，并通过与工艺的结合，降低了烧结能耗及渣排量。
进一步地，所述低品位铝资源选自拜耳法高铁赤泥、高铁铝土矿和高铁粉煤灰。充分利用其中的铝、铁、硅元素，在制备氧化铝的同时还制备硅铁合金。
进一步地，所述高铁粉煤灰在2-4mol/L的NaOH溶液中进行预脱硅处理，使脱硅后高铁粉煤灰中SiO2质量分数为20-25％，有助于降低石灰配入量，进一步地降低能耗、提高经济效益。
进一步地，所述焙烧处理温度为1300～1375℃，时间为45～180min，与之前烧结温度1450～1500℃相比，明显降低，有效降低烧结能耗。
进一步地，所述碳酸钠溶液浓度为0.8～1.2mol/L，溶出过程中液固比为3-5:1，减少溶出副反应发生，保证溶出效果，有助于提高氧化铝溶出率。
进一步地，所述溶出温度为55～75℃，溶出时间为15～45min，保证反应的充分进行，提高氧化铝的溶出率。
进一步地，所述除杂采用树脂吸附进行离子除杂，在焙烧阶段生成的铁酸钠不采用磁选分离进行脱除，而是使其进入铝酸钠溶液，因为其可以促进溶液中S2-的脱除，因此采用树脂吸附有助于Fe3+、S2-等离子的同时高效脱除。
进一步地，所述碳酸化分解温度为70-80℃，时间为2.5-3.5h，所述煅烧温度为950～1050℃，时间为15-20min，保证二氧化碳与铝酸钠溶液充分进行碳酸化分解反应，得到氢氧化铝，经煅烧得到氧化铝，提高氧化铝收率。
进一步地，所述熔炼处理温度为1800～2200℃，时间为3～8h，保证溶出粗渣与炭质还原剂充分进行还原反应，有助于硅铁合金锭的形成。
进一步地，步骤S1中，所述低品位铝资源与石灰和铁酸钙混合后制成球团，步骤S3中，所述溶出粗渣与炭质还原剂混合后制成球团；所述球团粒径为1～1.3cm，有助于固相反应的顺利进行，保证烧结熟料的质量，有助有提高氧化铝的溶出率。
进一步地，所述炭质还原剂为石墨、炭黑、活性炭、石焦油、兰炭或粉煤，具有较大的比表面积，能够增加与溶出粗渣的有效接触面积，促进还原反应的进行，有助于硅铁合金的形成。进一步优选地，炭质还原剂选用兰炭，其固定炭高且化学活性高，更有助于还原反应的进行。
本发明还提供了一种综合利用低品位铝资源的方法，包括上述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，还包括如下步骤：
将所述溶出粗渣与炭质还原剂以质量比为1：0.3～0.8进行混合，进行熔炼处理后，精炼得到硅铁合金。
本发明提供的综合利用低品位铝资源的方法，提高了氧化铝的溶出性能，使氧化铝的溶出率在≥92％，降低了石灰配入量、烧结能耗及渣排量，且在制备氧化铝的同时还制备得到高附加值的硅铁合金。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率并综合利用低品位铝资源的方法，包括如下步骤，
S1：将拜耳法高铁赤泥(化学成分：Al2O3 16.99％、SiO2 10.47％、Fe2O324.39％、TiO2 2.79％、CaO 30.8％和Na2O 0.74％，其余为不影响后续反应的杂质)破碎至粒径≤75μm的成分含量占90％以上，按照C/A＝1.0、C/S＝1.0及F/S＝1：3配入石灰和铁酸钙，石灰中各元素的质量百分比为：CaO 50.9％、MgO 1.2％，其余为杂质。将上述原料混合均匀后制备成直径为1～1.2cm的球团，在1350℃焙烧120min，得到烧结熟料，取出并在空气中进行快速冷却。
S2：将冷却后的熟料在1.0mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，温度为65℃，时间为30min。溶出结束后快速进行液固分离，得到溶出粗渣和溶出液，进行成分分析，氧化铝溶出率为95％。得到的溶出液采用树脂吸附进行Fe3+、S2-等离子除杂后得到铝酸钠溶液，再于75℃进行碳酸化分解2.5h，得到氢氧化铝，最后经1000℃高温煅烧15min制得氧化铝产品。
S3：取上述溶出粗渣与石油焦为原料，按照渣量/石油焦质量百分比为1：0.5进行配料(其中炭质还原剂以固定碳含量进行计算，如以石油焦为炭源，固定碳为90％)，并放入上述原料质量3％的粘结剂，混匀后制备成球团，放置在电弧炉中进行熔炼，还原温度为2100℃，时间为6.0h，反应结束后，经精炼、铸锭后得到硅铁合金和石灰。
实施例2
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率并综合利用低品位铝资源的方法，包括如下步骤，
S1：将高铁粉煤灰在3mol/L的NaOH溶液中进行预脱硅处理，所得脱硅粉煤灰化学成分为Al2O3 70.38％、SiO2 20.32％、Fe2O3 5.26％，其余为不影响后续反应的杂质。以脱硅粉煤灰、铁酸钙和石灰为原料，按照C/A＝1.05、C/S＝1.05及F/S＝1：3.2进行混料，并加入混合物料质量2％的粘结剂，混匀后制备成1.0cm球团，于120℃干燥6.0h后在1375℃焙烧120min，得到烧结熟料，取出在空气中进行快速冷却。
S2：冷却后熟料在1.0mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，温度为70℃，时间为45min，反应结束后快速进行液固分离，得到溶出粗渣和溶出液，进行成分分析，氧化铝溶出率为92％。得到的溶出液采用树脂吸附进行Fe3+、S2-等离子除杂后得到铝酸钠溶液，再于70℃进行碳酸化分解3h，得到氢氧化铝，最后经1000℃高温煅烧16min制得氧化铝产品。
S3：取上述溶出粗渣与无烟煤为原料，按照渣量/无烟煤质量百分比为1：0.5进行配料，并加入上述原料总质量3％的粘结剂，混匀后制备成球团，放置在电弧炉中进行熔炼，还原温度为2050℃，时间为8.0h，反应结束后，经精炼、铸锭后得到硅铁合金和石灰。
实施例3
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率并综合利用低品位铝资源的方法，包括如下步骤，
S1：取高铁铝土矿(化学成分为：Al2O3 33.25％、Fe2O3 40.32％、SiO218.26，其余为不影响后续反应的杂质)，按照C/A＝1.05、C/S＝1.05及F/S＝1：3.2配入石灰和铁酸钙，石灰中各元素的质量百分比为：CaO 51.75％、MgO0.8％，其余为不影响后续反应的杂质。将上述原料混合均匀后制备成直径为1.0cm的球团，在1375℃焙烧100min，得到烧结熟料，取出并在空气中进行快速冷却。
S2：冷却后的熟料在1.0mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，温度为70℃，时间为45min，溶出结束后快速进行液固分离，得到溶出粗渣和溶出液，进行成分分析，氧化铝溶出率为92％。得到的溶出液采用树脂吸附进行Fe3+、S2-等离子除杂后得到铝酸钠溶液，再于75℃进行碳酸化分解3h，得到氢氧化铝，最后经1050℃高温煅烧15min制得氧化铝产品。
S3：以溶出粗渣和兰炭为原料，按照渣量/兰炭质量百分比为1：0.7进行配料(以固定碳含量进行计算，固定碳为85％)，并加入上述原料总质量5％的粘结剂，混匀后制备成1.0cm的球团，放置在电弧炉中进行熔炼，还原温度为2050℃，时间为5.0h，反应结束后经精炼、铸锭后得到硅铁合金。
实施例4
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率并综合利用低品位铝资源的方法，包括如下步骤，
S1：将拜耳法高铁赤泥(化学成分：Al2O3 16.99％、SiO2 10.47％、Fe2O324.39％、TiO2 2.79％、CaO 30.8％和Na2O 0.74％，其余为不影响后续反应的杂质)破碎至粒径≤75μm的成分含量占90％以上，按照C/A＝1.2、C/S＝1.2及F/S＝1：3.5配入石灰和铁酸钙，石灰中各元素的质量百分比为：CaO 50.9％、MgO 1.2％，其余为不影响后续反应的杂质。将上述原料混合均匀后制备成直径为1～1.2cm的球团，在1300℃焙烧180min，得到烧结熟料，取出并在空气中进行快速冷却。
S2：将冷却后的熟料在1.2mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，温度为55℃，时间为45min。溶出结束后快速进行液固分离，得到溶出粗渣和溶出液，进行成分分析，氧化铝溶出率为97％。得到的溶出液采用树脂吸附进行Fe3+、S2-等离子除杂后得到铝酸钠溶液，再于70℃进行碳酸化分解3.5h，得到氢氧化铝，最后经950℃高温煅烧20min制得氧化铝产品。
S3：取上述溶出粗渣与兰炭为原料，按照渣量/石油焦质量百分比为1：0.3进行配料(其中炭质还原剂以固定碳含量进行计算，固定碳为85％)，并放入上述原料质量3％的粘结剂，混匀后制备成球团，放置在电弧炉中进行熔炼，还原温度为1800℃，时间为8.0h，反应结束后，经精炼、铸锭后得到硅铁合金和石灰。
实施例5
一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率并综合利用低品位铝资源的方法，包括如下步骤，
S1：将拜耳法高铁赤泥(化学成分：Al2O3 16.99％、SiO2 10.47％、Fe2O324.39％、TiO2 2.79％、CaO 30.8％和Na2O 0.74％，其余为不影响后续反应的杂质)破碎至粒径≤75μm的成分含量占90％以上，按照C/A＝0.8、C/S＝0.8及F/S＝1：3配入石灰和铁酸钙，石灰中各元素的质量百分比为：CaO 50.9％、MgO 1.2％，其余为不影响后续反应的杂质。将上述原料混合均匀后制备成直径为1～1.2cm的球团，在1375℃焙烧180min，得到烧结熟料，取出并在空气中进行快速冷却。
S2：将冷却后的熟料在0.8mol/L的碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，温度为75℃，时间为15min。溶出结束后快速进行液固分离，得到溶出粗渣和溶出液，进行成分分析，氧化铝溶出率为95％。得到的溶出液采用树脂吸附进行Fe3+、S2-等离子除杂后得到铝酸钠溶液，再于80℃进行碳酸化分解2.5h，得到氢氧化铝，最后经1000℃高温煅烧18min制得氧化铝产品。
S3：取上述溶出粗渣与炭黑为原料，按照渣量/炭黑质量百分比为1：0.8进行配料(其中炭质还原剂以固定碳含量进行计算)，并放入上述原料质量3％的粘结剂，混匀后制备成球团，放置在电弧炉中进行熔炼，还原温度为2200℃，时间为..0h，反应结束后，经精炼、铸锭后得到硅铁合金和石灰。
由以上数据可得，本发明实施例提供的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，以低品位铝资源为原料，通过添加铁酸钙改变了熟料的物相组成，能够有效降低石灰配入量，同时降低了烧结温度，降低了烧结能耗及渣排量，使氧化铝的溶出率≥92％，并在制备氧化铝的同时还制备得到硅铁合金。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，所述低品位铝资源中含有Al2O3、SiO2和Fe2O3，其特征在于：包括如下步骤，
S1：将所述低品位铝资源与石灰和铁酸钙混合，焙烧得烧结熟料；其中CaO和Al2O3摩尔比为0.8～1.2、CaO和SiO2摩尔比为0.8～1.2及Fe2O3和SiO2摩尔比为1：3～1：3.5；所述焙烧处理温度为1300～1375℃，时间为45～180min；
S2：将所述烧结熟料在碳酸钠溶液中进行氧化铝溶出，得到溶出粗渣和溶出液，所述溶出液经除杂后得到铝酸钠溶液，所述铝酸钠溶液经碳酸化分解和煅烧后，得到氧化铝；所述碳酸钠溶液浓度为0.8～1.2mol/L；所述溶出温度为55～75℃，溶出时间为15～45min；
将所述溶出粗渣与炭质还原剂以质量比为1：0.3～0.8进行混合，进行熔炼处理后，精炼得到硅铁合金。
2.如权利要求1所述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，其特征在于：所述低品位铝资源为拜耳法高铁赤泥、高铁铝土矿或高铁粉煤灰。
3.如权利要求1所述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，其特征在于：所述除杂采用树脂吸附进行离子除杂。
4.如权利要求1所述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，其特征在于：所述碳酸化分解温度为70-80℃，时间为2.5-3.5h；所述煅烧温度为950～1050℃，时间为15-20min。
5.如权利要求1所述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，其特征在于：所述熔炼处理温度为1800～2200℃，时间为3～8h。
6.如权利要求1至5任一项所述的提高低品位铝资源中氧化铝溶出率的方法，其特征在于：所述炭质还原剂为石墨、炭黑、活性炭、焦炭、石焦油、兰炭或粉煤。
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