塞爾山拜·G　闊布扎陵卡B.A.阿布多力瓦力耶夫·R.A.薩德闊夫N.M-K.依曼噶力耶娃L.M.（“地學(xué)冶金選礦中心”股份集團(tuán)　阿拉木圖）

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溫度對(duì)高嶺土堿浸過程的影響

塞爾山拜·G闊布扎陵卡B.A.阿布多力瓦力耶夫·R.A.薩德闊夫N.M-K.依曼噶力耶娃L.M.（
“地學(xué)冶金選礦中心”股份集團(tuán)阿拉木圖）

摘要以從高嶺土提取改性水玻璃和氧化鋁精礦為目的。為優(yōu)化堿浸過程，研究了其中溫度的影響。采用濃度［Na2O］為110 g/L的氫氧化鈉溶液堿浸高嶺土，在液固比為10∶1，反應(yīng)時(shí)間為60 min的條件下，80～120℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明：堿浸焙燒高嶺土過程中，隨著溫度的逐步上升到110°C，二氧化硅的溶出率相應(yīng)地提高并達(dá)到最佳值71.0%。與其相應(yīng)的硅酸鈉溶液（浸出液）化學(xué)成分：Al2O33.14 g/L、SiO241.0 g/L、Na2O 90.0 g/L、Fe2O30.7 g/L，此溶液可用于改性水玻璃及其它的硅酸鹽的加工。同時(shí)堿浸出濾渣的化學(xué)成分為∶Na2O 0.2%、Al2O349.5%、SiO232.1%、Fe2O31.04%、K2О 0.3%，硅模數(shù)為（μSi）1，54。本研究得出以下結(jié)論：氫氧化鈉溶液堿浸焙燒高嶺土過程中，選擇性地提取二氧化硅于溶液，而將氧化鋁富集于固相的最佳堿浸溫度為110℃。在研究得出的最佳堿浸條件下，用氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土可獲得硅酸鈉溶液和氧化鋁精礦。

關(guān)鍵詞焙燒高嶺土堿浸氫氧化鈉溶液二氧化硅溶出率

DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.01.023

1　引言

堿浸鋁硅酸鹽原料過程中，二氧化硅將首先溶入堿金屬的氫氧化物溶液形成堿金屬硅酸鹽溶液，而氧化鋁富集于固體殘?jiān)?，從而能夠選擇性地溶出二氧化硅，從而獲得硅酸鹽溶液和氧化鋁精礦［1］。氧化鋁精礦可用于氧化鋁生產(chǎn)，硅酸鹽溶液則是制備各種硅酸鹽制品的原料［2］。硅酸鹽產(chǎn)品用于工業(yè)生產(chǎn)的各領(lǐng)域，如，水玻璃作為一種無機(jī)粘合劑用于制陶瓷，硅酸鹽涂料、復(fù)合材料等的制造方面應(yīng)用也非常廣范［3］。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，因改性水玻璃以其獨(dú)特性能，在航天等尖端科技領(lǐng)域有逐步替代傳統(tǒng)水玻璃的趨勢(shì)。已知的改性液體玻璃制備方法，通常以傳統(tǒng)的液體玻璃為原料，通過改性得到改性水玻璃，工藝過程較為復(fù)雜，原料利用率不高［4］。

本研究提出的為綜合處理高嶺土工藝。在堿性階段，通過引入改性劑，同時(shí)獲得改性水玻璃。實(shí)施方案為：用氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土，使其中的二氧化硅溶入溶液形成硅酸鈉的水溶液，氧化鋁基本上留在固態(tài)的殘?jiān)行纬裳趸X精礦。獲得的硅酸鈉溶液，進(jìn)一步改性得到改性水玻璃。該方法可綜合處理高嶺土，在堿浸階段，同時(shí)制備改性水玻璃。達(dá)到降低制備改性水玻璃的原材料消耗和縮短工藝流程的目的。為普通水玻璃、改性水玻璃、其它硅酸鹽制品和氧化鋁的生產(chǎn)提供原料基礎(chǔ)。

高嶺土和其他鋁硅酸鹽原料的堿浸過程中，二氧化硅的選擇性溶出取決于其礦物成分和堿浸過程進(jìn)行的條件，其中溫度的影響尤為重要［5］。

鋁硅酸鹽原料堿浸過程是基于其中二氧化硅組分在不同溫度下，溶解性不同。在Na2O-Al2O3-SiO2-H2O體系中，堿浸過程，液固比和浸出溫度對(duì)二氧化硅的選擇性溶出影響較大。文獻(xiàn)研究表明：當(dāng)堿浸低品位氧化鋁原料時(shí)，浸出溫度為95～110℃時(shí)，原料中Al2O3溶出率低，而有利于SiO2（活性形式）溶于堿性溶液。氧化鋁生產(chǎn)則采用高溫溶出Al2O3。基于此，以選擇性地由高嶺土溶出二氧化硅于堿性溶液及優(yōu)化堿溶過程為目的，作為以往研究工作的延續(xù)，為選擇最佳的溶出溫度，通過溫度為80～120℃的條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，就重點(diǎn)因素—溫度的影響進(jìn)行了研究。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1原料與試劑

試驗(yàn)原料為產(chǎn)于哈薩克斯坦阿列克賽也耶夫礦區(qū)經(jīng)焙燒的高嶺土（焙燒粘土）。濃度［Na2O］為110 g/ L的氫氧化鈉溶液用于堿浸過程。

2.2試驗(yàn)方案

在不同溫度下，氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土的試驗(yàn)在內(nèi)裝液體的恒溫器中進(jìn)行。恒溫器內(nèi)置不銹鋼圓筒，筒內(nèi)裝入焙燒高嶺土樣品，液固比為10∶1，倒入濃度［Na2O］為110 g/L的100 mL氫氧化鈉溶液，再以500 r/min的速度進(jìn)行機(jī)械攪拌。試驗(yàn)溫度分別為80、90、100、110和120℃。在一定的溫度下，攪拌持續(xù)時(shí)間為60 min。

在堿浸焙燒高嶺土試驗(yàn)結(jié)束后，以速度為3 000 r/min的離心機(jī)過濾分離液固反應(yīng)混合物，化學(xué)分析法測(cè)定濾液的主要成分Al2O3、SiO2和Nа2O的含量。濾渣經(jīng)洗滌、干燥后，送物化分析。

2.3研究方法

浸出濾液主要成分采用分析法測(cè)定。濾渣的物理化學(xué)分析采用X射線衍射和X射線熒光分析，分別使用德國產(chǎn)的D8 ADVANCE?BRUKER?α-鈷放射衍射儀和荷蘭Axios公司產(chǎn)X射線熒光波譜儀進(jìn)行。

2.4試驗(yàn)結(jié)果的討論

根據(jù)以往的研究結(jié)果得知，阿列克賽也耶夫礦區(qū)高嶺土化學(xué)成分為：Al2O331.2%、SiO251.6%、Fe2O30.53%、Na2O 0.1%、K2O 0.6%、燒失量6.3；硅模數(shù)（μSi）0.6。含礦物：高嶺石63.2%、石英 21.6%、白云母15.3%；高溫焙燒后高嶺土的化學(xué)成分為：Al2O333.6%、SiO255.6%、Fe2O30.37%、Na2O 0.06%K2O 1.82%，燒失量0.47，硅模數(shù)（μSi）0.6。X射線衍射結(jié)果證明焙燒后，高嶺土主要成分：高嶺石Al2（Si2O5）（OH）4分解為石英、方晶石和莫來石（3Al2O3·2SiO2）［6］。

本試驗(yàn)就溫度對(duì)氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土的影響進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

據(jù)表1試驗(yàn)結(jié)果顯示，氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土反應(yīng)在溫度為80℃的條件下進(jìn)行時(shí)，焙燒高嶺土中二氧化硅的溶出率為18.9%；反應(yīng)溫度為90℃時(shí)，二氧化硅的溶出率為30.0%。以此推類，隨反應(yīng)溫度升為110℃，二氧化硅的溶出率提高到71.0%。進(jìn)一步提高溫度到120℃，導(dǎo)致二氧化硅的溶出率急劇減少到27.6%。

表1　溫度對(duì)氫氧化鈉溶液浸出焙燒粘土過程的影響

由試驗(yàn)結(jié)果得出：低溫條件下，氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土過程中，隨著反應(yīng)溫度提高到110℃，由焙燒高嶺土樣品溶入氫氧化鈉溶液的二氧化硅的量依次增加至顯現(xiàn)SiO2的最佳溶出率71.0%。在此溫度下所得溶液主要成分含量為：Al2O33.14 g/L、SiO241.0g/L、Na2O 90.0 g/L。

X射線熒光分析法鑒定出不同溫度下（80、90、100、110、120℃）浸出試驗(yàn)得到的氧化鋁濾渣的化學(xué)成分。

氧化鋁渣和試驗(yàn)用焙燒高嶺土樣品的成分含量對(duì)比見表2。

表2　不同溫度下的浸出的氧化鋁濾渣和焙燒粘土樣品的化學(xué)成分含量 %

分析表2中氧化鋁濾渣和高嶺土樣品的化學(xué)成分含量得知：當(dāng)浸出溫度由80℃逐漸提高到110℃時(shí)，沉積于固相中的Al2O3含量由原樣品中的31.33%提高到49.52%；繼續(xù)提高反應(yīng)溫度為120℃導(dǎo)致固態(tài)反應(yīng)渣中Al2O3含量46.01%的降低，這意味著Al2O3開始溶解。與Al2O3百分含量的變化相比，SiO2在固相的百分含量將隨著溫度的升高（至110℃）而降低：在原始樣品中SiO2的含量為44.4%，堿浸過程在溫度為80℃的條件下進(jìn)行時(shí)，其含量降為38.6%，相應(yīng)地，90℃時(shí)為38.0%，100℃時(shí)為32.96%，110℃時(shí)降為32.12%，當(dāng)浸出在溫度為120℃的條件下進(jìn)行時(shí)，固相中SiO2的百分含量顯示為32.15%，即出現(xiàn)上升趨勢(shì)。

由以上所述固相中Al2O3與SiO2的百分含量的變化得知：隨著堿浸溫度從80℃升高到110℃，堿浸所得氧化鋁濾渣的硅模數(shù)相應(yīng)地由0.6上升到1.54。

分析濾渣中Al2O3和SiO2含量變化得出推論：氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土樣品過程中，隨著溫度的逐步升高到某一界限（110℃），固相中Al2O3含量依次升高，而SiO2的含量則降低。氫氧化鈉溶液在溫度為110°的條件下浸出焙燒高嶺土后所得到的氧化鋁濾渣的化學(xué)組分含：Na2O 0.2%、Al2O349.5%、SiO232.1%，F(xiàn)e2O31.04%、K2O 0.3%，硅模數(shù)（μSi）為1.54，其X光衍射曲線見圖1。

圖1　在110℃溫度條件下堿浸焙燒粘土所得氧化鋁濾渣的X光衍射圖

試驗(yàn)結(jié)果證明以下原理：氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土過程在低溫（80～110℃）條件下進(jìn)行時(shí)，在浸出的起始階段，樣品中氧化硅的溶解速度快于水合鋁硅酸鈉的形成速度，即高嶺土中的活性氧化硅溶入堿液形成硅酸鈉溶液。當(dāng)提高溫度到120℃時(shí)，因固態(tài)莫來石（3Al2O3·2SiO2）相開始發(fā)生溶解，使Al2O3溶入堿液。

因此，選擇性地由焙燒高嶺土溶出SiO2于堿液而得到硅酸鈉溶液和氧化鋁濾渣的最佳溫度為110℃。低溫堿浸高嶺土—化學(xué)選礦有利于制得適用于各種硅酸鹽生產(chǎn)的硅酸鈉溶液和氧化鋁濾渣。

所得研究結(jié)果將作為優(yōu)化高嶺土浸出過程的依據(jù)，應(yīng)用于制備改性水玻璃和氧化鋁精礦的過程。

3　結(jié)論

經(jīng)分析試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

氫氧化鈉溶液浸出焙燒高嶺土在低溫條件下進(jìn)行時(shí)，氧化硅首先溶入溶液形成硅酸鈉，氧化鋁留在固相以形成其精礦。在以下條件下：氫氧化鈉溶液濃度［Na2O］為110 g/dm3，反應(yīng)用液固比為10∶1，時(shí)間為60 min，溫度在70～120℃范圍內(nèi)，進(jìn)行的堿浸。哈薩克斯坦阿列克賽也耶夫礦區(qū)高嶺土試驗(yàn)結(jié)果證明：堿浸焙燒高嶺土的過程中，有利于選擇性提取二氧化硅于溶液而富集氧化鋁于沉淀的最佳溫度為110℃。在此溫度條件下堿浸焙燒高嶺土，得到的硅酸鈉溶液，其化學(xué)成分：Al2O33.14 g/L、SiO241.0 g/L、Na2O 90.0 g/L、Fe2O30.7 g/L，與此同時(shí)，得到的固態(tài)氧化鋁渣的化學(xué)成分為∶Na2O 0.2%、Al2O349.5%、SiO232.1%、Fe2O31.04%、K2О 0.3%，硅模數(shù)為（μSi） 1.54。

有關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析表明：在低溫條件下堿浸低品位的氧化鋁礦（高嶺土等硅酸鹽礦）能選擇性地浸出氧化硅于溶液，氧化鋁富集于沉淀，形成堿金屬硅酸鹽溶液和氧化鋁精礦，可為各種硅酸鹽產(chǎn)品（改性水玻璃）和氧化鋁的生產(chǎn)提供原料。

參考文獻(xiàn)

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收稿：2015-12-14