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(東北大學(xué)多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點(diǎn)實驗室，沈陽110819)

我國高硫鋁土礦儲量約為1.5億t，由于直接使用高硫鋁土礦作為原料在拜耳法溶出時的設(shè)備腐蝕及蒸發(fā)段結(jié)疤加劇，在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中尚未得到應(yīng)用[1].隨著鋁行業(yè)的發(fā)展，高品位鋁土礦儲量逐漸減少，高硫鋁土礦的利用成為了緩解高品位鋁土礦資源短缺的良好途徑.

國內(nèi)外對鋁土礦脫硫問題做了不少研究工作[2～4]，焙燒預(yù)處理對礦石脫硫效果，以及礦石溶出等后續(xù)工序的影響報道很少.有人對鋁土礦焙燒前后的溶出動力學(xué)進(jìn)行了研究，并分析了焙燒強(qiáng)化溶出的動力學(xué)機(jī)理[5].也有人對高硫礦脫硫機(jī)理和焙燒機(jī)理作了探討[6].本文對高硫鋁土礦懸浮態(tài)輕燒脫硫鋁精礦和原礦的溶出效果進(jìn)行實驗研究.將原礦及輕燒鋁精礦磨制至適宜粒級，進(jìn)行預(yù)脫硅試驗和溶出試驗，考查輕燒前后鋁土礦的預(yù)脫硅率和氧化鋁溶出率變化；由于赤泥中A/S和N/S(A/S為Al2O3與SiO2的質(zhì)量比，N/S為Na2O與SiO2的質(zhì)量比)是影響工藝的重要參數(shù)，本文同時對輕燒鋁精礦赤泥A/S和N/S偏高的原因進(jìn)行了研究.

1 實驗材料和實驗方法

鋁土礦為輕燒前的高硫鋁土礦、輕燒后的混合脫硫鋁精礦.石灰經(jīng)熟化后過篩(篩孔尺寸100 μm)，在 1 050 ℃ 的溫度下焙燒30 min后密封干燥保存.石灰有效鈣為91%.母液用化學(xué)純氫氧化鈉、碳酸鈉及工業(yè)產(chǎn)品氫氧化鋁調(diào)配而成，其成分見表1.其中預(yù)脫硅試驗使用1#母液，溶出試驗使用1、2#母液.

鋁土礦預(yù)脫硅試驗在油浴鋼彈溶出器中進(jìn)行.預(yù)脫硅率及脫鈦率按如下公式計算：

(1)

(2)

式中： SiO2H為預(yù)脫硅赤泥中酸溶SiO2的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； SiO2T為預(yù)脫硅赤泥中SiO2的總含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； TiO2H為預(yù)脫硅赤泥中酸溶TiO2的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%； TiO2T為預(yù)脫硅赤泥中TiO2的總含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%.

鋁土礦溶出試驗在RHL-150型熔鹽爐中進(jìn)行.氧化鋁的溶出率根據(jù)鋁土礦A/S及溶出赤泥A/S計算，具體計算公式如下：

氧化鋁實際溶出率：

(3)

氧化鋁相對溶出率：

(4)

式中： (A/S)礦為鋁土礦中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比； (A/S)泥為赤泥中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比.

表1 試驗用母液化學(xué)成分

αk為氧化鈉與氧化鋁的分子比.

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗用礦的磨制

將適量的原礦和輕燒鋁精礦分別磨制，對磨制后的原礦和輕燒鋁精礦進(jìn)行粒度分析，分析結(jié)果與磨制前對應(yīng)的礦石粒度對比見表2.

為了保持礦石的同一性，盡管對原礦和輕燒鋁精礦采用的是選擇性磨制，但磨制后礦石的+45 μm 粒級仍不可避免地有所增加，且為避免過磨后微細(xì)粒子增加太多，導(dǎo)致磨制后礦石仍有少部分+150 μm粒級的粒子存在.磨制后原礦-45 μm 粒級的粒子增加了4.06%，+150 μm尚含有2.16%；輕燒鋁精礦-45 μm粒級的粒子增加了6.86%，+150 μm含量較少，只有0.86%.磨制的礦石基本符合方案要求.

表2 原礦、輕燒鋁精礦磨制前后粒度分布

2.2 預(yù)脫硅試驗

硅對氧化鋁生產(chǎn)的影響甚大，其最大的危害是在生產(chǎn)過程中與堿和氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成不溶性的水合鋁硅酸鈉而進(jìn)入赤泥，硅酸鈉與溶液中的鋁酸鈉，形成一個不易溶的鋁硅酸鈉(Na2O·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O)，即鈉硅渣，既消耗了堿又造成了礦石中氧化鋁的損失.所以脫硅在氧化鋁生產(chǎn)工藝中是十分必要的.脫硅反應(yīng)如下表示：

xNa2SiO3+2NaAl(OH)4+(2-x)H2O=

Na2O·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O

+2xNaOH

(5)

在預(yù)脫硅溫度100 ℃、時間8 h、母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L、石灰添加量11%、礦漿固含400 g/L的條件下，進(jìn)行了磨制后原礦和輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅試驗，以考查兩種礦石在同等實驗條件下的預(yù)脫硅性能的差異.

表3是三次以上實驗所得的平均結(jié)果，輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率都高于原礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率，分別高出23.05%及4.41%，說明輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅及脫鈦性能優(yōu)于原礦，高硫鋁土礦原礦經(jīng)過輕燒可以改善其預(yù)脫硅脫鈦性能.

2.3 礦石粒度對原礦和輕燒鋁精礦溶出效果的影響

根據(jù)前期試驗結(jié)果考查在其他條件相同時不同礦石粒度對兩種礦石溶出性能的影響、不同苛性堿濃度對磨制后兩種礦石溶出性能的影響、不同溶出溫度對磨制后兩種礦石溶出性能的影響，試驗結(jié)果見表3～5.

表3 磨制后原礦和輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅性能對比

對磨制前后的兩種鋁土礦，在循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度為235 g/L、石灰添加量為11%時，進(jìn)行了溶出溫度265 ℃、溶出時間60 min條件下高硫鋁土礦和輕燒鋁精礦溶出效果對比的研究，3次以上實驗平均結(jié)果列于表4.

表4 礦石粒度對原礦和輕燒鋁精礦溶出效果的影響

表5 原礦和輕燒鋁精礦溶出試驗結(jié)果

從表4中可以看出，磨制前后原礦的溶出赤泥A/S沒有明顯變化，溶出赤泥N/S則明顯降低，由0.46降到0.37；磨制前后輕燒鋁精礦的溶出赤泥A/S和N/S均有不同程度的降低，分別由磨制前的1.15和0.54降低到1.09和0.42，相應(yīng)的氧化鋁溶出率也有所提高.

經(jīng)過磨制后，原礦的溶出赤泥N/S明顯降低，但溶出赤泥A/S沒有明顯變化；經(jīng)過磨制后，輕燒鋁精礦的溶出赤泥A/S和N/S都有明顯降低，輕燒鋁精礦經(jīng)過磨制后控制一定的粒度組成可以改善礦石的溶出性能.礦石的磨制可以增大顆粒的比表面積，使得顆粒與溶劑接觸更為充分，有利于礦的溶出效果.試驗結(jié)果同時也表明磨制后的輕燒鋁精礦溶出性能優(yōu)于高硫鋁土礦原礦的溶出性能.

2.4 其他條件下原礦和輕燒鋁精礦的溶出試驗

原礦輕燒過程的目的是使硫更加穩(wěn)定，輕燒過程使得礦物中含硫化合物對溶出過程的影響較小，同時也可避免重?zé)龑?dǎo)致氧化鋁活性降低，以至于鋁的溶出率降低.試驗對原礦和輕燒鋁精礦在同等條件下進(jìn)行了溶出效果對比試驗.試驗條件為：溶出時間60 min，石灰添加量11%時，(1)母液苛性堿質(zhì)量濃度244 g/L，溶出溫度260 ℃；(2)母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L，溶出溫度265 ℃和275 ℃.

表5中列出了三次以上實驗平均結(jié)果，在相同試驗條件下，輕燒鋁精礦溶出赤泥A/S低于原礦溶出赤泥A/S，而輕燒鋁精礦溶出赤泥N/S均高于原礦溶出赤泥N/S.無論是原礦還是輕燒鋁精礦，在其他條件相同時，溶出溫度從265 ℃提高到275 ℃，溶出赤泥A/S和N/S均無明顯變化.在其他條件相同時，母液苛性堿質(zhì)量濃度244 g/L、溫度260 ℃的礦石溶出結(jié)果與母液苛性堿質(zhì)量濃度235 g/L、溫度265 ℃時兩種礦石的溶出結(jié)果基本相同.

3 結(jié) 論

原礦與輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅結(jié)果表明，經(jīng)磨制后輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率分別比原礦的預(yù)脫硅率及脫鈦率高出23.05%和4.41%，說明磨制后輕燒鋁精礦的預(yù)脫硅及脫鈦性能均優(yōu)于原礦，原礦經(jīng)過輕燒可以改善其預(yù)脫硅脫鈦性能.

通過對影響鋁土礦溶出的各因素的分析，結(jié)果表明輕燒鋁精礦經(jīng)過磨制后其溶出赤泥A/S和N/S都明顯降低，溶出溫度及母液苛性堿濃度對磨制后的輕燒鋁精礦的溶出性能影響不大，這充分說明了輕燒鋁精礦溶出赤泥A/S和N/S偏高的原因是礦石粒度較粗.適宜的輕燒鋁精礦磨制粒度為全部通過150 μm篩，適宜的溶出溫度為260～265 ℃，適宜的母液苛性堿質(zhì)量濃度為235 ～245 g/L.